ELECTRIC, WITH AN EDGE
Con el aumento del consumo de electricidad industrial y residencial, el sistema de red eléctrica a menudo se mantiene en un estado de alta carga y de vez en cuando ocurren fallas operativas. La aplicación de la tecnología de batería bess distribuida en la red eléctrica puede mejorar la calidad del suministro de energía y mejorar la estabilidad de la operación de la red eléctrica. sistema de almacenamiento de energía de batería bess significa conectar el dispositivo de almacenamiento de electricidad en la red de distribución de acuerdo con la demanda real, especialmente en la microrred inteligente, que puede mantener el equilibrio de carga del consumo de electricidad y mejorar la confiabilidad del suministro de energía. La tecnología de almacenamiento de baterías se ha desarrollado en los países desarrollados durante mucho tiempo.
La tecnología de almacenamiento de baterías se desarrolla antes en los países desarrollados, y Estados Unidos tiene la mayor cantidad de proyectos de dispositivos de almacenamiento eléctrico de demostración, que representan aproximadamente el 50% del total mundial; Japón sigue, por ejemplo, a la capacidad instalada de Nagagi Seiki Machinery Co. Los países europeos también han invertido mucho en proyectos de energías renovables en los últimos años, cubriendo una amplia gama de áreas, incluyendo transmisión y distribución, microrredes insulares, etc.
Elegir los transformadores tipo pedestal de Daelim para su sistema de almacenamiento de energía en batería (BESS) ofrece numerosas ventajas que los convierten en la opción ideal para tales aplicaciones:
Alta calidad y confiabilidad: Daelim tiene un historial comprobado de fabricación de transformadores de alta calidad que cumplen con los estándares internacionales. Sus transformadores tipo pedestal están diseñados para garantizar la confiabilidad y una larga vida útil, lo que los hace ideales para los exigentes requisitos de las aplicaciones BESS.
Soluciones personalizadas: Daelim puede proporcionar transformadores tipo pedestal personalizados adaptados a sus requisitos de BESS, teniendo en cuenta factores como la capacidad de potencia, los niveles de tensión y las características eléctricas específicas. Esto garantiza que el transformador esté optimizado para una integración perfecta con su sistema de almacenamiento de energía.
Diseño compacto: los transformadores tipo pedestal de Daelim cuentan con un diseño compacto que los hace fáciles de instalar y requiere un espacio mínimo. Esto es especialmente importante en las instalaciones de BESS donde las limitaciones de espacio pueden ser una preocupación.
Seguridad mejorada: los transformadores tipo pedestal de Daelim están diseñados pensando en la seguridad. Sus compartimentos sellados para componentes de alto y bajo voltaje ayudan a reducir el riesgo de accidentes, lo que los convierte en una opción más segura para usar cerca del sistema de almacenamiento de energía y otros equipos.
Enfriamiento eficiente: el enfriamiento eficiente es fundamental en las aplicaciones BESS para garantizar que los transformadores puedan manejar el flujo de energía continuo. Los transformadores tipo pedestal de Daelim están diseñados con sistemas de refrigeración efectivos que ayudan a mantener temperaturas de funcionamiento óptimas, lo que garantiza un alto rendimiento y reduce el riesgo de sobrecalentamiento.
Cumplimiento de las normas: los transformadores tipo pedestal de Daelim se fabrican de conformidad con las normas internacionales, como IEEE C57.12.34, IEEE C57.12.28, CSA C227.3 y CSA C227.4. Esto garantiza que los transformadores cumplan con los estrictos requisitos de seguridad, rendimiento y calidad necesarios en las aplicaciones BESS.
Soporte postventa: Daelim ofrece un excelente soporte postventa, brindando a los clientes servicios de asistencia técnica, mantenimiento y reparación. Esto garantiza que su transformador tipo pedestal permanezca en condiciones óptimas durante toda su vida útil, lo que minimiza el tiempo de inactividad y maximiza la eficiencia de su BESS.
En resumen, los transformadores tipo pedestal de Daelim son una excelente opción para aplicaciones de sistemas de almacenamiento de energía en baterías, ya que ofrecen soluciones personalizadas, confiables y de alta calidad que garantizan la operación segura y eficiente de su sistema de almacenamiento de energía.
El dispositivo de almacenamiento de electricidad se utiliza principalmente en los siguientes campos en el IOT de energía omnipresente.
(1) campo de generación de energía
(1) Funcionamiento dinámico auxiliar. A través de la rápida velocidad de respuesta de la tecnología de almacenamiento de baterías, puede mejorar la eficiencia de las unidades de energía térmica y reducir las emisiones de carbono cuando se realiza una operación dinámica auxiliar; evitar el daño de la operación dinámica a la vida útil de las unidades y reducir el costo de mantenimiento y reemplazo del equipo.
(2) Reemplazar o retrasar la construcción de nuevas unidades. los dispositivos de almacenamiento eléctrico pueden reducir o retrasar la necesidad de nueva capacidad de unidad generadora.
(2) campo de transmisión
(1) Regulación de frecuencia. Regula la fluctuación de frecuencia equilibrando instantáneamente la diferencia entre carga y generación. Al cargar y descargar el equipo del dispositivo de almacenamiento eléctrico en la red y controlar la frecuencia de carga y descarga, se regula la fluctuación de frecuencia y se reduce el desgaste de las unidades de energía térmica.
2) Soporte de tensión. El sistema de potencia generalmente regula el voltaje a través del control de la potencia reactiva, pero cuando la potencia activa hace que el voltaje caiga, el efecto de regulación es obvio con el dispositivo de almacenamiento de electricidad.
3) Regulación de picos. En el valle bajo del consumo de electricidad para el almacenamiento de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo, en el pico del consumo de electricidad para liberar electricidad para lograr el afeitado máximo.
4) Capacidad de reserva. La capacidad de reserva se aplica a los accidentes no previstos de los recursos de generación convencionales. En las aplicaciones de capacidad de reserva, el dispositivo de almacenamiento de electricidad debe mantenerse en línea y listo para descargarse en todo momento.
(3) campo de distribución de energía
(1) Apoyo de potencia reactiva. Los sensores miden el voltaje real de la línea y se ajusta la cantidad de salida de potencia reactiva, que a su vez regula el voltaje de toda la línea, lo que permite que el equipo del dispositivo de almacenamiento de electricidad se compense dinámicamente.
2) Aliviar el bloqueo de la línea. El sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad se instala aguas abajo de la línea bloqueada, y el sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad se cargará durante las horas que no sean de bloqueo y se descargará durante las horas de alta carga, lo que reducirá la demanda de capacidad de transmisión del sistema.
3) Diferir la expansión de transmisión y distribución. En el sistema de transmisión y distribución que cumple con la capacidad del equipo cercano, el dispositivo de almacenamiento de electricidad se instala aguas abajo del equipo de transmisión y distribución que originalmente necesita actualizarse para retrasar o evitar la expansión.
4) Fuente de alimentación de CC de la subestación. El equipo del dispositivo de almacenamiento de electricidad en la subestación se puede utilizar como fuente de alimentación de respaldo para los componentes de la aparamenta, las estaciones base de comunicación y el equipo de control, y suministrar directamente cargas de CC.
(3) lado del cliente
(1) Gestión de tarifas por tiempo de uso del usuario. Un medio para ayudar a los usuarios de energía a realizar la gestión de tarifas de tiempo de uso, cargando el sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad cuando la tarifa es baja; descargarlo cuando la tarifa es alta.
2) Gestión de costes de capacidad. Los usuarios cargan el dispositivo de almacenamiento de electricidad durante el tiempo en que su propia carga de electricidad es baja; y descargue el dispositivo de almacenamiento de electricidad cuando se necesite una carga alta.
Los puntos críticos de inversión del sistema de dispositivos de almacenamiento de electricidad incluyen: regulación de frecuencia de energía térmica auxiliar;
integración de la estación de energía de almacenamiento de batería ligera; tecnología de almacenamiento de batería compartida; tecnología móvil de almacenamiento de electricidad; sistema de dispositivo de almacenamiento de electricidad para toma de tierra; sistemas de dispositivos de almacenamiento de electricidad de perforación; sistemas de dispositivos de almacenamiento de electricidad para perforación;
Metro, tren de alta velocidad y transporte ferroviario; utilización de escalera de batería de energía; sistema de protección contra incendios de seguridad; utilización de energía de respaldo de la estación base de comunicación.
