DKSESS 100 kW autonominė hibridinė saulės energijos sistema

Baterijų palyginimas energijos kaupimo sistemoje
Baterijos tipo energijos kaupimas yra cheminis energijos kaupimas. Pagal pasirinktą baterijos tipą jas galima suskirstyti į švino rūgšties baterijas, ličio baterijas, nikelio vandenilio baterijas, skysčio srauto baterijas (vanadžio baterijas), natrio sieros baterijas, švino anglies baterijas ir kt.

1. Švino rūgšties akumuliatorius
Švino rūgšties akumuliatoriai yra koloidiniai ir skystieji (vadinamieji įprasti švino rūgšties akumuliatoriai). Šių dviejų tipų akumuliatoriai naudojami skirtinguose regionuose. Koloidiniai akumuliatoriai pasižymi dideliu atsparumu šalčiui, o jų darbinis energijos vartojimo efektyvumas yra daug geresnis nei skystųjų akumuliatorių, kai temperatūra žemesnė nei 15 °C, o jų šilumos izoliacijos savybės puikios.

Koloidinis švino-rūgšties akumuliatorius yra patobulintas, palyginti su įprastu švino-rūgšties akumuliatoriumi, naudojant skystą elektrolitą. Koloidinis elektrolitas naudojamas sieros rūgšties elektrolitui pakeisti, todėl jis yra geresnis nei įprastas akumuliatorius saugumo, kaupimo talpos, iškrovimo efektyvumo ir tarnavimo laiko atžvilgiu. Koloidiniame švino-rūgšties akumuliatoriuje naudojamas gelio elektrolitas, kuriame nėra laisvo skysčio. Esant tokiam pačiam tūriui, elektrolitas pasižymi didele talpa, didele šilumos talpa ir dideliu šilumos išsklaidymo gebėjimu, todėl galima išvengti įprastų akumuliatorių šiluminio išbėgimo reiškinio; dėl mažos elektrolito koncentracijos elektrodų plokštės korozija yra silpna; koncentracija yra vienoda, nėra elektrolito stratifikacijos.

Įprastas švino rūgšties akumuliatorius yra tokio tipo akumuliatorius, kurio elektrodas daugiausia pagamintas iš švino ir jo oksido, o elektrolitas yra sieros rūgšties tirpalas. Išsikrovus švino rūgšties akumuliatoriui, teigiamo elektrodo pagrindinis komponentas yra švino dioksidas, o neigiamo elektrodo pagrindinis komponentas yra švinas; įkrovimo būsenoje teigiamo ir neigiamo elektrodo pagrindiniai komponentai yra švino sulfatas. Vieno elemento švino rūgšties akumuliatoriaus nominali įtampa yra 2,0 V, kurį galima iškrauti iki 1,5 V ir įkrauti iki 2,4 V; taikant šešis vieno elemento švino rūgšties akumuliatorius dažnai naudojami nuosekliai, kad būtų suformuotas 12 V nominali švino rūgšties akumuliatorius, taip pat 24 V, 36 V, 48 V ir kt.

Jo privalumai daugiausia apima: saugų sandarinimą, oro išleidimo sistemą, paprastą priežiūrą, ilgą tarnavimo laiką, stabilią kokybę, didelį patikimumą ir nereikalauja priežiūros; trūkumas yra didelis švino taršos kiekis ir mažas energijos tankis (tai yra, per didelis).

2. Ličio baterija
„Ličio baterija“ – tai baterija, kurios katodo medžiaga yra ličio metalas arba ličio lydinys ir kurioje naudojamas ne vandeninis elektrolito tirpalas. Ji skirstoma į dvi kategorijas: ličio metalo bateriją ir ličio jonų bateriją.

Ličio metalo baterijose katodo medžiaga paprastai yra mangano dioksidas, katodo medžiaga – metalinis litis arba jo lydinys, o elektrolito tirpalas – ne vandeninis. Ličio jonų baterijose katodo medžiaga paprastai yra ličio lydinio metalo oksidai, katodo medžiaga – grafitas, o elektrolitai – ne vandeniniai. Ličio jonų baterijose nėra metalinio ličio ir jas galima įkrauti. Energijos kaupimui naudojama ličio baterija yra vadinama „ličio baterija“.

