DKSESS 100 kW:n erillinen hybridi-/sähkökäyttöinen aurinkosähköjärjestelmä

Akkujen vertailu energian varastointijärjestelmässä
Akkutyyppinen energian varastointi on kemiallista energian varastointia. Se voidaan jakaa valitun akkutyypin mukaan lyijyakkuihin, litium-akkuihin, nikkelivety-akkuihin, nestevirtausakkuun (vanadiiniakkuihin), natriumrikki-akkuihin, lyijy-hiiliakkuihin jne.

1. Lyijyakku
Lyijyakut ovat kolloidiakkuja ja nestemäisiä akkuja (ns. tavallisia lyijyakkuja). Näitä kahta akkutyyppiä käytetään eri alueilla. Kolloidiakkuilla on vahva kylmänkestävyys, ja niiden käyttötehokkuus on alle 15 °C:n lämpötilassa paljon parempi kuin nestemäisillä akuilla, ja niiden lämmöneristyskyky on erinomainen.

Kolloidinen lyijyakku on parannus tavalliseen lyijyakkuun verrattuna nestemäisellä elektrolyytillä. Kolloidista elektrolyyttiä käytetään rikkihappoelektrolyytin korvaamiseen, mikä on tavallista akkua parempi turvallisuuden, varastointikapasiteetin, purkauskyvyn ja käyttöiän suhteen. Kolloidinen lyijyakku käyttää geelielektrolyyttiä, eikä siinä ole vapaata nestettä. Samassa tilavuudessa elektrolyytillä on suuri kapasiteetti, suuri lämpökapasiteetti ja voimakas lämmönpoistokyky, mikä voi estää tavallisten akkujen lämpöpurkautumisen; Elektrodilevyn korroosio on heikkoa alhaisen elektrolyyttipitoisuuden vuoksi; Pitoisuus on tasainen eikä elektrolyyttikerrostumista tapahdu.

Tavallinen lyijyakku on akkutyyppi, jonka elektrodi on pääasiassa valmistettu lyijystä ja sen oksidista ja elektrolyytti on rikkihappoliuos. Lyijyakun purkaustilassa positiivisen elektrodin pääkomponentti on lyijydioksidi ja negatiivisen elektrodin pääkomponentti on lyijy. Lataustilassa positiivisen ja negatiivisen elektrodin pääkomponentit ovat lyijysulfaatti. Yksikennoisen lyijyakun nimellisjännite on 2,0 V, ja se voidaan purkaa 1,5 V:iin ja ladata 2,4 V:iin. Sovelluksessa käytetään usein kuutta yksikennoista lyijyakkua sarjaan 12 V:n nimellisjännitteisen lyijyakun muodostamiseksi, samoin kuin 24 V, 36 V, 48 V jne.

Sen etuja ovat pääasiassa: turvallinen tiivistys, ilmanpoistojärjestelmä, yksinkertainen huolto, pitkä käyttöikä, vakaa laatu, korkea luotettavuus ja huoltovapaa; Haittapuolena on suuri lyijysaaste ja alhainen energiatiheys (eli liian raskas).

2. Litiumparisto
"Litium-akku" on akku, jonka katodimateriaalina on litiummetalli tai litiumseos ja elektrolyyttiliuos ei-vesipohjainen. Se jaetaan kahteen luokkaan: litiummetalliakkuun ja litiumioniakkuun.

Litiummetalliakuissa käytetään yleensä mangaanidioksidia katodimateriaalina, metallilitiumia tai sen seosmetallia katodimateriaalina ja vedetöntä elektrolyyttiliuosta. Litiumioniakuissa käytetään yleensä litiumseosmetallioksideja katodimateriaalina, grafiittia katodimateriaalina ja vedettömiä elektrolyyttejä. Litiumioniakut eivät sisällä metallista litiumia ja ne voidaan ladata uudelleen. Energian varastoinnissa käyttämämme litium-akku on litiumioniakku, jota kutsutaan "litium-akuksi".

