Накопители энергии
Batteries.
Накопитель энергии являются одним из ключевых элементов в гибридных системах с функциями бесперебойного электроснабжения (UPS, UMD) и управления активной мощностью (Peak Shaving Systems, Power On Demand).
Выбор типа и параметров накопителя является сложной инженерной задачей. Необходимо учитывать не только его мощность и емкость, но и много других факторов:
- электрические параметры: диапазон рабочих и предельно допустимых напряжений, номинальные и максимальные значения тока заряда/разряда, внутреннее сопротивление;
- зависимость электрических параметров от температуры, времени и количества зарядных циклов;
- параметры цикла заряда/разряда: продолжительность, частота повторения;
- параметры окружающей среды: диапазон температур, вибрации, наличие загрязнений и агрессивных газов в атмосфере;
- возможности по размещению: максимально допустимые габаритные размеры и вес, возможности по обеспечению принудительного охлаждения (воздушного или водяного);
- предельную стоимость накопителей;
- гарантированный срок службы.
Для многих типов аккумуляторных батарей необходимо постоянно контролировать параметры их работы: напряжения, ток, температуру ячеек батареи, количество циклов и время наработки, а также периодически реализовывать сервисные циклы заряда/разряда. Требуется применение системы контроля работы батарей – battery management systems (BMS).
По физическим принципам накопители, применяемые в гибридных системах, могут быть разделены на три группы:
- механические: маховики, гидроаккумуляторы, пневматические аккумуляторы;
- электрические: конденсаторы и «суперконденсаторы» (ионисторы);
- электрохимические: аккумуляторные батареи, водородные топливные ячейки, нано-ионные ячейки.
Новые технологии, применяемые в последние годы при разработке и изготовлении аккумуляторов и «суперконденсаторов», позволяют более широко применять их в качестве «больших» накопителей в гибридных системах, в судовых электроустановках и в системах электроснабжения технологического оборудования промышленных предприятий. Батареи становятся компактнее, легче, дешевле, долговечнее, менее подвержены влиянию окружающей среды, требуют значительно меньше затрат на их обслуживание.
Просто спросить...?
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.
Старейший и наиболее распространенный тип аккумуляторных батарей в системах гарантированного электропитания промышленных предприятий.
Преимущества.
- Высокая перегрузочная способность при разряде.
- Позволяют работать как в режиме заряд/разряд, так и в режиме поддержания заряда.
- Низкая цена.
Недостатки.
- Низкая удельная емкость.
- Малое количество циклов заряда/разряда.
- Относительно низкий зарядный ток.
- Свинцово-кислотные АКБ нельзя хранить в разряженном состоянии.
- Ограниченный диапазон рабочих температур.
В конце заряда из электролита выделяются взрывоопасные кислород и водород. В некоторых свинцово-кислотных АКБ, производимых по технологии AGM, применяют электролит в форме геля, который абсорбирует и регенерирует выделяющиеся газы. Такие АКБ проще в обслуживании, но существенно дороже.
Макет системы бесперебойного питания ЧРП со свинцово-кислотными аккумуляторами.
Литиево-ионные аккумуляторные батареи (ЛИАБ).
Быстрыми темпами развиваются технологии, связанные именно с этим типом батарей.
Преимущества.
- Высокая плотность запасенной энергии как на единицу объема, так и на единицу массы.
- Относительно большой зарядный ток.
- Низкий саморазряд.
- Полная герметичность.
Недостатки.
- Высокая стоимость комплектной батареи с системой контроля и управления Battery Management System (BMS).
- Пожарная опасность – риск возгорания при перегреве и физическом повреждении элемента батареи.
Большинство применяемых в России литий-ионных батарей производятся в Китае или в Южной Корее.
В настоящее время строятся и запускаются линии по производству ЛИАБ в России. Выпускаемые батареи будут предназначены для применения на электротранспорте, в источниках бесперебойного питания, в системах накопления электрической энергии.
Шкафы литиево-ионной батареи РЭНЕРА 124 кВтч.
Новые типы аккумуляторов.
Технологии производства аккумуляторов постоянно развиваются. Известны успешные разработки аккумуляторов натриево-ионных, алюминиево-ионных, железо-ионных. Благодаря применению более дешевых материалов стоимость хранения энергии в таких аккумуляторах может быть существенно ниже, чем в литиево-ионных аккумуляторах.
Аккумуляторы на базе проточных электролитов.
Во всем мире получают распространение проекты накопителей электрической энергии с такими аккумуляторами. Существует большое количество разных типов электролитов как химических, так и органических. Параметры удельной емкости, мощности и количества циклов сильно различается в зависимости от типов электролитов и мембран. Самым большим недостатком данного типа батарей является низкий КПД цикла заряд/разряд (от 50% до 80%). Как правило, проточные аккумуляторы применяются в проектах систем накопления электроэнергии большой емкости.
Ионисторы.
Физический принцип работы - электрический (перенос ионов в электролите между электродами из углерода) или электрохимический. По техническим характеристикам ионисторы имеют определенное сходство с конденсаторами, обладая при этом большей удельной емкостью. Зачастую их называют «суперконденсаторами» или «ультраконденсаторами».
Преимущества ионисторов (суперконденсаторов) перед электрохимическими аккумуляторами.
- Больше значение токов заряда и разряда. Высокая удельная мощность.
- Более широкий диапазон рабочих температур (зависит от применяемого электролита).
- Проще контроль заряда и разряда.
- Большое количество циклов и продолжительный срок службы.
Недостатки.
- Удельная емкость «в разы» меньше, чем у электрохимических аккумуляторов.
- Относительно высокая цена.
Батарея суперконденсаторов в лаборатории Инженерного центра «АРТ».
Зачастую при построении гибридных систем одновременно применяют аккумуляторы и суперконденсаторы. Таким образом можно скомпоновать оптимальную систему с требуемой пиковой мощностью и максимальной энергетической емкостью.
Водородные топливные ячейки также могут применяться в системах накопления электрической энергии, но данный тип накопителя не является обратимым. Для выработки электроэнергии он потребляет запасенный водород, произведенный ранее в процессе электролиза или химической реакции. Удельная емкость такого накопителя может быть очень высокой в зависимости от способа хранения водорода. В настоящее время системы хранения электроэнергии на базе водородных топливных ячеек являются коммерчески мало привлекательными из-за высокой стоимости оборудования системы преобразования и высокой стоимости запасаемого водорода.
Предлагаем:
- Квалифицированный выбор оборудования аккумуляторных батарей и суперконденсаторов для решения задач замещения вращающегося резерва, бесперебойного питания, сглаживания пиковых активных нагрузок и др.
- Разработку технических решений по подключению электрических накопителей к оборудованию преобразовательного звена: защитные и коммутационные аппараты, цепи предзаряда, системы контроля батарей (BMS).
- Разработку компоновочных решений шкафов аккумуляторных батарей.
- Разработку накопителей морских и речных судов с электрическими и гибридными силовыми установками.
- Поставку батарей литиево-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов российских и зарубежных производителей.
- Шефмонтаж и пусконаладку поставляемого оборудования.
Защитный блок с функцией предзаряда для подключения шкафа АКБ.
