Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Magazyny energii z akumulatorami chemicznymi, ich funkcje w systemie elektroenergetycznym

Bateria akumulatorów chemicznych w magazynie energii cd.
W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).
W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).
Rys. redakcja EI
Ciąg dalszy artykułu...

Bateria akumulatorów chemicznych w magazynie energii cd.

Akumulatory niklowo-kadmowe Ni-Cd: to baterie, gdzie elektrodą dodatnią jest wodorotlenek niklu, elektrodą ujemną jest mieszanina kadmu i żelaza. Elektrolit stanowi wodny roztwór wodorotlenku sodu lub potasu.

W stosunku do ogniw Pb-LA mają wiele zalet: większą trwałość, niewielkie wymogi co do obsługi i dobrą charakterystykę w niskich temperaturach. Nie zapewniają natomiast możliwości naładowania ich prądami kilku C oraz nie mają też cykliczności na poziomie kilku tysięcy. Są też stopniowo wycofywane z rynku ze względu na zawartość bardzo toksycznego kadmu. Poza tym są dwukrotnie droższe w przeliczeniu kWh w stosunku do ogniw Pb-LA.

Akumulatory wodorkowe Ni-MH. Zasadniczą różnicą w tej technologii akumulatorów w porównaniu z poprzednimi technologiami jest natomiast zastosowanie jako elektrody ujemnej stopów metali, które, wykorzystując elektrolizę wody, mogą absorbować wydzielany wodór, który jest wiązany chemicznie w postaci wodorków.

Na skutek rozładowania takiego nasyconego wodorem stopu, wodorek metalu rozkłada się na metal i jony wodorowe i następuje uwolnienie elektronów. Z tego powodu nie ma tu emisji gazów. Ta technologia charakteryzuje się brakiem możliwości naładowania prądami o wartości kilku C oraz brakiem cykliczności na poziomie kilku tysięcy.

Akumulatory typu Li-Ion. Anodę w nich stanowi materiał węglowy (najczęściej grafit). Materiał katodowy są to związki interkalowane litem. Elektrolit to roztwory soli litu w rozpuszczalnikach organicznych. Elektrolity mogą być ciekłe, ceramiczne, szkliste lub polimerowe.

Działania ogniw litowo-jonowych opiera się na zjawiskach interkalacji i deinterkalacji. Interkalacja jest to zjawisko wbudowywania się w strukturę krystaliczną ciała stałego elektrod jonów litu bez zmian tej struktury. Jony litu wchodzą w przestrzenie międzyatomowe kryształu.

Podczas procesu rozładowania ogniwa (przy dostarczaniu energii do obwodu elektrycznego) jony litu na anodzie ulegają deinterkalacji, opuszczają strukturę krystaliczną anody. Następnie dyfundują w elektrolicie w kierunku katody i interkalują do materiału katody.

Migracja jonów Li+ pomiędzy elektrodami powoduje obniżenie energii układu i równoczesny przepływ elektronów w obwodzie zewnętrznym akumulatora.

Podczas ładowania zachodzą procesy odwrotne. Pod wpływem różnicy potencjałów (przyłożenie do elektrod zewnętrznego źródła napięcia), na elektrodzie dodatniej następuje reakcja elektrochemiczna, w wyniku której lit ulega utlenieniu do jonu litu Li+. Reakcji tej towarzyszy deinterkalacja jonów Li+ z materiału katody i ich migracja przez elektrolit i interkalacja do anody. Szczegółowo przedstawia to praca [3].

Największym wyzwaniem w konstrukcji wszystkich systemów litowych jest znalezienie optymalnej współzależności pomiędzy materiałami katodowymi i anodowymi, które determinują parametry funkcjonowania ogniw, takie jak: napięcie, pojemność, odwracalność reakcji ładowania/rozładowania oraz stabilność chemiczna.

Materiały elektrodowe muszą nie tylko odpowiednio współpracować ze sobą, lecz wspólnie z elektrolitem i separatorem tworzyć układ synergistyczny.