Energian varastointijärjestelmissä käytettyjä litiumparistoja ovat pääasiassa litiumrautafosfaattiakku, kolmikomponenttinen litiumparisto ja litiummanganaattiakku. Yksittäisparistolla on korkea jännite, laaja käyttölämpötila-alue, korkea ominaisenergia ja hyötysuhde sekä alhainen itsepurkautumisnopeus. Turvallisuutta ja käyttöikää voidaan parantaa käyttämällä suojaus- ja tasauspiirejä. Siksi, ottaen huomioon erilaisten akkujen edut ja haitat, litiumparistoista on tullut ensisijainen valinta energian varastointivoimalaitoksissa suhteellisen kypsän teollisen ketjunsa, turvallisuutensa, luotettavuutensa ja ympäristöystävällisyytensä ansiosta.

Sen tärkeimmät edut ovat: pitkä käyttöikä, korkea varastointienergiatiheys, kevyt paino ja vahva sopeutumiskyky; Haittoja ovat heikko turvallisuus, helppo räjähdys, korkeat kustannukset ja rajoitetut käyttöolosuhteet.

Litiumrautafosfaatti
Litiumrautafosfaattiakulla tarkoitetaan litiumioniakkua, jonka katodimateriaalina on litiumrautafosfaatti. Litiumioniakkujen katodimateriaaleja ovat pääasiassa litiumkobalaatti, litiummanganaatti, litiumnikkelioksidi, kolmikomponenttimateriaalit, litiumrautafosfaatti jne. Litiumkobalaatti on useimpien litiumioniakkujen käyttämä katodimateriaali.

Litiumrautafosfaatti litium-akkumateriaalina ilmestyi vasta viime vuosina. Vuonna 2005 Kiinassa kehitettiin suurikapasiteettinen litiumrautafosfaattiakku. Sen turvallisuusominaisuudet ja syklin käyttöikä ovat vertaansa vailla muihin materiaaleihin verrattuna. 1C:n lataus- ja purkaussyklin käyttöikä on jopa 2000. Yhden akun ylilatausjännite on 30 V, joten se ei syty eikä puhje. Suurikapasiteettiset litiumrautafosfaattikatodimateriaalista valmistetut litiumioniakut ovat helpompia käyttää sarjassa sähköajoneuvojen usein toistuvan latauksen ja purkauksen tarpeisiin.

Litiumrautafosfaatti on myrkytön, saasteeton, turvallinen, laajalti hankittu raaka-aine, edullinen, pitkäikäinen ja sillä on muita etuja. Se on ihanteellinen katodimateriaali uuden sukupolven litiumioniakkuihin. Litiumrautafosfaattiakulla on myös haittoja. Esimerkiksi litiumrautafosfaattikatodimateriaalin tiivistystiheys on pieni, ja saman kapasiteetin omaavan litiumrautafosfaattiakun tilavuus on suurempi kuin litiumioniakuissa, kuten litiumkobalaatissa, joten sillä ei ole etuja mikroakuissa.

Litiumrautafosfaatin luontaisten ominaisuuksien vuoksi sen suorituskyky matalissa lämpötiloissa on huonompi kuin muilla katodimateriaaleilla, kuten litiummanganaatilla. Yleisesti ottaen yksittäisen kennon (huomaa, että kyseessä on yksi kenno eikä akkuyksikkö) mitattu suorituskyky matalissa lämpötiloissa voi olla hieman korkeampi.

