DKSESS 100 кВт АВТОНОМНА/ГІБРИДНА СИСТЕМА СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ «ВСІ В ОДНОМУ»

Порівняння акумуляторів у системі накопичення енергії
Тип накопичувача енергії акумулятора - це хімічний накопичувач енергії. Залежно від типу обраного акумулятора, його можна розділити на свинцево-кислотні акумулятори, літієві акумулятори, нікель-водневі акумулятори, рідинні проточні акумулятори (ванадієві акумулятори), натрієво-сірчані акумулятори, свинцево-вугільні акумулятори тощо.

1. Свинцево-кислотний акумулятор
Свинцево-кислотні акумулятори бувають колоїдними та рідкими (так звані звичайні свинцево-кислотні акумулятори). Ці два типи акумуляторів використовуються залежно від регіонів. Колоїдний акумулятор має високу морозостійкість, його робоча енергоефективність набагато вища, ніж у рідкого акумулятора, коли температура нижче 15°C, а також він має чудові теплоізоляційні характеристики.

Колоїдний свинцево-кислотний акумулятор є вдосконаленням звичайного свинцево-кислотного акумулятора з рідким електролітом. Колоїдний електроліт використовується для заміни сірчанокислотного електроліту, що перевершує звичайний акумулятор з точки зору безпеки, ємності, продуктивності розряду та терміну служби. Колоїдний свинцево-кислотний акумулятор використовує гелевий електроліт, і всередині немає вільної рідини. За однакового об'єму електроліт має велику ємність, велику теплоємність та сильну здатність до розсіювання тепла, що дозволяє уникнути теплового витоку, характерного для звичайних акумуляторів; корозія електродної пластини слабка через низьку концентрацію електроліту; концентрація рівномірна, і немає розшарування електроліту.

Звичайний свинцево-кислотний акумулятор – це тип акумулятора, електрод якого в основному виготовлений зі свинцю та його оксиду, а електролітом є розчин сірчаної кислоти. У стані розряду свинцево-кислотного акумулятора основним компонентом позитивного електрода є діоксид свинцю, а основним компонентом негативного електрода – свинець; у стані зарядки основними компонентами позитивного та негативного електродів є сульфат свинцю. Номінальна напруга одноелементного свинцево-кислотного акумулятора становить 2,0 В, його можна розрядити до 1,5 В та зарядити до 2,4 В; у практиці шість одноелементних свинцево-кислотних акумуляторів часто використовуються послідовно для формування свинцево-кислотного акумулятора з номінальною напругою 12 В, а також 24 В, 36 В, 48 В тощо.

Його переваги включають: безпечне герметизування, систему випуску повітря, просте обслуговування, тривалий термін служби, стабільну якість, високу надійність та відсутність потреби в обслуговуванні; Недоліком є ​​велике забруднення свинцем та низька щільність енергії (тобто занадто велика).

2. Літієва батарея
«Літієва батарея» – це тип батареї з літієвим металом або літієвим сплавом як катодним матеріалом та неводним розчином електроліту. Вона поділяється на дві категорії: літій-металеві батареї та літій-іонні батареї.

Літій-металеві акумулятори зазвичай використовують діоксид марганцю як катодний матеріал, металевий літій або його сплав як катодний матеріал, а також використовують неводний розчин електроліту. Літій-іонні акумулятори зазвичай використовують літієві сплави-оксиди металів як катодні матеріали, графіт як катодні матеріали та неводні електроліти. Літій-іонні акумулятори не містять металевого літію та можуть бути перезаряджені. Літій-іонний акумулятор, який ми використовуємо для накопичення енергії, називається "літієвий акумулятор".

Літієві акумулятори, що використовуються в системах накопичення енергії, в основному включають: літій-залізо-фосфатні акумулятори, потрійні літієві акумулятори та літій-манганатні акумулятори. Одинарні акумулятори мають високу напругу, широкий діапазон робочих температур, високу питому енергію та ефективність, а також низький рівень саморозряду. Безпеку та термін служби можна підвищити, використовуючи схеми захисту та вирівнювання. Тому, враховуючи переваги та недоліки різних акумуляторів, літієві акумулятори стали першим вибором для електростанцій накопичення енергії завдяки їх відносно зрілому промисловому ланцюгу, безпеці, надійності та екологічності.