Energijos kaupimo sistemose daugiausia naudojami ličio akumuliatoriai: ličio geležies fosfato akumuliatorius, trinaris ličio akumuliatorius ir ličio mangano akumuliatorius. Vienkartinė baterija pasižymi aukšta įtampa, plačiu darbinės temperatūros diapazonu, didele savitąja energija ir efektyvumu bei mažu savaiminio išsikrovimo greičiu. Saugumą ir tarnavimo laiką galima pagerinti naudojant apsaugos ir išlyginimo grandines. Todėl, atsižvelgiant į įvairių akumuliatorių privalumus ir trūkumus, ličio baterijos tapo pirmuoju pasirinkimu energijos kaupimo elektrinėse dėl gana brandžios pramoninės grandinės, saugumo, patikimumo ir ekologiškumo.

Pagrindiniai jo privalumai: ilgas tarnavimo laikas, didelis energijos kaupimo tankis, lengvas svoris ir didelis prisitaikymas; trūkumai yra prastas saugumas, lengvas sprogimas, didelė kaina ir ribotos naudojimo sąlygos.

Ličio geležies fosfatas
Ličio geležies fosfato akumuliatorius – tai ličio jonų akumuliatorius, kurio katodo medžiaga yra ličio geležies fosfatas. Ličio jonų akumuliatorių katodo medžiagos daugiausia apima ličio kobalatą, ličio manganatą, ličio nikelio oksidą, trijų komponentų medžiagas, ličio geležies fosfatą ir kt. Ličio kobalatas yra katodo medžiaga, naudojama daugumoje ličio jonų akumuliatorių.

Ličio geležies fosfatas kaip ličio maitinimo akumuliatorių medžiaga atsirado tik pastaraisiais metais. Didelės talpos ličio geležies fosfato akumuliatorius Kinijoje buvo sukurtas 2005 m. Jo saugos charakteristikos ir ciklo trukmė yra nepalyginami su kitomis medžiagomis. 1C įkrovimo ir iškrovimo ciklo trukmė siekia 2000 kartų. Vieno akumuliatoriaus perkrovos įtampa yra 30 V, todėl jis nedega ir nesprogsta pradurtas. Didelės talpos ličio jonų akumuliatorius, pagamintus iš ličio geležies fosfato katodo medžiagų, lengviau naudoti nuosekliai, kad būtų patenkinti dažno elektromobilių įkrovimo ir iškrovimo poreikiai.

Ličio geležies fosfatas yra netoksiškas, neteršiantis, saugus, iš plačiai tiekiamų žaliavų, pigus, ilgaamžis ir turi kitų privalumų. Tai ideali katodo medžiaga naujos kartos ličio jonų akumuliatoriams. Ličio geležies fosfato akumuliatorius taip pat turi trūkumų. Pavyzdžiui, ličio geležies fosfato katodo medžiagos plūkimo tankis yra mažas, o tokios pat talpos ličio geležies fosfato akumuliatoriaus tūris yra didesnis nei ličio jonų akumuliatorių, tokių kaip ličio kobalatas, todėl jis neturi jokių pranašumų mikroakumuliatoriuose.

Dėl būdingų ličio geležies fosfato savybių, jo veikimas žemoje temperatūroje yra prastesnis nei kitų katodo medžiagų, tokių kaip ličio manganatas. Apskritai, vieno elemento (atkreipkite dėmesį, kad tai yra vienas elementas, o ne akumuliatorių blokas) išmatuotas akumuliatoriaus bloko veikimas žemoje temperatūroje gali būti šiek tiek didesnis.