Tämä liittyy lämmönhukkaolosuhteisiin), sen kapasiteetin säilymisaste on noin 60–70 % 0 °C:ssa, 40–55 % -10 °C:ssa ja 20–40 % -20 °C:ssa. Tällainen suorituskyky alhaisessa lämpötilassa ei selvästikään pysty täyttämään virtalähteen käyttövaatimuksia. Tällä hetkellä jotkut valmistajat ovat parantaneet litiumrautafosfaatin suorituskykyä alhaisessa lämpötilassa parantamalla elektrolyyttijärjestelmää, parantamalla positiivisen elektrodin kaavaa, parantamalla materiaalin suorituskykyä ja parantamalla kennorakenteen suunnittelua.

Kolmikomponenttinen litiumparisto
Kolmikomponenttipolymeerilitium-akulla tarkoitetaan litium-akkua, jonka katodimateriaali on litiumnikkeli-kobolttimanganaattia (Li (NiCoMn)O2). Kolmikomponenttikomposiittikatodimateriaali on valmistettu raaka-aineina nikkelisuolasta, kobolttisuolasta ja mangaanisuolasta. Nikkelin, koboltin ja mangaanin osuutta kolmikomponenttipolymeerilitium-akussa voidaan säätää tarpeen mukaan. Kolmikomponenttimateriaalista katodina toimiva akku on turvallisempi kuin litiumkobolttiakku, mutta sen jännite on liian alhainen.

Sen tärkeimmät edut ovat: hyvä syklin suorituskyky; Haittapuolena on sen rajallinen käyttö. Kolmikomponenttisia litiumparistoja koskevan kotimaisen politiikan tiukentumisen vuoksi kolmikomponenttisten litiumparistojen kehitys on kuitenkin hidastumassa.

Litiummanganaattiakku
Litiummanganaattiakku on yksi lupaavimmista litiumioni-katodimateriaaleista. Verrattuna perinteisiin katodimateriaaleihin, kuten litiumkobalaattiin, litiummanganaatilla on etuna runsaat luonnonvarat, alhainen hinta, saasteeton käyttö, hyvä turvallisuus ja hyvä moninkertaistumiskyky. Se on ihanteellinen katodimateriaali tehoakkuihin. Sen heikko syklinen suorituskyky ja sähkökemiallinen stabiilius rajoittavat kuitenkin merkittävästi sen teollistamista. Litiummanganaatti koostuu pääasiassa spinellilitiummanganaatista ja kerrostetusta litiummanganaatista. Spinellilitiummanganaatilla on vakaa rakenne ja sitä on helppo valmistaa teollisesti. Nykypäivän markkinoilla on kaikki tämän rakenteen mukaisia ​​tuotteita. Spinellilitiummanganaatti kuuluu kuutiolliseen kidejärjestelmään, Fd3m-avaruusryhmään, ja sen teoreettinen ominaiskapasiteetti on 148 mAh/g. Kolmiulotteisen tunnelirakenteen ansiosta litiumionit voidaan irrottaa palautuvasti spinellihilasta aiheuttamatta rakenteen romahtamista, joten sillä on erinomainen suurennuskyky ja stabiilius.

3. NiMH-akku
NiMH-akku on hyväkuntoinen akkutyyppi. Nikkeli-vety-akun positiivinen aktiivinen aine on Ni(OH)2 (kutsutaan NiO-elektrodiksi), negatiivinen aktiivinen aine on metallihydridi, jota kutsutaan myös vedyn varastointimetalliseokseksi (kutsutaan vedyn varastointielektrodiksi), ja elektrolyytti on 6 mol/l kaliumhydroksidiliuosta.

Nikkelimetallihydridi-akut jaetaan korkeajännitteisiin nikkelimetallihydridi-akkuun ja matalajännitteisiin nikkelimetallihydridi-akkuun.

Matalajännitteisellä nikkelimetallihydridiakulla on seuraavat ominaisuudet: (1) Akun jännite on 1,2–1,3 V, mikä vastaa nikkelikadmiumakkua; (2) Korkea energiatiheys, yli 1,5 kertaa nikkelikadmiumakkuun verrattuna; (3) Nopea lataus ja purkaus, hyvä suorituskyky matalissa lämpötiloissa; (4) Tiivistettävä, vahva ylilataus- ja purkauskestävyys; (5) Ei dendriittisten kiteiden muodostumista, mikä voi estää akun oikosulun; (6) Turvallinen ja luotettava, ei saastuta ympäristöä, ei muisti-ilmiötä jne.