Його основні переваги: ​​тривалий термін служби, висока щільність енергії накопичення, мала вага та висока адаптивність; недоліки - низька безпека, легкий вибух, висока вартість та обмежені умови використання.

Фосфат літію заліза
Літій-залізофосфатний акумулятор відноситься до літій-іонних акумуляторів, у яких як катодний матеріал використовується літій-залізофосфат. Катодні матеріали літій-іонних акумуляторів в основному включають кобалат літію, манганат літію, оксид літію-нікелю, потрійні матеріали, фосфат літію-заліза тощо. Кобалат літію є катодним матеріалом, який використовується в більшості літій-іонних акумуляторів.

Літій-залізофосфат як матеріал для літієвих акумуляторів з'явився лише в останні роки. У 2005 році в Китаї був розроблений літій-залізофосфатний акумулятор великої ємності. Його характеристики безпеки та термін служби не порівнянні з іншими матеріалами. Термін служби 1C зарядки та розрядки досягає 2000 разів. Напруга перезарядки одного акумулятора становить 30 В, що не призводить до горіння, пробиття та вибуху. Літій-іонні акумулятори великої ємності, виготовлені з літій-залізофосфатного катодного матеріалу, легше використовувати послідовно для задоволення потреб частої зарядки та розрядки електромобілів.

Літій-залізофосфат нетоксичний, не забруднений, безпечний, має широко поширену сировину, дешевий, довговічний та має інші переваги. Він є ідеальним катодним матеріалом для літій-іонних акумуляторів нового покоління. Літій-залізофосфатні акумулятори також мають свої недоліки. Наприклад, щільність трамбування катодного матеріалу літій-залізофосфату невелика, а об'єм літій-залізофосфатного акумулятора з такою ж ємністю більший, ніж у літій-іонних акумуляторів, таких як кобалат літію, тому він не має переваг у мікробатареях.

Через притаманні характеристики літій-залізофосфату, його низькотемпературні характеристики поступаються іншим катодним матеріалам, таким як манганат літію. Загалом, для одного елемента (зверніть увагу, що це один елемент, а не акумуляторний блок), виміряні низькотемпературні характеристики акумуляторного блоку можуть бути дещо вищими.

Це пов'язано з умовами тепловіддачі, його коефіцієнт збереження ємності становить близько 60~70% при 0 ℃, 40~55% при -10 ℃ та 20~40% при -20 ℃. Такі низькотемпературні характеристики, очевидно, не можуть задовольнити вимоги використання джерела живлення. Наразі деякі виробники покращили низькотемпературні характеристики літій-залізофосфату, удосконалюючи електролітну систему, покращуючи формулу позитивного електрода, покращуючи характеристики матеріалу та вдосконалюючи конструкцію комірки.

Потрійна літієва батарея
Потрійний полімерний літій-іонний акумулятор відноситься до літієвих акумуляторів, катодним матеріалом яких є літій-нікель-кобальт-манганат (Li (NiCoMn)O2). Потрійний композитний катодний матеріал виготовлений з солі нікелю, солі кобальту та солі марганцю як сировини. Співвідношення нікелю, кобальту та марганцю в потрійному полімерному літій-іонному акумуляторі можна регулювати відповідно до фактичних потреб. Акумулятор з потрійним матеріалом як катодом має високу безпеку порівняно з літій-кобальтовими акумуляторами, але його напруга занадто низька.

Його основні переваги: ​​хороша циклічна продуктивність; недоліком є ​​обмеженість використання. Однак через посилення внутрішньої політики щодо потрійних літієвих батарей, розвиток потрійних літієвих батарей має тенденцію до уповільнення.