Potencjalne możliwości osiągnięcia większej mocy w ogniwach Li-Ion tkwią w głównej mierze w doskonaleniu materiału katodowego i anodowego. Cały czas trwają więc intensywne prace nad modyfikacją znanych dotychczas układów, jak również poszukiwane są nowe, aktywne materiały, które pozwolą na obniżenie kosztów, poprawę parametrów oraz bezpieczeństwa pracy akumulatorów.

Od kilku lat te prace zaowocowały skomercjalizowaniem technologii i produkcją powtarzalnych, pewnych ogniw.

Obecnie najpowszechniej (ze względu na skład chemiczny elektrod) są stosowane następujące typy ogniw litowych:

NMC – katoda jest zbudowana z tlenków litowo-niklowo-kobaltowych, anodą jest grafit;

LMO – katoda jest zbudowana z tleneków litowo-magnezowych, anodą jest grafit;

LFP – katoda jest zbudowana z tlenków litowo-żelazowych, anodą jest grafit;

LTO – katodą jest tlenek litowo-kobaltowy, anodą jest grafit z tlenkiem litowo-tytanowym.

Technologia akumulatorów Li-ion jest droższa, ale nie ma wad charakterystycznych dla innych technologii i dobrze obsługuje wymagane przez ESS funkcje.

Cena za KWh baterii Li‑ion jest 3–5 krotnością ceny poprzednich technologii.

Baterie li‑ion muszą być wyposażone w system kontroli nadzoru i zarządzania określany jako BMS (ang Battery Management System). Układ ten zapewnia kontrolę napięć na poszczególnych ogniwach (z rozdzielczością +/–1 mV), prądu ładowania, kontrola temperatur (z rozdzielczością do 1°C). Odpowiada on za efektywne wykorzystywanie dostępnej pojemności baterii, wykonanie procesu wyrównywania parametrów ogniw (balancing pasywny lub aktywny).

BMS zapewnia bezpieczeństwo pracy baterii, kontrolowanie parametrów akumulatorów i zabezpieczenie przed ich awarią.

Każda technologia akumulowania energii zawsze będzie wprowadzała zagrożenie niekontrolowanego jej uwolnienia. Jednakże przy zastosowaniu akumulatorów Li-ion niebezpieczeństwo pożarowe znacząco wzrasta ze względu na palność litu i jego trudne gaszenie. Z tego powodu ważna jest dobra instalacja baterii i zastosowanie bardzo dobrego BMS. Większość awarii baterii li-ion to wynik błędów instalacyjnych, nieprawidłowego działania BMS, a nie błędów ogniw czy technologii.

Tab. 1. Zestawienie kluczowych parametrów pracy ESS dla różnych typów akumulatorów
Tab. 1. Zestawienie kluczowych parametrów pracy ESS dla różnych typów akumulatorów

W tab. 1. zestawiono parametry przedstawionych powyżej technologii baterii akumulatorów

Dla doboru zasobnika akumulatora w magazynie energii są niezbędne następujące elementy:

  • wysokie napięcie nominalne,
  • duża pojemność i energia właściwa,
  • wysoka sprawność energetyczna,
  • możliwość przepływu dużych wielkości energii w obu kierunkach (to jest ładowania i rozładowania),
  • duża liczba cykli,
  • długa żywotność,
  • szeroki zakres temperatur pracy.

Z powyższego wynika, że akumulatory litowo-jonowe są aktualnie jedną z czołowych technologii magazynowania energii chemicznej, która jest najbardziej dopasowana technologicznie do funkcji spełnianych przez baterie ESS. Tylko te akumulatory zapewniają wysoki przepływ mocy (ładowania/rozładowania) w obu kierunkach, wysoką liczbę cykli, wysoką żywotność, wysoką gęstość energii i bardzo szeroki dopuszczalny zakres temperatur.

W grupie baterii litowych wybór ich pod technologię (NMC, LFP, LTO) zależy już od szczegółowych wymagań dla magazynu.