Algunas sugerencias para la aplicación del sistema de dispositivo de almacenamiento eléctrico son las siguientes.
(1) Entre toda la tecnología de almacenamiento de baterías, excepto el almacenamiento por bombeo, el dispositivo de almacenamiento eléctrico electroquímico es la tecnología de almacenamiento de baterías relativamente madura y de más rápido crecimiento, especialmente las baterías de fosfato de hierro y plomo y de plomo-carbono, cuya tecnología y economía se han comercializado. punto de inflexión.
(2) Larga vida, bajo costo, alta eficiencia de conversión y alta seguridad son las condiciones necesarias para la aplicación a gran escala de baterías.
(3) El sistema de dispositivo de almacenamiento de electricidad asistido por la regulación de frecuencia de energía térmica en los tres norte, el norte de China ha aparecido oportunidades comerciales, dignas de atención.
(4) se debe prestar atención a los contenedores como portador del sistema de dispositivo de almacenamiento de electricidad, tenga cuidado con las trampas.
5）El uso secundario de la batería y el reciclaje posterior pueden considerarse diseño temprano.
(6) el sistema de almacenamiento de energía de la batería bess como transformación de la planta de energía térmica abandonada no se pierde como una forma efectiva.
A través de la aplicación de demostración de la estación de dispositivo de almacenamiento eléctrico, gradualmente nos damos cuenta de que el desarrollo de la tecnología de batería bess debe tomar el camino de la modularidad distribuida. El vehículo del dispositivo de almacenamiento eléctrico móvil tiene una huella pequeña, capacidad de almacenamiento flexible y ajustable, alta integración modular, plug-and-play, fácil de mover, no sujeto a restricciones geográficas, elección flexible del sitio de instalación y otras características, tiene amplias perspectivas de aplicación .
En primer lugar, puede ejecutar ocho funciones de aplicación avanzadas del sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico en redes grandes y de distribución, que incluyen: reducción de picos y relleno de valles, regulación de frecuencia del sistema, respaldo de accidentes, soporte de energía reactiva, cooperación de nueva energía, operación de red aislada, arranque en negro y gestión de la calidad de la energía.
En segundo lugar, en parques tecnológicos, redes de distribución urbanas, zonas montañosas remotas, islas y otros sistemas de microrredes donde los recursos terrestres son escasos, el dispositivo de almacenamiento eléctrico se puede colocar al final de la red donde el entorno de consumo de energía es duro, aprovechando de la pequeña huella y la instalación rápida y fácil.
En tercer lugar, se puede usar como una fuente de energía de emergencia móvil para rescate de energía, operaciones de campo, socorro en casos de desastre, manejo de emergencias, conexión de energía temporal, etc. El diseño modular facilita el movimiento y se puede enchufar y conectar al utilidad o la carga que se va a suministrar, soportando múltiples unidades para funcionar en paralelo automáticamente y de manera coordinada para satisfacer la demanda de carga.
En cuarto lugar, la batería utilizada para vehículos eléctricos y la estación de batería bess existente es la misma tecnología, las baterías de vehículos eléctricos no solo pueden desempeñar un papel en el automóvil, sino también como sistema de almacenamiento de energía de la batería. dispositivo de almacenamiento en la red eléctrica, sin aumentar el costo y al mismo tiempo, para lograr la eficiencia de los recursos. La tecnología de almacenamiento de baterías se puede utilizar en la red de distribución.
Hay tres requisitos principales para las baterías bess.
En primer lugar, la seguridad: el dispositivo de almacenamiento eléctrico para aplicaciones de red es teóricamente más seguro que las aplicaciones de vehículos eléctricos, pero aún requiere un equipo de soporte costoso para garantizar su rango de uso y rendimiento seguros. Además, la naturaleza autocargable de la batería tiene altos requisitos para una operación segura.
El segundo es la economía: el costo del ciclo de vida completo de la batería es la principal limitación, el sistema de conversión de energía (PCS) y el sistema de administración de la batería (BMS) y otros equipos son relativamente maduros, y el espacio de costo de compresión es mayor, el margen de beneficio de la integración es mayor.
En tercer lugar, la conveniencia: el dispositivo de almacenamiento eléctrico, especialmente el sistema de almacenamiento de energía de la batería, Bess puede hacer plug and play, conveniente para que los usuarios lo usen o se integren en el sistema de energía existente, es una de las consideraciones importantes de la satisfacción del usuario.
Los principales modos de aplicación de la batería bess en la red de distribución son la estación de dispositivo de almacenamiento de electricidad fija y el modo distribuido en contenedor. En comparación con el método del dispositivo de almacenamiento de electricidad centralizado, se espera que el sistema de almacenamiento de energía de la batería del contenedor ahorre entre un 30% y un 40% del costo, ahorre en gran medida el costo de construcción de la planta y el bajo costo de instalación del sitio.
Para promover la aplicación de la batería bess en la red de distribución, es necesario llevar a cabo un análisis de costo-beneficio integral y sistemático del sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad. Mediante el análisis del papel funcional del sistema de dispositivos de almacenamiento de electricidad en la red de distribución.
En el ciclo de vida económico, cuanto mayor sea la duración de la batería, mejor será relativamente la economía de la operación de la estación del dispositivo de almacenamiento eléctrico. Desde la perspectiva del modo de operación, para el sistema de arrendamiento de uno de los modos de operación, el arrendatario debe pagar la tarifa de arrendamiento anual al arrendador, y la tarifa de arrendamiento puede pagar el costo de operación de la estación del dispositivo de almacenamiento eléctrico, impuestos, utilidad razonable y recuperación de la inversión en construcción; para el sistema tarifario de punta y valle del segundo modo de operación.
En la etapa actual de falta de política, falta de mecanismo de tarifas, falta de mecanismo de incentivo de respuesta de emergencia y falta de incentivo de sensibilidad de calidad de energía, la adopción del sistema de arrendamiento de modo uno puede reducir el riesgo de operación y ayudar a atraer inversiones, al tiempo que permite el almacenamiento de electricidad. estación de dispositivo para desempeñar plenamente su papel en el sistema.
El sistema de almacenamiento de energía de batería electroquímica bess es el uso de baterías recargables y descargables para almacenar energía eléctrica. Con el progreso continuo de la tecnología de baterías y su reducción de costos en los últimos años, el sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico electroquímico, principalmente baterías de iones de litio, se ha desarrollado rápidamente y se ha utilizado ampliamente en ingeniería. En comparación con los sistemas de baterías bess de plomo-ácido, sodio-azufre y otros, los sistemas de baterías bess de iones de litio tienen muchas ventajas, como alta densidad de energía, alta eficiencia de conversión, baja tasa de autodescarga y larga vida útil. Sin embargo, las baterías de iones de litio utilizan principalmente electrolitos orgánicos con bajo punto de ebullición e inflamables, y el sistema de materiales tiene un alto valor térmico. Cuando falla el cuerpo de la batería o el equipo eléctrico, es fácil desencadenar la reacción lateral exotérmica del material de la batería, lo que conduce a una fuga térmica de la batería y luego se convierte en un accidente de seguridad importante, como la quema y la explosión del sistema del dispositivo de almacenamiento eléctrico. .
Las baterías de litio liberan energía a través de la incorporación y el arrastre de iones de litio en el proceso de uso. Si se usa incorrectamente, se pueden inducir reacciones químicas térmicas dentro de la batería en condiciones de sobrecarga, alta temperatura, colisión, etc., lo que puede provocar una fuga térmica. Si la fuga térmica se propaga dentro del módulo de la batería, puede provocar incendios y explosiones en el sistema del dispositivo de almacenamiento eléctrico. El mecanismo de fuga térmica de la batería de iones de litio incluye tres etapas:
La primera etapa, la etapa inicial de fuga térmica de la batería de iones de litio. Cuando la temperatura alcanza los 135T, el diafragma comienza a derretirse y encogerse, y el contacto entre los electrodos positivo y negativo provoca un cortocircuito, lo que provoca la liberación continua de calor de la batería. La segunda etapa, la etapa de bulto de la batería.
A una temperatura de aproximadamente 250 ~ 350T, el electrodo negativo C6Li o litio precipitado reacciona con el solvente orgánico en el electrolito y volatiliza el gas de hidrocarburo inflamable (metano, etano), acompañado de una gran cantidad de producción de calor. La tercera etapa, la fuga térmica de la batería, etapa de falla explosiva.
En esta etapa, el estado de carga del material del cátodo y el electrolito continúa ocurriendo en la violenta reacción de descomposición por oxidación, generando altas temperaturas y una gran cantidad de gases tóxicos, lo que resulta en una combustión violenta de la batería o incluso una explosión.
La carga y descarga de la batería de litio se realiza principalmente mediante reacciones químicas, en el proceso de carga y descarga inevitablemente generará calor, si el calor generado por la batería supera la capacidad de disipación de calor de la batería, las baterías de litio no pueden obtener la disipación de calor oportuna, el calor se acumulará dando como resultado el sobrecalentamiento de la batería, las reacciones químicas entre los materiales internos de la batería, como la descomposición de la película SEI, la descomposición del electrolito, la descomposición de los electrodos positivo y negativo, etc., el proceso de descomposición El proceso de descomposición generará una gran cantidad de calor y gas para calentar la batería, fenómeno de abultamiento, el calor hará que la batería esté fuera de control, la temperatura de la batería aumenta rápidamente, lo que resulta en la combustión interna de los materiales de la batería, y la descomposición del líquido de la batería producirá gas inflamable, cuando el concentración de gas inflamable alcanza un cierto nivel, se producirá una explosión cuando se encuentre con una llama abierta.
En la actualidad, el sistema de almacenamiento de energía de la batería bess se utiliza principalmente en dos formas de batería de litio ternaria y fosfato de hierro y litio. El módulo de batería del sistema de batería de litio bess es el diseño de múltiples paquetes de batería en serie, lo que sin duda también aumenta los riesgos de seguridad de las baterías de litio, y una vez que el rendimiento de la batería es inestable, inevitablemente afectará la seguridad de las baterías de litio circundantes, expandiéndose aún más el alcance del desastre. El uso del sistema de almacenamiento de energía de la batería de Beijing es una batería de fosfato de hierro y litio relativamente segura, cuando la batería de fosfato de hierro y litio se desboca térmicamente, el electrolito precipitará una variedad de gases inflamables y explosivos, como monóxido de carbono, hidrógeno, etileno, metano, etano, etileno carbonato, carbonato de etileno, carbonato de dimetilo, etc., estos gases mezclados con aire para formar una mezcla explosiva explotarán violentamente cuando se encuentren con la fuente de fuego.
6 de abril de 2021 Incendio en la central eléctrica de almacenamiento de baterías fotovoltaicas (ESS) en Corea del Sur, luego de que la investigación de los departamentos pertinentes concluyó que el incendio ocurrió dentro de la unidad del dispositivo de almacenamiento eléctrico;
Desde agosto de 2017 hasta octubre de 2019, 17 de los 27 incidentes de incendio de ESS en Corea utilizaron baterías de litio fabricadas por LG Chem en las unidades del incidente.
En diciembre de 2020, LG Chem anunció el retiro del mercado de algunos de sus productos de sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico (ESS) de tipo doméstico ResulOH en los EE. UU., principalmente debido al riesgo de incendios por calor en las celdas que se encuentran en su interior.
Es importante tener en cuenta que los incendios del sistema de batería de iones de litio bess tienen características distintivas:
① combustión intensa y rápida dispersión térmica;
② Alta toxicidad, alto nivel de humo y polvo, y alto peligro;
③ fácil de volver a encender y difícil de extinguir. La fuga térmica de la batería de litio producirá gases tóxicos y combustibles, y también se producirán explosiones durante la extinción de incendios, y la eliminación inadecuada también causará más víctimas y pérdidas, lo que representa un serio desafío para la extinción de incendios.
(1) En primer lugar, el sistema de control de advertencia de incendios. El inicio y propagación del fuego de la batería de litio se debe a la primera fuga térmica única de la batería, a través de la conducción de calor, la radiación térmica provocada por la fuga térmica única de la batería adyacente y, finalmente, conduce a todo el accidente del sistema del dispositivo de almacenamiento eléctrico. Hay tres procesos clave en los accidentes de seguridad de las baterías: fuga, incendio y explosión. Los parámetros que desencadenan los eventos térmicos son: caída de tensión o generación de resistencia interna a la presión del aire, etc.
El factor de cuerpo de la batería tiene características de evolución de ciclo largo, por lo que el estudio de cómo lograr la predicción y alerta temprana de la tendencia de evolución de la seguridad del sistema del dispositivo de almacenamiento eléctrico a través del mecanismo de envejecimiento interno de la batería, la evolución de la inconsistencia entre las baterías y los cambios de parámetros externos correspondientes es el foco de la actual gestión completa de la batería de litio bess. A través de la medición de parámetros correspondientes (como parámetros de tipo eléctrico y de gas), etc., se lleva a cabo la detección temprana de fugas y se emite una alerta temprana antes de que se produzca un incendio descontrolado térmico y se toman las medidas de control correspondientes para proporcionar tiempo suficiente para el rescate externo. El módulo de la batería de iones de litio y el sistema de administración de la batería deben tener una función de protección contra sobretemperatura.
El sistema de almacenamiento de energía de la batería bess, el sistema de alarma automático contra incendios, se puede configurar de acuerdo con el área de alarma independiente del contenedor individual, el uso de la alarma de detección de incendios de la batería de litio, la alarma de incendio y la señal de control de enlace deben ser acceso en tiempo real al sistema de almacenamiento de energía de la batería. bess con conexión eléctrica directa a la Sala de Control de Incendios.
(2) seguido de la configuración del sistema automático de extinción de incendios. El contenedor de la batería de la estación del dispositivo de almacenamiento eléctrico también debe configurarse como un sistema automático de extinción de incendios y, de acuerdo con las características de incendio de la batería de litio de la estación del dispositivo de almacenamiento eléctrico, optimizar la alarma de incendio y la lógica de incendio, de acuerdo con los parámetros de detección del detector para establecer un mecanismo de alerta temprana.
La señal de acción de alarma de primer nivel debe hacer que el contenedor de la batería se detenga, desconectar el lado de la batería de la conexión eléctrica externa e iniciar la alarma de sonido y luz;
La acción del detector de incendios de segundo nivel o del detector de temperatura debe activar la acción del sistema automático de extinción de incendios.
El sistema de almacenamiento de energía de la batería bes a la sala de control de incendios debe poder iniciar el sistema de supresión de incendios. dispositivo de almacenamiento de electricidad estación batería de litio sistema automático de extinción de incendios la selección del agente extintor de incendios es un tema clave.
El polvo seco común, el gas y otros agentes extintores en el fuego de la batería de litio no son obvios, no pueden inhibir fundamentalmente la ocurrencia del fuego, a menudo el reencendido;
La tecnología del sistema de rociadores de agua es más madura, el efecto de enfriamiento es obvio, pero después de extinguir el fuego, el sistema de almacenamiento de energía de la batería se dañará dentro del cortocircuito de la batería y no se puede usar normalmente.
Una vez que el sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad se incendia, como la falta de extinción oportuna, la pérdida se expandirá rápidamente, por lo que el dispositivo de extinción de incendios debe tener una función dual de extinción rápida y enfriamiento para adaptarse.
La Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha estado realizando investigaciones sobre el sistema de almacenamiento de energía de la batería para la prevención y el control de incendios con baterías de litio y el uso de diferentes agentes extintores para la comparación de pruebas de prevención y control de incendios. A través de la comparación del efecto de extinción de incendios de varios agentes extintores en el fuego de la batería de iones de litio, para descartar los mejores agentes extintores; y a través del diseño de condiciones de trabajo razonables para hacer que varios sistemas de extinción en incendios de baterías de litio tengan un mejor efecto de supresión de incendios.
Los siguientes son los efectos de prueba de diferentes agentes extintores.
Prueba de extinción de incendios con polvo seco, para una sola celda, sin envolver ni cubrir, el agente extintor puede actuar completamente sobre la celda;
Bajo las condiciones adecuadas, el polvo seco puede extinguir la llama de la batería y tiene un efecto de enfriamiento, pero no puede bloquear directamente la reacción química dentro de la batería durante la fuga térmica.
Prueba de fuego de niebla 7JC: extinción de incendios en el caso de una batería de iones de litio que se quema completamente libre, la llama se suprime rápidamente, pero la temperatura tiende a aumentar, la aplicación de agua nebulizada puede extender efectivamente el tiempo de propagación de la fuga térmica y reducir el intensidad de la fuga térmica. Sin embargo, después de detener la pulverización, se generan chispas que provocan un nuevo encendido. Más tarde, la batería vuelve a escaparse térmicamente, para lograr mejores resultados, el tiempo de rociado de agua nebulizada debe ser lo suficientemente largo. Después de usar niebla de agua para extinguir el fuego, el contenido de dióxido de carbono disminuye, el monóxido de carbono agrega mucho y el contenido de hidrógeno, aumenta el fluoruro de hidrógeno, lo que aumenta el peligro para el rescate de incendios, por lo que el fuego de la batería de litio debe extinguirse a tiempo.
Prueba de extinción de incendios con heptafluoropropano: la presión es relativamente alta cuando se libera, lo que tiene un efecto de choque en la llama y puede extinguir el fuego de manera efectiva.
El enfriamiento físico desempeña el papel de inhibición química y, hasta cierto punto, también desempeña el papel de aislamiento de oxígeno, pero después de eso también se produjo una pequeña cantidad de combustión.
Prueba de extinción de incendios con perfluorohexanona: cuando no se aplicó perfluorohexanona, hubo un proceso evidente de fuego a chorro; después de aplicar perfluorohexanona, la batería no mostró una llama abierta, pero se despidió una gran cantidad de humo y la batería no volvió a encenderse.
La perfluorohexanona sola no es ideal para el enfriamiento (menos agente extintor), por lo que la niebla de agua fina combinada con la prueba encontró que cuando se combina la perfluorohexanona y la niebla de agua fina, la temperatura máxima de la batería es menor Bu y una tasa de enfriamiento más rápida.
En la actualidad, todo tipo de agentes extintores de incendios para el sistema de almacenamiento de energía de la batería bess prevención y control de incendios La perfluorohexanona es la más efectiva, no solo puede extinguir rápidamente el fuego abierto, sino que también tiene una mejor absorción de calor y efecto de enfriamiento.
La perfluorohexanona es líquida a temperatura ambiente; después de ponerse en contacto con la batería de alta temperatura, puede eliminar mucho calor a través del cambio de fase; también puede cortar los radicales libres de la combustión de la llama y desempeñar un papel de inhibición química. Si el uso de perfluorohexanona y el sistema de extinción de incendios de niebla fina 7JC junto con la eliminación del sistema de almacenamiento de energía de la batería bess fire, puede lograr una rápida extinción de incendios, pero también enfriar e inhibir el efecto.
La batería Bess puede reducir el problema de contaminación ambiental causado por la energía petroquímica.
①Batería de iones de litio. Caracterizado por una larga vida útil, baja tasa de autodescarga y alta eficiencia, el material del cátodo suele ser LiCoO2, LiMn2O4, etc., y el material del cátodo suele ser material de carbono, Li4Ti5O12, etc. Los parámetros para medir el rendimiento de iones de litio baterías son la capacidad, la densidad de energía, la vida útil y el rango de temperatura de funcionamiento. Al diseñar y utilizar baterías de iones de litio, se deben considerar varios factores. El rendimiento de las baterías de iones de litio es cada vez mejor, y se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos, dispositivos de almacenamiento de electricidad en la red eléctrica y en la industria aeroespacial.
②Batería de flujo líquido. La batería de flujo líquido tiene alta capacidad y el electrolito no está dentro del electrodo, sino que se almacena en un contenedor específico. Al cargar una batería de flujo líquido, el electrolito se introduce en la batería mediante una bomba de circulación. Los electrodos de la batería de flujo líquido suelen utilizar materiales metálicos, materiales de tipo carbono y materiales compuestos. Los experimentos han encontrado que el rendimiento de los electrodos compuestos hechos al mezclar negro de humo y grafito en una relación de masa de 1:3 es mejor, y la eficiencia de carga y descarga de la batería puede alcanzar más del 80 %. Los parámetros para medir el rendimiento de la batería de flujo líquido incluyen capacidad, potencia, velocidad de respuesta y confiabilidad, etc. Integrando estos factores, el más utilizado es la batería de flujo líquido de vanadio. Esta batería tiene alta reversibilidad de carga y descarga, bajo costo, alta eficiencia energética y contaminación lumínica al medio ambiente, que puede ser aplicada a sistemas de dispositivos de almacenamiento eléctrico a gran escala, microrredes y generación de energía renovable. Las baterías de flujo líquido totalmente de vanadio tienen altos requisitos para los materiales de los electrodos, que deben ser resistentes a la corrosión, resistentes a la oxidación y deben cumplir con los estándares de conductividad eléctrica y estabilidad. En la actualidad, los materiales de electrodos a base de metal más utilizados son el óxido de iridio a base de titanio, la superficie del óxido de iridio no se cae después de múltiples cargas y descargas, y la reversibilidad es alta. El material del electrodo de clase compuesta suele ser plástico de polietileno y polvo de carbono (o polvo de grafito, etc.) mezclado en una cierta proporción, hecho de placas de plástico para reducir costos y mejorar la conductividad eléctrica y la resistencia mecánica.
③Batería de sodio-azufre. La batería de azufre de sodio es un tipo de batería secundaria con alta capacidad, bajo costo, larga vida útil, alta eficiencia y fácil mantenimiento. El material del electrodo positivo suele ser sodio metálico, el material del electrodo negativo suele ser polisulfuro y el electrolito es principalmente alúmina cerámica. Esta batería tiene un papel importante en la generación de energía eólica, el afeitado de picos y el dispositivo de almacenamiento de electricidad de la red.
El modelado de un sistema de batería Bess consta de dos partes: modelado de paquete de batería y modelado de convertidor de dispositivo de almacenamiento de electricidad. Hay muchos tipos de modelos de baterías electroquímicas, como el modelo de circuito equivalente, el modelo de descarga, etc. El método de modelado se basa principalmente en el principio de funcionamiento y la estructura de la batería.
El modelado del convertidor del dispositivo de almacenamiento de electricidad incluye el diseño del circuito y el diseño de la función de control del sistema. Por lo general, el inversor conectado a la red (PCS) adopta un diseño modular, en el que varios módulos de potencia estándar se combinan en una gran unidad de dispositivo de almacenamiento de electricidad mediante conexión en serie y en paralelo. La unidad del dispositivo de almacenamiento de electricidad tiene las características de gran capacidad y diseño modular, y se puede conectar a la red para un uso normal.
Los métodos de control del sistema de dispositivos de almacenamiento de electricidad generalmente incluyen control de potencia activa-reactiva constante (P⁃Q), control de caída y control de voltaje y frecuencia de salida constante (V⁃F), todos usando control de corriente de bucle interno. Los diferentes métodos de control afectarán la velocidad de respuesta del sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad y deben elegirse de manera flexible de acuerdo con la demanda real.
① Modelado de batería de celda única. El modelo del programa de socios de vehículos de nueva generación (PNGV) puede reflejar bien el estado de funcionamiento de la batería, por lo que el modelo de batería única se establece en función de este modelo utilizando el método de tabla de búsqueda. El modelo solo considera la influencia del estado de carga (SOC) en parámetros como voltaje, resistencia y corriente.
②Modelado de batería. En el software MATLAB, utilizando la función S autónoma, el modelo se construye con referencia al método de modelado de celda única y el SOC de la celda se calcula mediante el método de conteo.
Modelado ③PCS. De acuerdo con la introducción de la estructura del módulo anterior y el método de control, establezca el modelo correspondiente en el software MATLAB y establezca los parámetros iniciales. Utilice el modelo de simulación para la simulación de datos y compare los resultados de salida con los resultados de operación del sistema de dispositivo de almacenamiento de electricidad real. Si las curvas de salida de potencia total de los dos dispositivos de almacenamiento eléctrico son más del 80% similares, indica que la precisión del modelo es alta.
El sistema de batería bess distribuida puede reducir la construcción de instalaciones eléctricas para los residentes, y también puede entregar electricidad a los usuarios industriales en el momento adecuado de acuerdo con las condiciones pico y valle del consumo de electricidad, implementar de manera flexible los recursos de la red, lograr la regulación pico y valle y otras funciones , y mejorar la tasa de utilización del sistema de energía. En las redes eléctricas regionales, los sistemas de baterías bess distribuidas pueden reducir la carga de los transformadores y otros equipos en la región durante los picos de consumo de electricidad para reducir los accidentes inesperados.
Una de las funciones de los sistemas de baterías bess distribuidas es cortar picos y llenar valles y controlar de manera flexible la generación de energía. La diferencia en la capacidad del sistema y la ubicación de implementación conduce a una adaptabilidad diferente a la red. Además, el sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico actual tiene un alto costo de construcción y una vida útil relativamente corta, por lo tanto, la optimización de la configuración de ubicación y capacidad del sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico se ha convertido en el foco de la investigación.
En primer lugar, la función objetivo se establece con los parámetros de beneficio integral, costo de inversión, costo ambiental y costo del ciclo del sistema del dispositivo de almacenamiento eléctrico, y la función objetivo está restringida con restricción de potencia, restricción de salida y restricción de corriente de marea, y luego el algoritmo de enjambre de partículas se utiliza para optimizar la función objetivo.
La eficacia del algoritmo propuesto se verifica utilizando el sistema de 14 nodos del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), teniendo en cuenta el costo del ciclo y los beneficios integrales del sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico, estableciendo el número de sitios de dispositivos de almacenamiento eléctrico. como 2, y accediendo a una cantidad fija de dispositivos de almacenamiento eléctrico en el nodo 6 y el nodo 8, respectivamente. Los parámetros de salida del sistema de dispositivo de almacenamiento eléctrico se comparan antes y después de la adición del sistema de dispositivo de almacenamiento eléctrico.
Se calcula que antes de la inclusión del sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico, cuando el consumo de electricidad está en el valle bajo, el volumen de viento abandonado es mayor, alcanzando el 24,08%; luego de la inclusión del sistema de dispositivos de almacenamiento eléctrico, la tasa de abandono de viento en el mismo período disminuye a 13.51%.
Se puede ver que la adición del sistema de dispositivo de almacenamiento eléctrico puede mejorar el beneficio de aceptación de energía eólica; también puede reducir la carga máxima de consumo de electricidad y garantizar aún más el funcionamiento seguro de la red eléctrica.
El buen funcionamiento del sistema de batería de bess depende de un sistema de programación de batería de bess eficaz. El sistema de despacho puede monitorear el sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad en tiempo real y, de acuerdo con el consumo de energía en tiempo real, puede realizar la regulación de picos y frecuencias para garantizar la estabilidad de la red. El sistema de programación consta de dos partes: la capa maestra del dispositivo de almacenamiento de electricidad y la capa de monitoreo en el lugar.
La capa maestra del dispositivo de almacenamiento de electricidad está equipada con servidores, dispositivos de alineación de tiempo, dispositivos remotos, etc. para garantizar el monitoreo en tiempo real del sistema del dispositivo de almacenamiento de electricidad, que puede lograr las siguientes funciones:
①Proporcionar apoyo de energía de emergencia cuando ocurre un accidente operativo en la red;
② Para realizar operaciones de regulación de picos, frecuencia y voltaje de acuerdo con la situación real de operación de la red eléctrica para satisfacer la demanda de electricidad;
③Para realizar un seguimiento de la generación de energía planificada de acuerdo con la demanda para lograr la reducción de picos y el llenado de valles;
④Mejorar la tasa de utilización de las energías renovables, como la eólica y la lumínica. La capa de monitoreo in situ realiza principalmente el monitoreo de señales clave del sistema de dispositivo de almacenamiento eléctrico, transformador, batería, etc., y regula el voltaje y rastrea la generación de energía planificada para el sistema de dispositivo de almacenamiento eléctrico. Tanto el hardware como el software del sistema de programación son escalables para permitir el acceso a más puntos de datos.
En la mayoría de los sistemas de red, las unidades hidroeléctricas y térmicas se usan comúnmente para el control FM porque pueden proporcionar un suministro de energía ilimitado, pero las desventajas inherentes de las unidades hidroeléctricas y térmicas (desgaste físico, retraso en la respuesta, capacidad FM limitada, etc.) Efecto FM insatisfactorio para las necesidades prácticas. Las personas aplican la tecnología de baterías bess al control de regulación de frecuencia de las redes eléctricas para aprovechar al máximo las características de respuesta rápida y alta precisión, y reducir la demanda del uso de unidades de energía hidroeléctrica y térmica en las redes eléctricas. Debido a la capacidad limitada del sistema de batería de bess, el efecto de regulación de frecuencia se reducirá en gran medida si el tiempo de trabajo continuo es largo.
Puede combinar la energía hidroeléctrica tradicional y la energía térmica FM y el sistema de batería bess FM, usando una estrategia de control coordinada, una zona muerta de control clara, en la región solo habilita el sistema de batería bess FM, más allá de la región, mientras habilita el modo FM tradicional y la batería bess sistema FM. La estrategia puede cambiar de manera flexible el modo FM y mejorar la eficiencia de FM. El sistema de batería de bess también puede realizar la regulación de picos y voltaje en la red.
Además, el acceso al sistema de batería bess también puede mejorar la eficiencia económica del sistema de red y optimizar la calidad del voltaje.
(1) Capacidad de monitoreo de embalamiento térmico insuficiente de los sensores tradicionales. Los detectores de incendios sensibles a la temperatura y al humo ordinarios no pueden penetrar dentro del módulo de la batería y no pueden detectar el riesgo de fuga térmica del paquete de baterías a tiempo, lo que no es adecuado para la advertencia temprana de fuga térmica de las baterías de iones de litio. Cuando los detectores convencionales controlan la señal de incendio, el paquete de baterías ya se encuentra en un estado de fuga térmica, el fuego se ha propagado y se reduce la eficacia de la supresión de incendios.
(2) No equipado con detectores de gas combustible. El gas combustible generado por la descomposición del electrolito liberado por la apertura de la válvula de alivio de presión de la batería forma una acumulación en el espacio confinado, que fácilmente puede formar una explosión repentina. Si el sitio carece de un dispositivo de detección de gas combustible, no puede detectar gas combustible de manera efectiva y hacer una advertencia oportuna, lo que probablemente provocará un accidente de explosión de gas combustible.
(3) El sistema fijo de extinción de incendios no es fuerte en la capacidad continua de extinción de incendios. La estación de dispositivo de almacenamiento eléctrico prefabricado, generalmente solo está equipada con un sistema de extinción de incendios automático de gas heptafluoropropano, porque el sistema de extinción de incendios de gas heptafluoropropano solo puede suprimir el fuego por un corto período de tiempo, pero no puede enfriar efectivamente el paquete de baterías, fácil de provocar el reencendido secundario del fuego de la batería.
(4) Fuente de agua insuficiente para combatir incendios en la estación del dispositivo de almacenamiento de electricidad. Dado que el sitio de la nueva estación del dispositivo de almacenamiento de electricidad está restringido por las condiciones existentes, como el sitio de la subestación que ya está en funcionamiento y la fuente de agua para combatir incendios, y algunas de las estaciones en funcionamiento temporalmente no tienen fuente de agua para combatir incendios o agua insuficiente para la extinción de incendios.
(5) La sala de bombas contra incendios no cumple con las especificaciones pertinentes. Algunas estaciones de dispositivos de almacenamiento de electricidad aún no han instalado puertas contra incendios.