Літій-манганатний акумулятор
Літій-манганатні акумулятори є одним з найбільш перспективних літій-іонних катодних матеріалів. Порівняно з традиційними катодними матеріалами, такими як кобалат літію, манганат літію має переваги багатих ресурсів, низької вартості, відсутності забруднення, гарної безпеки, хорошої продуктивності розмноження тощо. Це ідеальний катодний матеріал для акумуляторів. Однак його низька циклічна продуктивність та електрохімічна стабільність значно обмежують його промислове використання. Манганат літію в основному включає шпінельний літій-манганат та шаруватий літій-манганат. Шпінельний літій-манганат має стабільну структуру та легко реалізується у промисловому виробництві. Сучасні продукти на ринку мають таку структуру. Шпінельний літій-манганат належить до кубічної кристалічної системи, просторової групи Fd3m, а теоретична питома ємність становить 148 мАг/г. Завдяки тривимірній тунельній структурі, іони літію можуть оборотно відокремлюватися від решітки шпінелі, не викликаючи руйнування структури, тому він має чудові характеристики збільшення та стабільність.

3. Нікель-металгідридний акумулятор
NiMH акумулятор – це тип акумулятора з хорошими експлуатаційними характеристиками. Позитивною активною речовиною нікель-водневого акумулятора є Ni(OH)2 (так званий NiO-електрод), негативною активною речовиною – гідрид металу, також званий сплавом для зберігання водню (так званий електрод для зберігання водню), а електролітом – розчин гідроксиду калію з концентрацією 6 моль/л.

Нікель-металгідридні акумулятори поділяються на високовольтні нікель-металгідридні акумулятори та низьковольтні нікель-металгідридні акумулятори.

Низьковольтний нікель-металгідридний акумулятор має такі характеристики: (1) Напруга акумулятора становить 1,2~1,3 В, що еквівалентно нікель-кадмієвому акумулятору; (2) Висока щільність енергії, більш ніж у 1,5 раза більша, ніж у нікель-кадмієвого акумулятора; (3) Швидке заряджання та розряджання, хороші низькотемпературні характеристики; (4) Герметичний, високий опір перезаряду та розряду; (5) Відсутність утворення дендритних кристалів, що запобігає короткому замиканню в акумуляторі; (6) Безпечний та надійний, не забруднює навколишнє середовище, не має ефекту пам'яті тощо.

Високовольтний нікель-водневий акумулятор має такі характеристики: (1) Висока надійність. Він має хороший захист від перерозряду та перезаряду, витримує високу швидкість розряду та не утворює дендритів. Він має хороші питомі властивості. Його питома ємність становить 60 А·год/кг, що в 5 разів більше, ніж у нікель-кадмієвого акумулятора. (2) Тривалий термін служби, до тисячі циклів розрядки/зарядки. (3) Повністю герметичний, потребує менше обслуговування. (4) Відмінні низькотемпературні характеристики, а ємність суттєво не змінюється при -10 ℃.

Основними перевагами NiMH акумуляторів є: висока щільність енергії, швидка зарядка та розрядка, мала вага, тривалий термін служби, відсутність забруднення навколишнього середовища; недоліками є незначний ефект пам'яті, більше проблем з керуванням та легке формування роздільника для плавлення окремого акумулятора.

4. Проточна комірка
Рідинний проточний акумулятор – це новий тип акумулятора. Рідинний проточний акумулятор – це високопродуктивний акумулятор, який використовує позитивний та негативний електроліт для розділення та окремої циркуляції. Він має характеристики високої ємності, широкої сфери застосування (довкілля) та тривалого терміну служби. Наразі це новий енергетичний продукт.

Рідинний проточний акумулятор зазвичай використовується в системі накопичувачів енергії на електростанціях, яка складається з блоку стеку, блоку зберігання та подачі розчину електроліту та блоку керування тощо. Серцевина складається з стеку (стек складається з десятків комірок для реакції окислення та відновлення) та одного елемента для заряджання та розряджання відповідно до конкретних вимог послідовно, а його структура подібна до структури стеку паливних елементів.

Ванадієві проточні акумулятори – це новий тип обладнання для накопичення енергії та накопичення енергії. Вони можуть використовуватися не лише як допоміжний пристрій для накопичення енергії в процесах виробництва сонячної та вітрової енергії, але й для зниження пікової напруги в електромережі, щоб покращити стабільність енергомережі та забезпечити її безпеку. Їхні основні переваги: ​​гнучке компонування, тривалий термін служби, швидкий час відгуку та відсутність шкідливих викидів; недоліком є ​​те, що щільність енергії сильно коливається.

