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    鉛炭電池儲能系統在動力行業的應用

    發布時間:2015-06-01

    鉛炭電池作為鉛酸家族中的一員,不僅秉承了鉛酸百年的歷史積淀, 更在大電流充放電循環使用時, 由于炭元素的加入, 表現尤為突出, 在當前的儲能應用來看, 鉛炭電池是一個上佳選擇。
    儲能的應用較為廣泛, 不僅有與電網相關的儲能應用(調頻、 調峰)、 分布式應用、 戶用型應用, 更可以應用在一些大型動力設備上,比如港口的輪胎吊、 采礦用的破碎機、 冶煉企業用的運渣車等等, 都是鉛炭電池大有作為的地方, 動力行業的應用場景有以下特點:
    1. 瞬間大電流放電達到 300~350A;
    2. 在充電不完全的情況下,需要系統能連續工作,且不能半途停頓;
    3. 工況模式不確定,有時,需要連續工作較長的時間(放電深度深) 才有充電的機會,
    有時,只工作了很短的時間的就可以充電(放電深度淺);
    4. 儲能系統的成組電壓達到 560~750V;
    5. 現場工況中有大量的變頻器, 電磁兼容環境很差;
    6. 后臺監控、 關鍵照明及空調是不允許停電, 系統在電網和儲能系統間需要實現不間斷切換;
    7. 由于客戶的系統配置不同, 不少場合需要實現兩路高壓直流的不間斷切換;

    一、 鉛炭電池是如何適應動力應用場景的
    眾所周知,鉛炭電池是因為在鉛酸電池中,增加了炭元素,使得鉛酸電池在保有原有功率密度的基礎上,兼具了超級電容的一些特性:如大功率充放電、循環使用壽命長等,如下圖:


    更在于,由于炭的加入,使得鉛酸電池極板硫酸鹽化的情況得以很大的改善,因此,鉛炭電池在HRPSOC(高功率部分荷電狀態)下的循環使用壽命大大增加,尤其適合應用于動力行業的應用場景


    二、 系統方案介紹
    系統方案簡圖如下,該方案中集成了以下子系統


    1. 儲能子系統:采用 6V/200Ah 鉛炭電池 2 組,以確保連續長時間工作場景的需要,同時,也考慮了能量回收的應用需求;
    2. BMS(蓄電池管理系統): 在目前的 BMS 系統中,有兩種模式:
    A. 單體采集系統—采集每一個單體電池的電壓、溫度等參數, BMS 系統沒有單體均衡功能,這類系統相對比較簡單,客戶能通過后臺監控系統看見每個電池的電壓和溫度,但是電池(單體或成組)的 SOC、 SOH、內阻等參數沒有,于高壓成組系統而言,這是一個很大的缺憾;
    B. 組串式采集系統—一個采集單元負責最多 27 個單體電池的數據采集,其數據同樣是電壓和溫度,系統具備對單體和成組 SOC、 SOH、內阻的計算功能,采集單元也可以增加均衡單元,以確保一個采集單元內的每個單體電池的一致性,但是,單元間的不平衡依然存在, 此外還有一個較大的隱患是:均衡單元開啟后,對系
    統的干擾很大,如下圖:


    3. 充電系統:蓄電池組的健康完全依賴精致的充電系統的呵護,尤其在動力行業的應用中,由于需要蓄電池組始終工作在 HRPSOC 狀態下,因此 n+1 形式的充電系統,加以合理的充電模式,可以確保蓄電池的循環使用及壽命;
    4. 變頻器: 在實際的應用場景中,蓄電池組需要為很多的電機提供動力,因此,依據不同功率等級的電機配置相應的變頻器,再通過 PLC 來協調控制,同樣,由于變頻器的存在,系統中的干擾非常嚴重;


    5. 逆變器:后臺監控、關鍵照明以及空調系統是不允許斷電的,因此,在系統中需要考慮相應容量的逆變電源,該逆變電源要實現市電與直流之間的無縫切換,同時,由于蓄電池組的成組電壓較高,而所謂的市電也因應用場景不同,并不是常規的三相四線制的 380V,而是 400~460V 的三相三線制, 所以, 實現此一功能難度甚大;
    6. 溫控系統: 為了確保蓄電池的應用環境溫度, 采用了工業級的空調, 使得環境溫度能控制在 25℃以內,具備加熱及除濕的功能;
    7. 互鎖及安全:系統應用中采用了交直流切換供電的模式,為了確保系統切換安全,采用了交直流互鎖,同時為了最大程度的降低系統的干擾, 采用隔離及等電位技術, 以增加系統的安全、 可靠性;
    8. 后臺監控系統:由于現場工況復雜,系統必須對每個單體電池及子系統的工作狀況有及時的掌握,因此,采用了 PLC 和 BMS 數據相互備份, 既可以避免 BMS 抗干擾能力差的問題, 又增加了系統的可靠性

    , 同時, PLC 的擴展性和可操作性好, 非常方便現場的配置使用;

    三、 經濟性分析
    1. 由于現場的工作場景差異度很大,我們假定每天工作 10 次,每次工作 10 分鐘, 鉛炭電池組年使用成本為 7.5 萬元;
    2. 如果采用柴油發電機組, 在同樣的工況下, 每年的使用成本將達到 21 萬元;以上費用的節省非常明顯,同時,可以大大減少維護工作量,更對于環保做出貢獻,每年減少:二氧化碳排放: 347949Kg;碳排放: 10981Kg;碳粉塵: 9492.8Kg;二氧化硫: 1047Kg;
    氮氧化合物: 524Kg


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