Korkeajännitteisellä nikkeli-vety-akulla on seuraavat ominaisuudet: (1) Vahva luotettavuus. Sillä on hyvä ylipurkaus- ja ylilataussuoja, se kestää suurta latauksen purkausnopeutta eikä siinä muodostu dendriittejä. Sillä on hyvät ominaisominaisuudet. Sen ominaismassakapasiteetti on 60 A · h/kg, mikä on viisinkertainen nikkeli-kadmiumakkuun verrattuna. (2) Pitkä käyttöikä, jopa tuhansia syklejä. (3) Täysin suljettu, vähäinen huoltotarve. (4) Erinomainen suorituskyky alhaisissa lämpötiloissa, eikä kapasiteetti muutu merkittävästi -10 ℃:ssa.

NiMH-akun tärkeimmät edut ovat: korkea energiatiheys, nopea lataus- ja purkausnopeus, kevyt paino, pitkä käyttöikä ja ympäristön saastumisen puute. Haittoja ovat lievä muistivaikutus, enemmän hallintaongelmia ja helppo muodostaa yksittäisen akun erotin sulaa.

4. Virtauskenno
Nestevirtausakku on uudentyyppinen akku. Nestevirtausakku on tehokas akku, joka käyttää positiivista ja negatiivista elektrolyyttiä erottamiseen ja kierrättämiseen erikseen. Sillä on ominaisuuksia, kuten suuri kapasiteetti, laaja käyttöalue (ympäristö) ja pitkä käyttöikä. Se on tällä hetkellä uusi energiatuote.

Nestevirtausakkua käytetään yleensä energian varastointivoimalaitosjärjestelmässä, joka koostuu pinoyksiköstä, elektrolyyttiliuoksen ja elektrolyyttiliuoksen varastointi- ja syöttöyksiköstä, ohjaus- ja hallintayksiköstä jne. Ydin koostuu pinosta ja (pino koostuu kymmenistä kennoista hapetuspelkistysreaktiota varten) ja yhdestä kennosta lataamista ja purkamista varten sarjaan tiettyjen vaatimusten mukaisesti, ja sen rakenne on samanlainen kuin polttokennopinon.

Vanadiinivirtausakku on uudentyyppinen sähkön varastointi- ja energian varastointilaite. Sitä voidaan käyttää paitsi aurinko- ja tuulivoiman tuotantoprosessien tukevana energian varastointilaitteena, myös sähköverkon huippukuormituksen vähentämiseen sähköverkon vakauden parantamiseksi ja sähköverkon turvallisuuden varmistamiseksi. Sen tärkeimmät edut ovat: joustava asettelu, pitkä käyttöikä, nopea vasteaika ja haitallisten päästöjen puuttuminen; haittana on, että energiatiheys vaihtelee suuresti.

5. Natriumrikkiakku
Natriumrikkiakku koostuu positiivisesta navasta, negatiivisesta navasta, elektrolyytistä, kalvosta ja kuoresta. Toisin kuin tavalliset sekundaariparistot (lyijyakut, nikkeli-kadmiumakut jne.), natriumrikkiakku koostuu sulasta elektrodista ja kiinteästä elektrolyytistä. Negatiivisen navan aktiivinen aine on sula natriummetalli ja positiivisen navan aktiivinen aine on nestemäinen rikki ja sula natriumpolysulfidi. Sekundaariparistossa on natriummetalli negatiivisena elektrodina, rikki positiivisena elektrodina ja keraaminen putki elektrolyyttierottimena. Tietyssä käyttöasteessa natriumionit voivat reagoida palautuvasti rikin kanssa elektrolyyttikalvon läpi vapauttaen ja varastoiden energiaa.

