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


Zakręć kołem i wygraj! »

Zakręć kołem i wygraj Każdego dnia możesz odebrać zniżkę (...) chcę zakręcić »


Zasilanie awaryjne - ups, agregaty, akumulatory...»

Czy znasz, ekologiczną alternatywę dla agregatów »

drukarka etykiet systemy zasilania
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » W połączeniu z elektroniką prezentuje ona szczyt nowoczesnej technologii agregatów prądotwórczych (...) czytam dalej »

 


Szukasz producenta komponentów przemysłowych? Sprawdź ich »

Kamery termowizyjne Dzięki wykorzystaniu innowacyjnych rozwiązań stosowanych w sektorze opieki zdrowotnej, zastosowaniach konsumenckich i przemysłowych, te podstawowe (...) czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Jak zmniejszyć swój rachunek za energię »

automatyka przemysłowa zmniejsz rachunki za prąd
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Oszczędzaj na rachunkach za prąd w domu lub firmie. Wystarczy Po Prostu Energia (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


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 »

 


Potrzebujesz pomocy w wyborze UPS-a? Sprawdź ten przewodnik »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

UPS zasilacze bezpanelowa energia słoneczna
Urządzenia elektroniczne, których używasz do codziennej komunikacji, rozrywki i zapewnienia rodzinie bezpieczeństwa, są narażone na uszkodzenia spowodowane nieoczekiwanymi przerwami w dostawach energii elektrycznej, (...) 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 »

Szybki i łatwy sposób na budowę Twojego indywidualnego systemu wizyjnego»

system wizyjny Dziś trudno sobie wyobrazić nowoczesną, elastyczną produkcję bez przemysłowego przetwarzania obrazu. A to dlatego, że systemy wizyjne zapewniają jakość produktów i wspierają efektywne ... czytam dalej »


Automatyka przemysłowa - zobacz najlepsze rozwiązania »

Kontenerowa stacja transformatorowa Minibox »

Czujniki i automatyka Rozdzielnice kontenerowe
Zarówno w sektorze energetyki tradycyjnej jak i odnawialnej, czujniki oraz automatyka muszą być odporne na oddziaływaniu warunków środowiskowych. Ekstremalne ... czytam więcej » Zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja ... czytam dalej »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Osprzęt elektroinstalacyjny dla elektryka »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Zobacz jaki osprzęt wybrać i porównaj parametry... czytam dalej »


Transformatory oraz dławiki dostosowane do indywidualnych wymagań »

transformatory ei Mają zastosowanie w sieciach przesyłowych i rozdzielczych. Stosowane są do zasilania układów trakcyjnych w pojazdach szynowych, w instalacjach wykorzystujących napędy (...) czytam dalej »


Liczniki energii elektrycznej - poznaj nowe »

Switch zarządzalny – czy warto? Jaki wybrać?

Liczniki energii jakie wybrać Switche niezarządzalne
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Switch zarządzalny daje możliwość nie tylko stworzenia siecilokalnej, ale daje wiele innicf możliwości. Między innymi pozwala także dostosować porty, a więc i parametry sieci do... 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 »
7-8/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 7-8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Obciążalność prądowa ciągła przewodów szynowych wielkoprądowych SN
  • - Instalacje elektryczne w osiedlowych budynkach wielorodzinnych
Zobacz szczegóły
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