Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i zakłady przemysłowe polegają na niezawodnym i odpornym zasilaniu awaryjnym w przypadku przerwy w dostawie prądu. Technologia akumulatorów jest kluczowym ogniwem w łańcuchu, działającym jako główne źródło magazynowania i uwalniania energii dla zasilaczy awaryjnych i do innych zastosowań. Akumulatory z czystego ołowiu, takie jak cienkie płyty z czystego ołowiu (TPPL), pojawiły się jako sprawdzona technologia dla niezbędnych instalacji, ale muszą być odpowiednio zwymiarowane i konserwowane. W tym e-przewodniku wyjaśniono zalety akumulatorów TPPL do zastosowań użytkowych i przemysłowych oraz przedstawiono podejście oparte na najlepszych praktykach wdrażania takich rozwiązań w celu maksymalizacji dostępności i obniżenia kosztów eksploatacji.
W JAKI SPOSÓB NOWOCZESNA TECHNOLOGIA AKUMULATORÓW CIENKOPŁYTOWYCH Z CZYSTEGO OŁOWIU STANOWI KLUCZ
WPROWADZENIE
Akumulatory są niezbędne do elastycznego dostarczania energii w zakładach przemysłowych i użyteczności publicznej.
Na przykład w podstacjach elektroenergetycznych akumulatory zapewniają krytyczne wsparcie w ramach zasilacza awaryjnego (UPS) w przypadku awarii sieci, zapewniając ciągłą pracę urządzeń. Mogą być również wykorzystywane do innych działań, takich jak niwelowanie obciążenia i zmniejszanie szczytów, a także do integracji energii odnawialnej z nieprzewidywalnych źródeł, takich jak farmy wiatrowe.
Tymczasem akumulatory są również wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań w zakładach produkcyjnych na całym świecie. Mogą one potencjalnie stanowić wysoce efektywny sposób magazynowania energii w celu zmniejszenia szczytowego zapotrzebowania w godzinach szczytu, obniżając koszty energii elektrycznej.
Krótko mówiąc, akumulatory są postrzegane jako wypróbowana i zaufana technologia, która może dostarczać elastyczną, niezawodną i zrównoważoną energię na żądanie zarówno w zastosowaniach użyteczności publicznej, jak i przemysłowych. Badania pokazują, że rynek akumulatorów do zastosowań takich jak usługi komunalne i przemysł został wyceniony na 21,2 miliarda dolarów w 2023 roku i oczekuje się, że do 2029 roku osiągnie 34,7 miliarda dolarów – przy rocznej skumulowanej stopie wzrostu wynoszącej 10,3%. Akumulatory to duży biznes i taki pozostanie, ponieważ użytkownicy końcowi przemysłowi i użyteczni coraz częściej dążą do elektryfikacji swoich operacji.
Niniejszy e-przewodnik zawiera aktualne wyjaśnienie zalet akumulatorów do zastosowań użytkowych i przemysłowych, koncentrując się w szczególności na dobrze ugruntowanych substancjach chemicznych czystego ołowiu, takich jak cienkie płyty z czystego ołowiu (TPPL). Przedstawiono w nim również najlepsze praktyki w zakresie wdrażania takich akumulatorów w obiektach użyteczności publicznej i przemysłowej w celu osiągnięcia maksymalnej dostępności i obniżenia kosztów eksploatacji.
ZALANE AKUMULATORY MAJĄ SWOJE WADY
Historycznie rzecz biorąc, dla użytkowników akumulatorów wymagających pływaka w trybie czuwania - gdzie ładowanie pływakowe jest używane do ciągłego utrzymywania akumulatorów w pełnym stanie naładowania, tak aby były gotowe do reagowania na wszelkie przerwy w zasilaniu sieciowym - żywotność akumulatorów została uznana za najważniejsze kryterium. Do tej pory większość tych zastosowań opierała się przede wszystkim na użyciu konwencjonalnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych, takich jak akumulatory kwasowo-ołowiowe (VLA). Chociaż baterie te są atrakcyjne pod względem długowieczności, pewne wady stają się coraz bardziej widoczne.
Po pierwsze, podczas gdy wymaganą gęstość energii można osiągnąć poprzez prawidłowe dobranie rozmiaru akumulatorów VLA, akumulatory TPPL mają wyższą gęstość energii i zapewniają większą moc przy tej samej powierzchni. Jest to ważny czynnik w przypadku wdrożeń o coraz bardziej ograniczonej przestrzeni w zakładach użyteczności publicznej i przemysłowych.