Baterie Pb-LA, Ni-Cd Ni-MH są stosowane rzadziej w tych aplikacjach.

Jeżeli zadaniem magazynu energii jest wspomaganie np. pracy farmy fotowoltaicznej, to można zastosować ogniwa Pb-LA lub Ni-Cd, bo w takich aplikacjach wymagany prąd ładowania akumulatora jest poniżej 0,5C.

Są przykłady zastosowania baterii Ni-Cd także w zastosowaniach magazynu energii spełniających funkcje pracy sieciowej (w tym obszarze zastosowań za zastosowaniem akumulatorów Ni-Cd przemawia zdecydowanie niższa cena niż baterii Li-Ion oraz ich duża odporność na warunki temperaturowe i większa żywotność).

Czytaj też: Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego - metodyka projektowania ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych zasilanych z tych źródeł (cz. 2) >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 9/2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Światło dzienne, nasz naturalny regulator - odwzorowanie opraw oświetleniowych »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

Ośiwetlenie - jakie wybrać? bezpanelowa energia słoneczna
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Nowe rozdzielnice Practibox S - wysoka jakość i nagrodzony design w przystępnej cenie»

nowe rozdzielnice Rozdzielnice dedykowane są przede wszystkim dla budownictwa mieszkaniowego (prywatnego jak i deweloperskiego), hoteli i obiektów biurowych. Rozdzielnice otrzymały ... czytam dalej »


Wprawiają w ruch tysiące różnych pojazdów na świecie - znasz ich?

Rozdzielnice średniego napięcia (SN) - przegląd 2019

pojazdy elektryczne Medcom Rozdzielnice 2019 porównanie
Zmieniają sposób myślenia o energii elektryczne i nie tylko... czytam więcej » Rozdzielnice średniego napięcia (SN), tak jak i inne rozdzielnice energetyczne, budowane są na napięcia znamionowe w zakresie od 7,2 do 36 kV o wartościach 7,2; 12; ... czytam dalej »

Kamery termowizyjne w cenach promocyjnych - tylko do 30 czerwca! »

Promocje na kamery termowizyjne Przy pracach instalacyjnych, a także w przemyśle, kamera termowizyjna jest nieodzownym narzędziem pracy ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Ochrona przed przepięciami systemów alarmowych»

Wszyscy elektryczni producenci w jednym miesjcu - zobacz!

Ochrona przepięciowa systemów alarmowych Elektryczni producenci w jednym miejscu
Jak ochronić różnorodne elektroniczne systemy ochrony mienia przed skutkami przepięć(...) czytam dalej » Zobacz ponad 100,000 produktów elektromechanicznych w ofercie (...) czytam dalej »

Co jeszcze potrafią enkodery Ethernet?

UPS zasilacze Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym?

Ograniczniki przepięć, które wybrać?

Switche zarządzalne spd ograniczniki przepięć
Switche niezarządzalne to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Układy SPD typu 1 (ograniczniki przepięć typu 1) powinny być stosowane do ochrony instalacji elektrycznej oraz urządzeń przed zagrożeniami stwarzanymi(...) czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
5/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 5/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Stacje ładowania pojazdów elektrycznych
  • - Oświetlenie boisk piłkarskich zgodnie z wymaganiami klas oświetleniowych
Zobacz szczegóły

Wakacyjna promocja prenumeraty „elektro.info”!

Już lada moment lato, czas urlopów i błogiego odpoczynku, ale... zanim to nastąpi mamy dla Was wyjątkową letnią promocję na zakup lub przedłużenie prenumeraty „elektro.info”!

Nowe czujniki w rodzinie NIPRESS 1

Rodzina czujników ciśnienia NIVELCO została znacząco powiększona i obecnie czujniki NIPRESS pokrywają zapotrzebowanie większości branż przemysłowych dzięki szerokiej gamie dostępnych...
Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów komunikacji. Wydajność standardu Fast Ethernet,...
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl