儲(chǔ)能用鉛酸法國(guó)SAPHIR蓄電池應(yīng)用綜述
1. 前言
隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以化石能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)主體面臨極大的危機(jī)和挑戰(zhàn)，能源危機(jī)與環(huán)境惡化日益加?。皇澜缰饕陌l(fā)達(dá)國(guó)家都越來(lái)越重視可再生能源的開(kāi)發(fā)研究。太陽(yáng)能、風(fēng)能作為清潔可再生能源以其蘊(yùn)藏量巨大和普遍性得到在世界新能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。而閥控密封式鉛酸儲(chǔ)能電池以其成熟的技術(shù)、穩(wěn)定的性能、免維護(hù)、環(huán)?？苫厥铡r(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、風(fēng)能以及風(fēng)光互補(bǔ)等儲(chǔ)能領(lǐng)域。
2. 太陽(yáng)能、風(fēng)能系統(tǒng)介紹
太陽(yáng)能、風(fēng)能雖為取之不盡用之不竭的可再生能源，但其受地理環(huán)境及季節(jié)、晝夜交替等自然規(guī)律的影響，因而具有一定的局限性；而人們對(duì)能源的需求是持續(xù)的并不受這些因素的影響，因此為彌補(bǔ)這一先天缺陷，采用太陽(yáng)能、風(fēng)能互補(bǔ)系統(tǒng)來(lái)解決能源供應(yīng)的不足。
目前新能源領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為：太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)、風(fēng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)以及風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)：太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能供負(fù)載使用或?qū)⒐饽軆?chǔ)存在蓄電池中轉(zhuǎn)化為電池的化學(xué)能，由蓄電池提供負(fù)載能量的系統(tǒng)，主要受太陽(yáng)輻射的時(shí)間及強(qiáng)度的影響。它由太陽(yáng)能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/ 交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1-1 所示。
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能的系統(tǒng)，主要受風(fēng)速的影響。它由風(fēng)機(jī)、控制器、蓄電池組、逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1-2 所示。
1. 前言
隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以化石能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)主體面臨極大的危機(jī)和挑戰(zhàn)，能源危機(jī)與環(huán)境惡化日益加??；世界主要的發(fā)達(dá)國(guó)家都越來(lái)越重視可再生能源的開(kāi)發(fā)研究。太陽(yáng)能、風(fēng)能作為清潔可再生能源以其蘊(yùn)藏量巨大和普遍性得到在世界新能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。而閥控密封式鉛酸儲(chǔ)能電池以其成熟的技術(shù)、穩(wěn)定的性能、免維護(hù)、環(huán)?？苫厥铡r(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、風(fēng)能以及風(fēng)光互補(bǔ)等儲(chǔ)能領(lǐng)域。
2. 太陽(yáng)能、風(fēng)能系統(tǒng)介紹
太陽(yáng)能、風(fēng)能雖為取之不盡用之不竭的可再生能源，但其受地理環(huán)境及季節(jié)、晝夜交替等自然規(guī)律的影響，因而具有一定的局限性；而人們對(duì)能源的需求是持續(xù)的并不受這些因素的影響，因此為彌補(bǔ)這一先天缺陷，采用太陽(yáng)能、風(fēng)能互補(bǔ)系統(tǒng)來(lái)解決能源供應(yīng)的不足。
目前新能源領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為：太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)、風(fēng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)以及風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)：太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能供負(fù)載使用或?qū)⒐饽軆?chǔ)存在蓄電池中轉(zhuǎn)化為電池的化學(xué)能，由蓄電池提供負(fù)載能量的系統(tǒng)，主要受太陽(yáng)輻射的時(shí)間及強(qiáng)度的影響。它由太陽(yáng)能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/ 交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1-1 所示。
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能的系統(tǒng)，主要受風(fēng)速的影響。它由風(fēng)機(jī)、控制器、蓄電池組、逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1-2 所示。
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是一種將太陽(yáng)能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。獨(dú)立的太陽(yáng)能系統(tǒng)及獨(dú)立的風(fēng)能系統(tǒng)，能量密度都比較低，均不能提供可靠的能量供應(yīng)，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)很好的利用了太陽(yáng)能和風(fēng)能的互補(bǔ)性能，白天太陽(yáng)光強(qiáng)度高、風(fēng)小，晚上及陰雨天無(wú)陽(yáng)光、風(fēng)大這一自然特性很好的促
成了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。它主要由太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、控制器、蓄電池、逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1-3 所示。
無(wú)論是獨(dú)立的太陽(yáng)能或風(fēng)能系統(tǒng)還是風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，都需要有一個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置將太陽(yáng)能及風(fēng)能儲(chǔ)存起來(lái)，因此技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定的鉛酸蓄電池很好的充當(dāng)了這一角色。同時(shí)由于新能源系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境多為距離人們生活區(qū)較遠(yuǎn)的山區(qū)、野外等，因此為解決維護(hù)困難的問(wèn)題，閥控密封式鉛酸蓄電池正好解決這一難題。
3. 儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池的工作原理
正極的二氧化鉛和負(fù)極的海綿狀鉛作為活性物質(zhì)參加電化學(xué)反應(yīng)，以密度為1.28 ～ 1.32g/ml的硫酸溶液作為電解液，統(tǒng)稱為鉛酸蓄電池（亦稱“鉛蓄電池”），放電時(shí)正負(fù)極活性物質(zhì)分別與硫酸反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鉛，對(duì)外電路產(chǎn)生電能，充電時(shí)正負(fù)極的硫酸鉛重新轉(zhuǎn)化成正極的二氧化鉛和負(fù)極的鉛，實(shí)現(xiàn)了電池的充放電循環(huán)。正極的氧氣通過(guò)AGM 隔板的孔隙傳輸?shù)截?fù)極，實(shí)現(xiàn)氧的復(fù)合。
4. 儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池技術(shù)特點(diǎn)
4.1 免維護(hù)性能
我公司采用高性能ABS 殼體材料配以高效安全閥，電池在使用過(guò)程中具有很高的氧復(fù)合的效率，既防止殼體變形同時(shí)有效的控制電池失水，這一特性有效的保證了電池在壽命期間完全免維護(hù)，給系統(tǒng)提供安全可靠的保障。
4.2 優(yōu)越的高低溫性能
新能源系統(tǒng)特殊的應(yīng)用環(huán)境要求電池必須具有較高的高、低溫性能，通常工作的環(huán)境溫度為-30℃ ~50℃，因此采用儲(chǔ)能電池專用長(zhǎng)效的添加劑保證電池在相對(duì)惡劣的環(huán)境下能正常工作，為系統(tǒng)提供更可靠的能源保障。
4.3 耐過(guò)充、過(guò)放，充電接收能力強(qiáng)
我公司采用獨(dú)特的針對(duì)儲(chǔ)能市場(chǎng)專用鉛膏配方，極板中添加特殊添加劑，從而有效的提高電池的耐過(guò)充、過(guò)放性能以及充電接收能力。
4.4 長(zhǎng)循環(huán)壽命
采用高純的原輔材料、高錫低鈣多元板柵合金、合理的板柵結(jié)構(gòu)、高溫高濕利于生成4bs 的固化工藝、緊裝配技術(shù)、低電解液比重以及提高循環(huán)性能的內(nèi)化成工藝等使電池具有良好的循環(huán)壽命，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的能源支持。
4.5 電池一致性高
采用極群配組技術(shù)保證電池活性物質(zhì)一致，專用的電池內(nèi)化成工藝保證電池具有良好的一致
性。
4.6 安全、環(huán)保、價(jià)格低廉
鉛酸電池技術(shù)經(jīng)過(guò)150 多年的技術(shù)改進(jìn)，具有相對(duì)于其他二次電源更成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并具有穩(wěn)定的性能；使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境造成破壞的因子，同時(shí)電池在壽命期間不會(huì)出現(xiàn)漏液、爆炸等危害人身及環(huán)境安全的因素，而且電池壽命終止后可回收循環(huán)利用；閥控鉛酸蓄電池成本較低更利于新能源系統(tǒng)的應(yīng)用。
存在不足：對(duì)溫度比較敏感，高溫時(shí)容易出現(xiàn)失水及電池鼓殼現(xiàn)象，低溫時(shí)容量降低，充電接收能力較差，因此，需要一定的措施來(lái)保障運(yùn)行環(huán)境。
5. 儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池的選型
在儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池是能量的轉(zhuǎn)換站及儲(chǔ)存裝置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，我們不可否認(rèn)由于鉛酸電池的技術(shù)特點(diǎn)決定了鉛酸電池的壽命存在極限，因此蓄電池的容量選擇是否合適直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命或者說(shuō)維護(hù)成本。
選擇蓄電池容量時(shí)一定要確保電池容量有足夠的富余量，蓄電池的放電深度對(duì)蓄電池的循環(huán)壽命有非常大的影響，因此電池容量的選擇變得極度重要。
蓄電池容量的選擇過(guò)程中要主要考慮以下幾點(diǎn)：
（1）電池的放電深度：新能源系統(tǒng)應(yīng)用中通常建議容量的富余度為25%，即電池的放電深度不要超過(guò)75%；
（2）最大耗電量：連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池取得，所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的重要指標(biāo)；
（3）溫度系數(shù)：蓄電池在低溫條件下容量明顯降低，在－ 10℃條件下，電池的實(shí)際容量只能達(dá)到額定容量的80%，故在電池容量的選擇必需考慮溫度因素。
蓄電池容量BC 計(jì)算公式為： BC=A×QL×NL×TO/CCAh
其中：
A：安全系數(shù)，取1.1 ～ 1.4 之間；
QL：負(fù)載日平均耗電量
NL：最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)；
TO：溫度系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；
CC：蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75~0.8
以山東圣陽(yáng)電源股份有限公司承接的某地區(qū)太陽(yáng)能路燈項(xiàng)目為例說(shuō)明：
負(fù)載情況：工作電壓24V，額定功率60W，工作時(shí)間8 小時(shí)/ 天最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)：5 天
計(jì)算：A：安全系數(shù)我們?nèi)?.1
QL: 日平均耗電量=60W/24V*8h=20Ah
NL：最長(zhǎng)陰雨天數(shù)為5
TO: 溫度系數(shù)我們?nèi)?