Tai susiję su šilumos išsklaidymo sąlygomis), jo talpos išlaikymo greitis yra apie 60–70 % esant 0 ℃, 40–55 % esant –10 ℃ ir 20–40 % esant –20 ℃. Toks žemos temperatūros veikimas akivaizdžiai negali atitikti maitinimo šaltinio naudojimo reikalavimų. Šiuo metu kai kurie gamintojai pagerino ličio geležies fosfato žemos temperatūros veikimą, patobulindami elektrolitų sistemą, teigiamo elektrodo formulę, medžiagų charakteristikas ir elementų struktūros konstrukciją.

Trijų komponentų ličio baterija
Trijų komponentų polimerinis ličio akumuliatorius – tai ličio akumuliatorius, kurio katodo medžiaga yra ličio nikelio kobalto manganatas (Li (NiCoMn)O2). Trijų komponentų kompozicinė katodo medžiaga yra pagaminta iš nikelio druskos, kobalto druskos ir mangano druskos kaip žaliavų. Nikelio, kobalto ir mangano santykis trijų komponentų polimeriniame ličio akumuliatoriuje gali būti reguliuojamas pagal faktinius poreikius. Akumuliatorius su trijų komponentų katodo medžiaga yra saugesnis, palyginti su ličio kobalto akumuliatoriumi, tačiau jo įtampa yra per žema.

Pagrindiniai jo privalumai: geras ciklo našumas; trūkumas yra ribotas naudojimas. Tačiau dėl griežtėjančios vidaus politikos dėl trijų komponentų ličio baterijų, trijų komponentų ličio baterijų kūrimas linkęs sulėtėti.

Ličio mangano baterija
Ličio manganato akumuliatorius yra viena iš perspektyviausių ličio jonų katodo medžiagų. Palyginti su tradicinėmis katodo medžiagomis, tokiomis kaip ličio kobalatas, ličio manganatas pasižymi gausiais ištekliais, maža kaina, neteršia aplinkos, geru saugumu, geru dauginimosi našumu ir kt. Tai ideali katodo medžiaga akumuliatoriams. Tačiau prastas ciklų veikimas ir elektrocheminis stabilumas labai riboja jo industrializaciją. Ličio manganatą daugiausia sudaro spinelio ličio manganatas ir sluoksniuotas ličio manganatas. Špinelio ličio manganatas turi stabilią struktūrą ir jį lengva gaminti pramonėje. Šiandien rinkoje esantys produktai yra visi šios struktūros. Spinelio ličio manganatas priklauso kubinių kristalų sistemai, Fd3m erdvinei grupei, o teorinė savitoji talpa yra 148 mAh/g. Dėl trimatės tunelinės struktūros ličio jonai gali būti grįžtamai išmontuoti iš spinelio gardelės nesukeliant struktūros kolapso, todėl jis pasižymi puikiu didinimo našumu ir stabilumu.

3. NiMH baterija
NiMH akumuliatorius yra geras akumuliatorių tipas. Nikelio ir vandenilio akumuliatoriaus teigiama aktyvioji medžiaga yra Ni (OH)₂ (vadinamas NiO elektrodu), neigiama aktyvioji medžiaga yra metalo hidridas, dar vadinamas vandenilio kaupimo lydiniu (vadinamas vandenilio kaupimo elektrodu), o elektrolitas yra 6 mol/l kalio hidroksido tirpalas.

Nikelio metalo hidrido akumuliatoriai skirstomi į aukštos įtampos nikelio metalo hidrido akumuliatorius ir žemos įtampos nikelio metalo hidrido akumuliatorius.

Žemos įtampos nikelio metalo hidrido akumuliatorius pasižymi šiomis savybėmis: (1) akumuliatoriaus įtampa yra 1,2–1,3 V, o tai atitinka nikelio kadmio akumuliatoriaus įtampą; (2) didelis energijos tankis, daugiau nei 1,5 karto didesnis nei nikelio kadmio akumuliatoriaus; (3) greitas įkrovimas ir iškrovimas, geras veikimas žemoje temperatūroje; (4) sandarus, didelis atsparumas perkrovimui ir iškrovimui; (5) nesusidaro dendritiniai kristalai, kurie gali užkirsti kelią trumpajam jungimui akumuliatoriuje; (6) saugus ir patikimas, neteršia aplinkos, neturi atminties efekto ir pan.

Aukštos įtampos nikelio-vandenilio akumuliatorius pasižymi šiomis savybėmis: (1) Didelis patikimumas. Gerai apsaugo nuo perkrovų ir perkrovų, atlaiko didelį įkrovimo ir iškrovimo greitį ir nesusidaro dendritai. Geros specifinės savybės. Savitoji masės talpa yra 60 A · h/kg, tai yra 5 kartus daugiau nei nikelio-kadmio akumuliatorių. (2) Ilgas ciklų tarnavimo laikas, iki tūkstančių. (3) Visiškai sandarus, nereikalauja daug priežiūros. (4) Puikios eksploatacinės savybės žemoje temperatūroje, o talpa reikšmingai nekinta esant -10 ℃ temperatūrai.

Pagrindiniai NiMH akumuliatoriaus privalumai: didelis energijos tankis, greitas įkrovimas ir iškrovimas, lengvas svoris, ilgas tarnavimo laikas, neteršia aplinkos; trūkumai yra nedidelis atminties efektas, didesnės valdymo problemos ir lengvai formuojamas vieno akumuliatoriaus separatorius, lydantis.

4. Srauto ląstelė
Skysčio srauto akumuliatorius yra naujo tipo akumuliatorius. Skysčio srauto akumuliatorius yra didelio našumo akumuliatorius, kuriame teigiamas ir neigiamas elektrolitas atskiriami ir cirkuliuoja atskirai. Jis pasižymi didele talpa, plačiu pritaikymo lauku (aplinkoje) ir ilgu ciklo tarnavimo laiku. Šiuo metu tai naujas energijos produktas.

Skysčio srauto akumuliatorius paprastai naudojamas energijos kaupimo elektrinėse, kurias sudaro blokas, elektrolito tirpalo ir elektrolito tirpalo kaupimo bei tiekimo blokas, valdymo ir valdymo blokas ir kt. Šerdis sudaryta iš bloko (blokas sudarytas iš dešimčių oksidacijos redukcijos reakcijos elementų) ir vieno elemento, skirto įkrovimui ir iškrovimui pagal konkrečius reikalavimus nuosekliai, o jo struktūra panaši į kuro elementų bloko struktūrą.

Vanadžio srauto akumuliatorius yra naujo tipo energijos kaupimo ir kaupimo įranga. Jis gali būti naudojamas ne tik kaip pagalbinis energijos kaupimo įrenginys saulės ir vėjo energijos gamybos procesuose, bet ir gali būti naudojamas elektros tinklo piko mažinimui, siekiant pagerinti elektros tinklo stabilumą ir užtikrinti elektros tinklo saugumą. Pagrindiniai jo privalumai: lankstus išdėstymas, ilgas ciklo tarnavimo laikas, greitas reagavimo laikas ir kenksmingų emisijų nebuvimas; trūkumas yra tas, kad energijos tankis labai svyruoja.

5. Natrio sieros akumuliatorius
Natrio sieros akumuliatorių sudaro teigiamas polius, neigiamas polius, elektrolitas, diafragma ir apvalkalas. Skirtingai nuo įprastų antrinių baterijų (švino-rūgšties baterijų, nikelio-kadmio baterijų ir kt.), natrio sieros akumuliatorių sudaro išlydytas elektrodas ir kietas elektrolitas. Neigiamojo poliaus aktyvioji medžiaga yra išlydytas natrio metalas, o teigiamojo poliaus aktyvioji medžiaga yra skysta siera ir išlydytas natrio polisulfidas. Antrinėje baterijoje neigiamas elektrodas yra natrio metalas, teigiamas elektrodas – siera, o elektrolito separatorius – keraminis vamzdelis. Esant tam tikram darbiniam laipsniui, natrio jonai gali grįžtamai reaguoti su siera per elektrolito membraną, išskirdami ir kaupdami energiją.

