第6章 储能蓄电池.doc

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储能蓄电池 6.1 蓄电池应用简介 6.1.1 蓄电池在可再生能源离网发电 蓄电池是风力发电系统和太阳能光伏发电系统中必不可少的储能设备,它能稳定系统中的短时间波动,并在系统没有后备发电机组作的情况下可提供1-3天的电力供应。蓄电池储能单元是影响可再生能源发电系统运行成本的最敏感因素之一:根据对风能、太阳能和风光互补发电系统的成本分析,蓄电池的投资约占系统总投资的15~20%。在正常情况下,主发电设备(风力发电机、太阳能电池等)等平均使用寿命都在十年以上,甚至更长,达十五年以上,但铅酸蓄电池的平均寿命为5年左右,也就是说,在可再生能源发电系统的运行寿命期内,除了初投资中的蓄电池组外,还要更换2次。如此高的投资和折旧费用,使蓄电池对发电系统的运行成本影响很大。蓄电池又是系统中最为薄弱的环节,蓄电池的选型、使用和维护十分重要,使用维护不当会极大地缩短蓄电池的使用寿命。 蓄电池组由互相连接的蓄电池组成。先将若干个蓄电池,可达120个甚至更多,组成一个串联蓄电池组,然后若干个串联蓄电池组再并联,以满足系统的电量储存要求。并联的蓄电池组最多可达7组,但一般不超过4组。大部分单体蓄电池的电压分为2V、6V和12V。相同电压的蓄电池又有不同的容量,一般以Ah的形式表示。2V的单体蓄电池的电流最大可达1500Ah,而12V的单体蓄电池容量一般最大到200Ah。2V单体蓄电池的寿命一般比12V单体蓄电池的长,但单位价格也高。 蓄电池的有效容量比它的额定容量小,而且随着时间的推移而减弱。蓄电池放电的深度越大,放电的速度越快,蓄电池的有效容量衰减得就越快。蓄电池的另一个指标是自放率。在25oC的条件下,自放率应不大于5%。如果严格遵守蓄电池的使用和保养程序,没有超出制造商指明的放电率,蓄电池的寿命应不少于5-8年。 6.1.2 目前我国还没有专门用于可再生能源发电系统的蓄电池,最常使用的是铅酸蓄电池,其次是碱性电池。目前还有使用胶体电池的。 1)铅酸电池 用铅和二氧化铅作为负极和正极的活性物质(即参加化学反应的物质),以浓度为27-37%的硫酸水溶液作为电解液的电池,称为铅酸蓄电池(亦称“铅蓄电池”)。 由于铅酸蓄电池具有运行温度适中和放电电流大,可以根据电解液比重的变化检查电池的荷电状态,储存性能好及成本较低等优点,目前在蓄电池生产和使用中仍保持着领先地位。 铅酸蓄电池不仅具有化学能和电能转换效率较高、循环寿命较长、端电压高,容量大(高达3000Ah)的特点,而且还具备防酸、隔爆、消氢、耐腐蚀的性能。同时随着工艺技术的提高,铅酸蓄电池的使用寿命也在不断提高。 由于“送电到乡”项目的促进,我国的蓄电池产业得到了迅速发展,使该产业原来主要为电力和UPS提高蓄电池,发展到生产较适用于可再生能源独立供电系统的蓄电池组。尤其是具有免维护特点的密封型铅酸蓄电池得到了较快的发展。密封式铅酸电池与液体铅酸电池差别是,电解质是凝胶、固体或海绵状物质,当密封电池使用液体电解质时,电解液全部被吸附在超细玻璃纤维隔板中,以防倒置时漏液。密封式铅酸电池,无需象普通铅酸蓄电池那样频发检查和加注蒸馏水,维护简便,方便运输,这对偏远的、获得蒸馏水困难的地区尤为重要。而且近年来,密封电池的价格已与普通铅酸电池的价格相对。 图 因蓄电池阀门失灵导致爆炸起火但是,电池的充放电过程是一个化学反应过程,在这个过程中蓄电池内部有气体和水的产生,密封型铅酸蓄电池是通过阀门来进行压力调节和回收水分的。阀门质量的好坏往往决定了该蓄电池的工作状况和使用寿命。劣质的阀门会引起密封型铅酸蓄电池爆炸,甚至起火,殃及周边电池和其它设备。另外,在高温气候条件下,密封式铅酸电池如过充容易造成蓄电池损坏。 图 因蓄电池阀门失灵导致爆炸起火 2)碱性电池 碱性蓄电池是以电解液的性质而得名,此类蓄电池的电解液采用了苛性钾或苛性钠的水溶液。碱性蓄电池按其极板材料,可分为镉镍蓄电池、铁镍蓄电池等。 镉镍蓄电池是以镉和铁的混合物作为负极活性物质,以氧化镍作为正极活性物质。铁镍蓄电池的正极活性物质与镉镍蓄电池的正极基本相同,只是负极以铁金属作为活性物质。 碱性蓄电池与铅酸蓄电池相比具有体积小,可深放电,耐过充和过放电,以及使用寿命长,维护简单等优点。碱性蓄电池的主要缺点是内阻大,电动势较低,造价高。同低成本的铅酸电池比较,镉镍电池初始成本高3~4倍,因此在可再生能源独立供电系统中较少采用。 3)胶体电池 众所周知,铅酸电池的极板硫酸盐化是个老技术难题。传统铅酸蓄电池采用硫酸液为电解质,在生产、使用和废弃过程中,对自然环境造成毁坏性的污染,成为这种产品发展的致命伤。 胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类,最简单的做法,是在硫酸中添加胶凝剂,使硫酸电液变为胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。 广义

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