5. Натрієво-сірчаний акумулятор
Натрій-сірчаний акумулятор складається з позитивного полюса, негативного полюса, електроліту, діафрагми та корпусу. На відміну від звичайних вторинних акумуляторів (свинцево-кислотних акумуляторів, нікель-кадмієвих акумуляторів тощо), натрій-сірчаний акумулятор складається з розплавленого електрода та твердого електроліту. Активною речовиною негативного полюса є розплавлений металевий натрій, а активною речовиною позитивного полюса - рідка сірка та розплавлений полісульфід натрію. Вторинний акумулятор має металевий натрій як негативний електрод, сірку як позитивний електрод та керамічну трубку як роздільник електроліту. За певного робочого ступеня іони натрію можуть оборотно реагувати із сіркою через електролітну мембрану, утворюючи енергію, яка накопичується.

Як новий тип хімічного джерела енергії, цей тип акумулятора зазнав значного розвитку з моменту своєї появи. Натрієво-сірчаний акумулятор має невеликі розміри, велику ємність, тривалий термін служби та високу ефективність. Він широко використовується для накопичення електроенергії, такого як зменшення піків та заповнення западин, аварійне живлення та виробництво енергії вітру.

Його основні переваги полягають у наступному: 1) Він має вищу питому енергію (тобто ефективну електричну енергію на одиницю маси або одиницю об'єму акумулятора). Його теоретична питома енергія становить 760 Вт·год/кг, що фактично перевищує 150 Вт·год/кг, що в 3-4 рази більше, ніж у свинцево-кислотного акумулятора. 2) Водночас він може розряджатися з великим струмом і високою потужністю. Щільність струму розряду зазвичай може досягати 200-300 мА/см2, і він може миттєво вивільняти втричі більше енергії, ніж власна; 3) Висока ефективність заряджання та розряджання.

Натрієво-сірчаний акумулятор також має недоліки. Його робоча температура становить 300-350 ℃, тому акумулятор потрібно нагрівати та підтримувати в теплі під час роботи. Однак цю проблему можна ефективно вирішити, використовуючи високопродуктивну технологію вакуумної теплоізоляції.

6. Свинцево-вуглецевий акумулятор
Свинцево-вугільний акумулятор – це різновид ємнісного свинцево-кислотного акумулятора, що є технологією, що розвинулася на основі традиційного свинцево-кислотного акумулятора. Він може значно подовжити термін служби свинцево-кислотного акумулятора, додавши активоване вугілля до негативного полюса акумулятора.

Свинцево-вуглецевий акумулятор – це новий тип супербатареї, який поєднує в собі свинцево-кислотний акумулятор та суперконденсатор: він не тільки використовує переваги миттєвого заряджання великої ємності суперконденсатора, але й дає перевагу в питомій енергії свинцево-кислотного акумулятора, а також має дуже хороші характеристики заряджання та розряджання – його можна повністю зарядити за 90 хвилин (якщо свинцево-кислотний акумулятор заряджати та розряджати таким чином, його термін служби становить менше 30 разів). Крім того, завдяки додаванню вуглецю (графену) запобігається явищу сульфатації негативного електрода, що знижує коефіцієнт виходу акумулятора з ладу в минулому та подовжує термін служби акумулятора.

Свинцево-вуглецевий акумулятор являє собою поєднання асиметричного суперконденсатора та свинцево-кислотного акумулятора у формі внутрішнього паралельного з'єднання. Як новий тип супербатареї, свинцево-вуглецевий акумулятор являє собою комбінацію технологій свинцево-кислотного акумулятора та суперконденсатора. Це акумулятор подвійної функції з ємнісними характеристиками та характеристиками акумулятора. Таким чином, він не тільки повністю використовує переваги миттєвої зарядки суперконденсатора з великою ємністю, але й повністю використовує енергетичні переваги свинцево-кислотних акумуляторів, які можна повністю зарядити за годину. Він має хороші характеристики заряджання та розряджання. Завдяки використанню технології свинцево-вуглецевого акумулятора, продуктивність свинцево-вуглецевого акумулятора значно перевершує продуктивність традиційних свинцево-кислотних акумуляторів, які можна використовувати в транспортних засобах нової енергії, таких як гібридні електромобілі, електричні велосипеди та інші галузі; його також можна використовувати в галузі нових накопичень енергії, таких як виробництво енергії вітру та накопичення енергії.