CC：蓄電池放電深度為75%
因?yàn)锽C=A×QL×NL×TO ／ CCAh=1.1×20×5×1/75%=146.7Ah。因此我們選擇兩只12V150Ah 電池進(jìn)行串聯(lián)使用。
電池容量選型完畢后，為了保證蓄電池更合理高效的為系統(tǒng)服務(wù)，控制器的選擇至關(guān)重要；
它在太陽(yáng)能風(fēng)能系統(tǒng)中起著連接紐帶的作用，對(duì)蓄電池的使用壽命影響巨大，尤其注意充電保護(hù)功能及欠壓保護(hù)功能的設(shè)置。
（1）充電保護(hù)功能：控制器必需有恒壓充電的充電保護(hù)功能。許多控制器制造商都把充電電壓設(shè)置在14.5~15.0V/ 只電池，實(shí)際上，這種設(shè)置是不合理的。12V 蓄電池的充電電壓達(dá)到14.4V 后，電池內(nèi)部水分解就會(huì)明顯加劇，如果繼續(xù)高壓充電容易造成蓄電池的失水或失控鼓殼，嚴(yán)重影響電池壽命。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的特點(diǎn)是小電流充電，因此充電時(shí)的充電電流都比較小，14.4V 的恒定充電電壓已經(jīng)基本可以滿足電池的充電需求，所以我們建議充電電壓恒定在14.4V 會(huì)比較理想。
（2）欠壓保護(hù)功能：蓄電池電壓低于欠壓保護(hù)值時(shí)，如果繼續(xù)放電，易造成蓄電池過(guò)放而損壞，所以欠壓保護(hù)值建議為11.2V.
6. 太陽(yáng)能、風(fēng)能以及風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)分類
并網(wǎng)型：太陽(yáng)能、風(fēng)能等經(jīng)轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的電能，通過(guò)控制器輸送到大電網(wǎng)中，傳輸后進(jìn)入城市電網(wǎng)，供給負(fù)載使用，此類系統(tǒng)不需要蓄電池。
離網(wǎng)型：太陽(yáng)能、風(fēng)能等轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電能，經(jīng)控制器轉(zhuǎn)化為過(guò)蓄電池的化學(xué)能存儲(chǔ)后，在需要使用的時(shí)候，轉(zhuǎn)換為電能供給負(fù)載使用。
7. 案例介紹
案例一:
名稱：SAPHIR電源350kWp 光電建筑項(xiàng)目
地點(diǎn)：北京路盛電源設(shè)備有限公司
規(guī)模：352.56kWp
主要設(shè)備組成：光伏組件：1808 塊 195Wp
并網(wǎng)逆變器：1 臺(tái)150kW，2 臺(tái)150kW
設(shè)計(jì)效率：84.5%
工 期：2010 年10 月20 日開(kāi)工建設(shè)，2010 年12月26日并網(wǎng)發(fā)電。
案例二：
名稱：泰安電信小辛莊通信基站風(fēng)/ 光/ 市電互補(bǔ)供電系統(tǒng)
建設(shè)地點(diǎn)：山東泰安小辛莊
裝機(jī)容量：3850W
光伏組件： 10 塊 185W 功率：1850Wp
風(fēng)力發(fā)電機(jī)：FD4-2/9 功率：2000W
光伏控制器：GK48-W50/2kW
風(fēng)機(jī)控制器：GK48-S50/2kW
蓄電池：48 塊2V500AH（儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池）
投運(yùn)日期：2010 年11 月19 日
8. 結(jié)論
隨著社會(huì)的發(fā)展人們對(duì)資源、環(huán)境要求的越來(lái)越高，而能源危機(jī)及環(huán)境污染日益加劇，太陽(yáng)能、風(fēng)能以其儲(chǔ)量大、覆蓋廣、清潔、可再生等優(yōu)越性逐步成為人類解決能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題的重要手段，從而促使儲(chǔ)能用閥控鉛酸蓄電池將在新能源領(lǐng)域中發(fā)揮其重要的作用。
閥控鉛酸蓄電池的高低溫性能、耐過(guò)充、過(guò)放、循環(huán)壽命是制約其在新能源領(lǐng)域發(fā)展的主要瓶頸，但這并不意味著鉛酸電池已經(jīng)走到盡頭，相信只要我們努力尋求技術(shù)上突破，使鉛酸電池的高低溫性能、耐過(guò)充過(guò)放能力、循環(huán)性能等實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，那么鉛酸蓄電池的路會(huì)更長(zhǎng)，我們的新能源系統(tǒng)將會(huì)越做越好。