Uudentyyppisenä kemiallisena virtalähteenä tämäntyyppistä akkua on kehitetty huomattavasti sen keksimisen jälkeen. Natriumrikkiakku on kooltaan pieni, kapasiteetiltaan suuri, pitkäikäinen ja tehokas. Sitä käytetään laajalti sähköenergian varastoinnissa, kuten huippujen katkaisussa ja laaksojen täyttössä, hätävirtalähteissä ja tuulivoiman tuotannossa.

Sen tärkeimmät edut ovat seuraavat: 1) Sillä on korkeampi ominaisenergia (eli efektiivinen sähköenergia akun massayksikköä tai tilavuusyksikköä kohti). Sen teoreettinen ominaisenergia on 760 Wh/kg, joka on itse asiassa yli 150 Wh/kg, 3–4 kertaa enemmän kuin lyijyakulla. 2) Samalla se voi purkaa varauksia suurella virralla ja teholla. Sen purkausvirran tiheys voi yleensä olla 200–300 mA/cm2, ja se voi vapauttaa kolminkertaisen määrän omaa energiaansa hetkessä. 3) Korkea lataus- ja purkaustehokkuus.

Natriumrikki-akulla on myös puutteita. Sen käyttölämpötila on 300–350 ℃, joten akkua on lämmitettävä ja pidettävä lämpimänä käytön aikana. Tämä ongelma voidaan kuitenkin ratkaista tehokkaasti käyttämällä tehokasta tyhjiölämmöneristystekniikkaa.

6. Lyijyhiiliakku
Lyijyhiiliakku on kapasitiivinen lyijyakku, joka on perinteisestä lyijyakusta kehitetty tekniikka. Se voi merkittävästi parantaa lyijyakun käyttöikää lisäämällä aktiivihiiltä akun negatiiviseen napaan.

Lyijyhiiliakku on uudentyyppinen superakku, joka yhdistää lyijyakun ja superkondensaattorin: se ei ainoastaan ​​hyödynnä superkondensaattorin välittömän suuren kapasiteetin latauksen etuja, vaan myös lyijyakun erityisiä energiaetuja, ja sillä on erittäin hyvä lataus- ja purkauskyky - se voidaan ladata täyteen 90 minuutissa (jos lyijyakku ladataan ja puretaan tällä tavalla, sen käyttöikä on alle 30 kertaa). Lisäksi hiilen (grafeenin) lisäämisen ansiosta negatiivisen elektrodin sulfaatioilmiö estyy, mikä parantaa akun vikaantumisriskiä ja pidentää akun käyttöikää.

Lyijyhiiliakku on sekoitus epäsymmetristä superkondensaattoria ja lyijyakkua sisäisen rinnakkainkytkennän muodossa. Uudentyyppisenä superakkuna lyijyhiiliakku on yhdistelmä lyijyhiiliakun ja superkondensaattorin teknologioita. Se on kaksitoiminen energian varastointiakku, jolla on sekä kapasitiiviset ominaisuudet että akun ominaisuudet. Siksi se ei ainoastaan ​​hyödynnä täysimääräisesti superkondensaattorin välittömän tehon latauksen etuja suurella kapasiteetilla, vaan myös lyijyhiiliakkujen energiaedut, jotka voidaan ladata täyteen tunnissa. Sillä on hyvä lataus- ja purkauskyky. Lyijyhiiliteknologian ansiosta lyijyhiiliakun suorituskyky on huomattavasti parempi kuin perinteisten lyijyhiiliakkujen, ja sitä voidaan käyttää uusissa energialähteissä, kuten hybridiajoneuvoissa, sähköpyörissä ja muilla aloilla. Sitä voidaan käyttää myös uusien energialähteiden, kuten tuulivoiman, tuotannossa ja energian varastoinnissa.