(6) El espacio de seguridad contra incendios entre los módulos prefabricados (incluidos los módulos de baterías y otros módulos de equipos) es inferior a 3 my las puertas contra incendios no se han instalado en algunas de las estaciones.
La distancia de seguridad contra incendios entre los compartimentos prefabricados (incluidos los compartimentos de baterías y otros compartimentos de equipos) es inferior a 3 m, y no hay cortafuegos en el medio.
(7) La configuración de la boca de incendios exterior no es suficiente. Algunas de las estaciones de dispositivos de almacenamiento eléctrico prefabricados no están equipadas con bocas de incendio al aire libre.
(8) Señales de evacuación de emergencia faltantes. No se han colocado señales de evacuación de emergencia, iluminación de emergencia y salidas de seguridad en escaleras y salas de equipos, lo que afecta la evacuación de emergencia del personal relevante en caso de accidentes.
2.2 Irregularidades en la gestión de la operación y mantenimiento de los equipos e instalaciones contra incendios
(1) Las bombas contra incendios están en modo “manual”.
(2) La configuración del equipo contra incendios estaba incompleta. El sitio solo está equipado con un respirador de filtración, pero no con un aparato de respiración de aire a presión positiva.
(3) El acceso del camión de bomberos no es fácil y el sitio de rescate es demasiado angosto. bess del sistema de almacenamiento de energía de la batería tiene escombros u otros equipos apilados en el acceso de extinción de incendios, y el acceso del camión de bomberos no es fácil. Al mismo tiempo, el sitio de rescate está demasiado cerca de la distancia de seguridad del compartimiento del equipo, por lo que es fácil provocar desastres secundarios.
(4) No se contaba con la gestión de operación y mantenimiento de extinción de incendios. El personal de servicio subcontratado no participó en la capacitación de seguridad contra incendios y no tenía licencia para trabajar; el sistema de protección contra incendios no realizó las pruebas exhaustivas anuales requeridas.
(5) Los cables de potencia y de control se mezclaron y colocaron sin tabiques ignífugos entre capas.
Basándose en el modo de control previo y monitoreo de incendios de la sala de válvulas de la estación convertidora, se puede agregar la última detección de incendios muy temprana (como el detector de incendios de iones de liberación térmica) para detectar el estado anormal del paquete de baterías antes de la fuga térmica, y el detector de incendios muy temprano enlace de alarma de incendios BNM para desconectar la energía, iniciar el sistema de extinción de incendios automático de niebla de agua fina para implementar el enfriamiento por niebla de agua.
Se instalan detectores de gases combustibles adicionales como H2 y CO en la sala de baterías o cabina prefabricada, de los cuales el número de puntos de recolección en la sala de baterías no es inferior a 4; el número de puntos de recolección en la cabina prefabricada no es menor a 2. Los detectores de gases combustibles deben ser de tipo infrarrojo óptico, utilizando tecnología antideflagrante y antideflagrante, con al menos dos interfaces de comunicación como contacto duro y RS485. La señal de cada detector de gas combustible se transmite a BMS de una manera, que emite juicio, emite alarma, dispara, enciende el ventilador y la luz de advertencia fuera de la cabina prefabricada y envía al sistema de monitoreo; la señal de la otra vía se transmite al controlador de alarma contra incendios, que se utiliza para iniciar el sistema de extinción de incendios.
En la actualidad, el sistema de almacenamiento de energía de la batería bess cabina prefabricada se basa principalmente en un tanque de sistema automático de extinción de incendios de heptafluoropropano, debido a su capacidad y características de extinción de incendios, puede suprimir el fuego de la batería, pero no puede extinguir completamente el fuego, propenso a volver a encenderse. encendido, por lo que es necesario mejorar la capacidad continua de extinción de incendios, puede estar en el sistema de almacenamiento de energía de la batería de la cabina prefabricada bess system bess instalado con sistema de extinción de incendios automático de niebla de agua fina, y en la cabina prefabricada para aumentar la boquilla de niebla de agua fina. El inicio del sistema de extinción de incendios por niebla fina de agua debe estar en línea con los requisitos de “primer apagado, después del incendio”. El sistema de extinción de incendios controla los componentes del sistema de almacenamiento de energía de la batería después de recibir la señal de advertencia o la señal de incendio, de acuerdo con la estrategia de extinción de incendios establecida, inicia automáticamente el sistema de extinción de incendios.
Instale más bocas de incendio al aire libre para facilitar que el extintor de incendios de rescate reponga el agua a tiempo en caso de que se produzca un incendio en el sistema de almacenamiento de energía de la batería; aumentar el cortafuegos entre los compartimentos prefabricados del sistema de almacenamiento de energía de la batería prefabricada bess (incluido el compartimento de la batería y otros compartimentos del equipo) para mejorar la seguridad contra incendios entre los compartimentos del equipo. distancia, para evitar la situación de “campamento en llamas”. Cada estación está equipada con 2 juegos de aparatos de respiración de aire para extinción de incendios de presión positiva para la eliminación de emergencia en caso de incendio.
Verifique si el departamento de implementación del proyecto bess del sistema de almacenamiento de energía de la batería ha completado la auditoría contra incendios, la aceptación y el trabajo de registro de la estación del dispositivo de almacenamiento de electricidad. Empresas de diseño y construcción de ingeniería de instalaciones de protección contra incendios, si tienen la correspondiente calificación de diseño y construcción de ingeniería de instalaciones de protección contra incendios emitida por el departamento de construcción estatal. El personal de servicio de protección contra incendios del sistema de almacenamiento de energía de la batería debe tener el certificado de calificación del operador de las instalaciones de protección contra incendios de nivel junior o superior, y puede operar hábilmente las instalaciones de protección contra incendios. Confíe a una unidad con calificación profesional de prueba de protección contra incendios para realizar al menos una inspección y prueba exhaustivas de las instalaciones de protección contra incendios del sistema de almacenamiento de energía de la batería cada año y emita un informe de prueba de las instalaciones de protección contra incendios.
Aclarar el mantenimiento y la gestión del sistema de almacenamiento de energía de la batería en las instalaciones de protección contra incendios, el personal de gestión y sus responsabilidades laborales, y llevar a cabo el mantenimiento y la gestión diarios de las instalaciones de protección contra incendios en estricta conformidad con las normas pertinentes para garantizar que las instalaciones de protección contra incendios estén intactas y eficaz. Aclarar las responsabilidades de operación y mantenimiento de protección contra incendios del sistema de almacenamiento de energía de la batería bess externalizando los fabricantes de operación y mantenimiento, y exigir que el personal de operación y mantenimiento de turno participe en la capacitación de seguridad contra incendios y tenga el certificado de calificación de operador de instalación de protección contra incendios de nivel primario o superior. Una vez que las instalaciones de extinción de incendios se ponen en uso, deben configurarse en “funcionamiento automático” y las válvulas y los componentes del sistema de almacenamiento de energía de la batería deben estar en condiciones normales de funcionamiento, y las instalaciones de extinción de incendios no deben apagarse sin autorización. Llevar a cabo activamente la extinción de incendios, planes de emergencia y simulacros, debe desarrollar procedimientos operativos del sistema de extinción de incendios y planes de emergencia, y organizar simulacros de planes de emergencia.
Para estandarizar y guiar mejor la operación, la revisión y la aceptación del sistema de almacenamiento de energía de la batería bess en el lado de la red, es necesario organizar la preparación del sistema de almacenamiento de energía de la batería bess procedimientos generales de operación, procedimientos de revisión, aceptación de equipos y gestión de seguridad contra incendios. y otros aspectos del sistema de revisión de operación y mantenimiento, y sistema de gestión de producción de seguridad bess sistema de almacenamiento de energía de batería de sonido.
Los tipos comunes de sistemas de almacenamiento de energía de batería incluyen baterías de almacenamiento eléctrico de hidruro de níquel-metal, baterías de almacenamiento eléctrico de plomo, baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio, baterías de almacenamiento eléctrico de flujo líquido, etc. Debido a las diferentes estructuras y composiciones de la batería, el rendimiento de diferentes tipos de batería sistema de almacenamiento de energía bess baterías también difiere. Es necesaria una comprensión profunda de las características de varios sistemas de almacenamiento de energía de batería bess para aprovechar al máximo su rendimiento.
La batería NiMH es un tipo de desarrollo temprano, la tecnología es baterías de almacenamiento eléctrico más maduras, diseñadas inicialmente para reemplazar la batería de cadmio-níquel como la segunda generación de energía del dispositivo de almacenamiento eléctrico espacial. La densidad de energía de la batería de NiMH puede alcanzar los 95 Wh/kg, lo que puede lograr una carga y descarga rápidas, un excelente rendimiento a baja temperatura y un rendimiento cíclico, y se puede realizar un ciclo de 40 000 veces cuando se trabaja en satélites LEO con una profundidad de descarga del 40 % del DOD. .
De acuerdo con la forma de almacenamiento de hidrógeno, las baterías de NiMH se pueden dividir en baterías de NiMH de alto voltaje y baterías de NiMH de baja presión. La principal diferencia entre las dos es que las baterías de NiMH de alto voltaje usan cilindros de alta presión para almacenar hidrógeno directamente, mientras que las baterías de NiMH de baja presión usan una aleación de almacenamiento de hidrógeno para almacenar hidrógeno. En términos de rendimiento, las baterías de NiMH de alto voltaje tienen una mayor densidad de energía y un mejor rendimiento cíclico, pero el uso de cilindros para el almacenamiento de hidrógeno supone un mayor riesgo para la seguridad. Por lo tanto, las baterías de NiMH de alto voltaje se utilizan generalmente en satélites de órbita síncrona como energía para dispositivos de almacenamiento de electricidad. El famoso Telescopio Americano Hubble fue lanzado en 1990 utilizando un paquete de baterías NiMH con una capacidad de 83 A-h.
Por el contrario, el rendimiento de seguridad de las baterías de NiMH de baja presión mejora considerablemente debido al uso de almacenamiento de hidrógeno de aleación, pero la introducción de materiales de almacenamiento de hidrógeno provoca un aumento en la masa total, lo que resulta en una disminución correspondiente en la densidad de energía. Con base en las características de alta seguridad y ciclo de vida prolongado, las baterías de NiMH de bajo voltaje alguna vez fueron ampliamente utilizadas en productos electrónicos de consumo, como teléfonos celulares, computadoras portátiles y cámaras de video. En el campo de los vehículos eléctricos, las baterías de NiMH también son una de las baterías secundarias más maduras. El automóvil híbrido Prius diseñado por Toyota de Japón utiliza baterías NiMH de bajo voltaje. Este modelo fue el primer automóvil híbrido verdaderamente comercializable y aún hoy mantiene altas ventas.
La batería de hidruro de níquel-metal sigue siendo una de las baterías secundarias más maduras, con un alto ciclo de vida, un gran rendimiento de carga y descarga y otras ventajas en el dispositivo de almacenamiento eléctrico aeroespacial, la electrónica de consumo y los vehículos eléctricos son ampliamente utilizados. Sin embargo, debido a que su capacidad teórica no es tan buena como la de las baterías de iones de litio y tiene un efecto de memoria y otras deficiencias, a la larga, las baterías de NiMH enfrentarán el desafío de las baterías de iones de litio como batería secundaria principal.
La batería de plomo es la primera batería secundaria comercializada y también es el producto de batería más utilizado. En términos de composición estructural, la batería de plomo consta de un electrodo positivo (dióxido de plomo, PbO2), un electrodo negativo (plomo metálico, Pb), un electrolito (ácido sulfúrico, H2SO4), un espaciador y una caja de batería (incluidas las piezas de conexión) y otras partes. El proceso de fabricación y reciclaje de la batería de plomo es extremadamente maduro, por lo que, en teoría, no hay fugas de plomo durante su producción, uso, reciclaje y reutilización, lo que minimiza el impacto de la batería de plomo en el medio ambiente. En comparación con otras baterías, las baterías de plomo aún tienen un rendimiento excelente sin precedentes:
1) Estructura simple y bajo costo.
2) Alto voltaje de una sola celda (2 V).
3）Excelente rendimiento de descarga de gran velocidad, por lo que se usa ampliamente como batería de arranque para automóviles, tractores, motocicletas, etc.
4) Amplio rango de temperatura de trabajo, en -40 ~ 50 ℃ puede funcionar normalmente.
5）Excelente rendimiento de carga y descarga superficial, adecuado para nuevos dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica, pico a valle y regulación de frecuencia de la red eléctrica.
(6) Alta seguridad, muy pocos fallos de encendido y explosiones, por lo que se puede convertir en un paquete de baterías de gran capacidad.
En base a las ventajas anteriores, la batería de plomo sigue siendo la batería más utilizada, su rango de aplicación incluye principalmente
(1) potencia de arranque para automóviles, tractores, etc.;
(2) almacenamiento de batería para energía solar y eólica, sistema de almacenamiento de batería para energía solar y otro almacenamiento de generación de energía nueva;
(3) fuente de alimentación de reserva ininterrumpida (UPS) para centros de datos, computadoras y grandes instrumentos y equipos
(4) pequeños vehículos eléctricos, vehículos de ingeniería y otras fuentes de alimentación.
Debido a las ventajas de bajo costo, alta seguridad, amplio rango de temperatura de funcionamiento y excelente rendimiento de carga y descarga superficial, las baterías de plomo se han utilizado en los sistemas de energía. A partir de 2018, la participación de las baterías de plomo en la capacidad instalada mundial de dispositivos de almacenamiento de electricidad electroquímica es del 5,9 %.
Las mayores desventajas de las baterías de plomo son principalmente dos:
(1) La densidad de energía de las baterías de plomo es baja, con un valor teórico de 170 Wh/kg y un valor real de menos de 50 Wh/kg, y la densidad de energía real es inferior a 1/3 de la del litio comercial actual. -baterías de iones;
(2) El ciclo de vida de la batería de plomo es relativamente bajo, solo alrededor de 1/3 del de la batería de iones de litio, y la vida útil real es de solo 2 años cuando se usa para cambiar picos y llenar valles.
La introducción del sistema de administración de baterías (BMS) ha mejorado efectivamente la vida útil de las baterías de plomo y ha reducido el costo de uso, pero el defecto intrínseco de la baja densidad de energía ha limitado la aplicación a gran escala de las baterías de plomo. En la actualidad, la proporción de baterías de plomo en la escala instalada de los sistemas de potencia está disminuyendo y paulatinamente siendo reemplazada por nuevos sistemas electroquímicos como las baterías de iones de litio. Sin embargo, las baterías de plomo son fáciles de mantener y altamente confiables, y aún pueden ser útiles en la construcción de dispositivos de almacenamiento eléctrico en áreas remotas, energía de respaldo para equipos grandes y suministro de energía ininterrumpido.
Las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio fueron comercializadas por primera vez por Sony en 1992. En comparación con otras baterías de almacenamiento eléctrico secundarias comercializadas, las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio tienen las ventajas de una alta densidad de energía, un ciclo de vida prolongado y ningún efecto memoria, y son las más prometedoras. y ruta factible para dispositivos de almacenamiento eléctrico.
El diagrama muestra el funcionamiento de las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio: durante la carga, los iones de litio (Li+) se eliminan del electrodo positivo y migran al lado del electrodo negativo y se incrustan en la capa de material del electrodo negativo; durante la descarga, Li+ se elimina del electrodo negativo y migra al electrodo positivo y se incrusta en el material del electrodo positivo. Se puede ver que el almacenamiento y la liberación de energía eléctrica en las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio se realiza mediante la migración de Li+ entre los electrodos positivo y negativo, y esta migración recíproca es como el movimiento recíproco en los dos extremos de una mecedora. , por lo que las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio también se denominan “silla mecedora”. acumuladores eléctricos”.
Desde el punto de vista del mecanismo de trabajo, las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio son una gran clase de baterías de almacenamiento eléctrico que utilizan la migración de iones de litio entre electrodos positivos y negativos para lograr la carga y descarga.
Teóricamente, los materiales que pueden desembeberse de forma reversible los iones de litio tienen el potencial de ser utilizados como materiales de electrodos para las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio. En la actualidad, existen varios materiales de cátodo, como cobaltato de litio, fosfato de hierro y litio, niquelato de litio y materiales ternarios, y materiales de electrodos negativos, como grafito y carbono de silicio, que están disponibles comercialmente. Diferentes materiales de electrodos darán a las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio diferentes características de funcionamiento. Por ejemplo, los materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio tienen las ventajas de un buen rendimiento a altas temperaturas, un excelente rendimiento cíclico y una buena seguridad; los materiales de cátodo ternario representados por níquel cobalto manganeso y níquel cobalto aluminio tienen mayor voltaje operativo y mayor capacidad; Los materiales de cátodo de ácido de cobalto y litio tienen las ventajas de una plataforma de descarga suave y un excelente rendimiento de alta corriente. Se basa en las características anteriores, a través del diseño de materiales de electrodos, electrolitos, estructura de baterías de almacenamiento eléctrico, puede obtener el tipo de potencia, el tipo de densidad de energía, el tipo de reserva y otras características diferentes, diferentes usos de las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio.
En la actualidad, la densidad de energía de las baterías comerciales de almacenamiento eléctrico de iones de litio es de 150~250 Wh/kg, que es mucho más alta que todas las baterías comerciales actuales de almacenamiento eléctrico secundario. La densidad de energía y el ciclo de vida de las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio se pueden mejorar aún más mediante el diseño estructural y el desarrollo de nuevos materiales.
Las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio son las baterías de almacenamiento eléctrico secundarias más completas, que se han utilizado ampliamente en dispositivos electrónicos portátiles y reemplazaron gradualmente a las baterías de almacenamiento eléctrico de plomo-ácido y níquel-hidrógeno como baterías de almacenamiento de energía eléctrica. Las baterías de almacenamiento eléctrico se utilizan en vehículos eléctricos. En el sistema de energía, las baterías de almacenamiento eléctrico de iones de litio tienen un potencial de aplicación muy amplio en la regulación de frecuencia AGC, la generación de energía renovable y la regulación de pico a valle.
La batería de flujo líquido fue apoyada originalmente por la NASA y propuesta en la década de 1970 como un dispositivo de batería bess secundario.
A diferencia de otras baterías secundarias tradicionales (como las baterías de iones de litio y de cadmio-níquel) en las que los materiales de los electrodos están permanentemente encerrados en la carcasa de la batería, los reactivos de cátodo y ánodo de las baterías de flujo líquido son electrolitos líquidos que se almacenan por separado y se controlan en el flujo. por un cuerpo de bomba. Estos electrolitos son tanto el material activo para la reacción del electrodo como el portador para el transporte de iones.
Al controlar la cantidad de almacenamiento de electrolito líquido y el caudal, se puede ajustar la capacidad y la potencia de salida del dispositivo de almacenamiento eléctrico. La batería de flujo líquido puede lograr una descarga profunda del 100 % sin dañar la batería, y la batería puede “cargarse/descargarse instantáneamente” mediante el reemplazo de electrolitos. En base a las ventajas anteriores, la batería de flujo líquido tiene una gran libertad y flexibilidad de diseño.
Otra característica de las baterías de flujo líquido es que el electrolito activo es una solución acuosa, lo que hace que el sistema de batería esté libre de riesgo de incendio y sea altamente seguro, lo que lo hace ideal para la construcción de grandes estaciones de dispositivos de almacenamiento eléctrico.
La batería de flujo líquido totalmente de vanadio es una de las baterías de flujo líquido más prometedoras y ya ha recibido una aplicación comercial inicial.
Sin embargo, el mayor obstáculo que actualmente limita la aplicación a gran escala de las baterías de flujo líquido es su alto costo. El costo de los diafragmas de intercambio de iones puede llegar al 55% del costo de la batería.
En la actualidad, el diafragma más utilizado y con mejor rendimiento es la membrana Nafion producida por DuPont en los EE. UU. El alto umbral técnico hace que casi no tenga sustitutos, lo que limita seriamente el desarrollo de baterías de flujo líquido en China. Además, el uso de la membrana Nafion como diafragma tendrá el fenómeno de migración de permeación de iones y agua, lo que provocará la falla de la batería.
La batería de flujo líquido más madura, la batería de flujo líquido de vanadio, requiere una gran cantidad de solución tóxica de vanadio, lo que plantea ciertos problemas ambientales. Además, la tecnología de sellado de la batería y el desarrollo de materiales de electrodos de alta eficiencia limitan hasta cierto punto la aplicación a gran escala de las baterías de flujo líquido.
En general, debido a restricciones técnicas y de costos, las baterías de flujo líquido aún se encuentran en la etapa inicial de aplicación comercial y hay muchos problemas técnicos que deben resolverse. Sin embargo, las ventajas de alta seguridad y buena flexibilidad de la batería de flujo líquido la convierten en una de las opciones más prometedoras en el campo de los dispositivos de almacenamiento eléctrico.
La celda de combustible es un dispositivo que convierte directamente la energía química del combustible y el oxidante en energía eléctrica. A diferencia de otros modos de operación de carga y descarga de baterías secundarias, la celda de combustible ingresa continuamente combustible (hidrógeno, metano, etc.) y oxidante (aire, oxígeno) para generar energía eléctrica de manera continua y constante durante la operación. Desde esta perspectiva, las pilas de combustible son similares a los motores de combustión interna como tecnología de generación de energía. En comparación con las unidades termoeléctricas, las celdas de combustible tienen muchas ventajas incomparables:
1) Alta eficiencia. La celda de combustible convierte la energía química del combustible en electricidad directamente a través de una reacción electroquímica, que no está limitada por el ciclo de Carnot. Por lo tanto, la eficiencia de conversión de energía puede alcanzar el 100 % en teoría, y la eficiencia real ha alcanzado el 60 %~80 %, que es más del doble de los motores térmicos ordinarios.
2) respetuoso con el medio ambiente. El gas combustible utilizado en las celdas de combustible incluye hidrógeno, metano, metanol, gas natural, etc. Teóricamente, no hay producción ni emisión de óxidos de nitrógeno y sulfuro cuando se trabaja, y la emisión de dióxido de carbono también es más del 40% inferior a la de generación de energía de carbón, reduciendo efectivamente la contaminación del aire y al mismo tiempo reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.
3) Estructura sencilla. La estructura de la celda de combustible es simple y no tiene fricción ni partes giratorias, por lo que el ruido de funcionamiento es bajo. La estructura simple también ayuda a realizar la miniaturización y domesticización de las celdas de combustible.
Hay muchas formas y tipos de celdas de combustible. De acuerdo con la diferencia del electrolito, las pilas de combustible se pueden clasificar en pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), pilas de combustible alcalinas (AFC), pilas de combustible de metanol directo (DMFC), pilas de combustible de carbonato fundido (MCFC), pilas de combustible de ácido fosfórico ( PAFC), pila de combustible de óxido sólido (SOFC), etc.
Aunque las condiciones de operación de cada celda de combustible son diferentes, la estructura general y el mecanismo de operación son básicamente similares, es decir, las sustancias activas positivas y negativas se almacenan por separado y la energía eléctrica se genera mediante una reacción electroquímica en la interfaz del electrolito (p. ej., intercambio de protones). membrana). En este sentido, las celdas de combustible son más similares en estructura a las celdas de flujo de líquido.
Las celdas de combustible han encontrado aplicaciones prácticas en vehículos aeroespaciales, militares, eléctricos y sistemas de generación de energía distribuida. La celda de combustible de membrana de intercambio de protones tipo ENE-FARM presentada por Panasonic Corporation de Japón y el sistema de celda de combustible de óxido sólido pequeño desarrollado por Tokyo Gas Company se dirigen al mercado doméstico de clase de 1 kW y se comercializaron inicialmente. Estas celdas de combustible distribuidas pueden satisfacer la demanda de electricidad para la vida diaria de los residentes y también pueden conectarse a la red para reducir la presión sobre la red eléctrica, reducir la pérdida de suministro de energía a la red y mejorar la eficiencia del uso de la energía. Además, los sistemas de celdas de combustible también tienen un gran potencial para el suministro de energía en fronteras e islas.
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Las estaciones de distribución de la red eléctrica de baja tensión desempeñan la función de
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