Kaip naujo tipo cheminis energijos šaltinis, šis akumuliatorius buvo labai patobulintas nuo pat jo atsiradimo. Natrio sieros akumuliatorius yra mažo dydžio, didelės talpos, ilgaamžis ir labai efektyvus. Jis plačiai naudojamas elektros energijos kaupimui, pavyzdžiui, piko skilimui ir slėnių užpildymui, avariniam elektros energijos tiekimui ir vėjo energijos gamybai.

Pagrindiniai jo privalumai yra šie: 1) Jis turi didesnę savitąją energiją (t. y. efektyviąją elektros energiją akumuliatoriaus masės arba tūrio vienetui). Jo teorinė savitoji energija yra 760 Wh/kg, kuri iš tikrųjų viršija 150 Wh/kg, t. y. 3–4 kartus didesnė nei švino rūgšties akumuliatoriaus. 2) Tuo pačiu metu jis gali išsikrauti didele srove ir galia. Jo iškrovimo srovės tankis paprastai gali siekti 200–300 mA/cm2, o akimirksniu jis gali išskirti 3 kartus daugiau energijos nei jo vidinė energija. 3) Didelis įkrovimo ir iškrovimo efektyvumas.

Natrio sieros akumuliatorius taip pat turi trūkumų. Jo darbinė temperatūra yra 300–350 ℃, todėl veikimo metu akumuliatorių reikia šildyti ir laikyti šiltai. Tačiau šią problemą galima efektyviai išspręsti naudojant didelio našumo vakuuminės šilumos izoliacijos technologiją.

6. Švino anglies akumuliatorius
Švino-anglies akumuliatorius yra talpinis švino-rūgšties akumuliatorius, sukurtas remiantis tradiciniu švino-rūgšties akumuliatoriumi. Į neigiamą akumuliatoriaus polių įpilant aktyviosios anglies, galima žymiai pailginti jo tarnavimo laiką.

Švino-anglies akumuliatorius yra naujo tipo superakumuliatorius, kuriame sujungtos švino rūgšties akumuliatoriaus ir superkondensatoriaus savybės: jis ne tik išnaudoja momentinio didelės talpos superkondensatoriaus įkrovimo privalumus, bet ir specifinį švino rūgšties akumuliatoriaus energijos pranašumą, be to, pasižymi labai geru įkrovimo ir iškrovimo našumu – jį galima visiškai įkrauti per 90 minučių (jei švino rūgšties akumuliatorius įkraunamas ir iškraunamas tokiu būdu, jo tarnavimo laikas sutrumpėja iki 30 kartų). Be to, dėl pridėtos anglies (grafeno) išvengiama neigiamo elektrodo sulfacijos, o tai sumažina akumuliatoriaus gedimo riziką ir pailgina jo tarnavimo laiką.

Švino anglies akumuliatorius yra asimetrinio superkondensatoriaus ir švino rūgšties akumuliatoriaus mišinys, sujungtas vidiniu lygiagrečiu jungimu. Kaip naujo tipo superakumuliatorius, švino anglies akumuliatorius yra švino rūgšties akumuliatoriaus ir superkondensatoriaus technologijų derinys. Tai dvigubos funkcijos energijos kaupimo akumuliatorius, turintis ir talpines, ir akumuliatoriaus charakteristikas. Todėl jis ne tik visapusiškai išnaudoja superkondensatoriaus momentinio įkrovimo su didele talpa privalumus, bet ir visapusiškai išnaudoja švino rūgšties akumuliatorių energetinius pranašumus, nes juos galima visiškai įkrauti per valandą. Jis pasižymi geru įkrovimo ir iškrovimo našumu. Dėl švino anglies technologijos naudojimo švino anglies akumuliatoriaus našumas yra daug geresnis nei tradicinio švino rūgšties akumuliatoriaus, todėl jį galima naudoti naujos energijos transporto priemonėse, tokiose kaip hibridinės elektrinės transporto priemonės, elektriniai dviračiai ir kitose srityse; jį taip pat galima naudoti naujos energijos kaupimo srityje, pavyzdžiui, vėjo energijos gamyboje ir energijos kaupime.