Po drugie, w przypadku zalanych typów baterii wymagana jest wentylacja, co może mieć wpływ na układ. Zalane akumulatory wymagają również okresowej konserwacji, a elektrolit musi być regularnie uzupełniany. Wreszcie, akumulatory TPPL umożliwiają szybsze ładowanie niż VLA, co jest przydatne, jeśli w krótkim czasie wystąpią kolejne awarie.
Dlatego operatorzy zakładów użyteczności publicznej i przemysłowej przyglądają się obecnie innym typom akumulatorów przemysłowych, które łączą w sobie długowieczność, gęstość energii i niskie koszty utrzymania. W związku z tym akumulatory kwasowo-ołowiowe regulowane zaworami (VRLA), w szczególności TPPL, znajdują atrakcję w tej kategorii.
ZROZUMIENIE PRZEJŚCIA NA TPPL
Rozwój akumulatorów VRLA pozwolił przezwyciężyć wiele ograniczeń VLA. Dzięki zastosowaniu separatorów z absorpcyjną matą szklaną (AGM) między elektrodami, firma VRLA była w stanie ograniczyć straty wody z elektrolitów (i związane z tym nakłady na konserwację). Akumulatory te osiągają również znacznie wyższą gęstość energii niż ogniwa VLA (zalane) i mają znacznie niższe wymagania dotyczące wentylacji, co oznacza, że akumulatory mogą być instalowane obok urządzeń, które zasilają. Akumulatory VRLA nie muszą być już trzymane w pozycji pionowej, ale można je ustawić zgodnie z wymaganiami aplikacji. Ponieważ wyeliminowana jest możliwość rozlania elektrolitu, są one łatwiejsze w transporcie.
Początkowe akumulatory wykorzystywały siatki składające się z materiałów takich jak ołów-wapń (które są nadal używane w niektórych zastosowaniach). Należy jednak pamiętać, że integralność sieci zarówno w akumulatorach ołowiowo-wapniowych, jak i TPPL pogarsza się z czasem z powodu korozji. Kluczowa różnica polega na mechanizmie i szybkości korozji; Siatki ołowiowo-wapniowe mają tendencję do szybszej korozji niż TPPL ze względu na ich wielkość ziarna i wtrącenia.
Pojawienie się technologii TPPL z powodzeniem przyczyniło się do znacznego rozwoju akumulatorów VRLA pod innymi względami. Zmniejszona grubość płytek w akumulatorach TPPL pozwala na ich ścisłe upakowanie, zapewniając dużą powierzchnię bierną i niską rezystancję wewnętrzną, co z kolei zwiększa gęstość mocy. W rezultacie, akumulatory TPPL mogą być szybko ładowane i są w stanie zapewnić wysokie skoki prądu bez spadku napięcia.
AKUMULATORY TPPL MOŻNA SZYBKO ŁADOWAĆ I SĄ ONE W STANIE ZAPEWNIĆ WYSOKIE SZCZYTY PRĄDU BEZ SPADKU NAPIĘCIA, AKUMULATORY TPPL SĄ RÓWNIEŻ BEZOBSŁUGOWE.
Akumulatory TPPL są również bezobsługowe. Są one wyposażone w zawory bezpieczeństwa, które pozwalają na rekombinację gazów i otwierają się tylko wtedy, gdy ciśnienie wewnętrzne przekroczy określony próg. W przeciwieństwie do niektórych innych typów baterii, akumulatory TPPL nie mają zdejmowanych nasadek ani otworów do dolewania wody, ponieważ nie wymagają uzupełniania wody – co eliminuje konieczność konserwacji i pomaga zmniejszyć zużycie wody. Kolejną zaletą jest technologia AGM, która absorbuje elektrolit do separatora z maty szklanej pomiędzy płytami. Taka konstrukcja zapobiega parowaniu lub rozlewaniu się elektrolitu, eliminując potrzebę uzupełniania.
Ponadto ich emisja gazów jest wyjątkowo niska. Mają długi cykl życia, zwłaszcza gdy są poddawane powtarzającym się mikrocyklom rozładowania, po których następuje praca w stanie częściowego naładowania, w gotowości do następnego przestoju. Niskie współczynniki samorozładowania umożliwiają również przechowywanie baterii przez dłuższy czas.
JAK DOBRAĆ ODPOWIEDNIE ROZWIĄZANIA TPPL
Oryginalna konstrukcja akumulatorów TPPL pozwala użytkownikom użytkowym i przemysłowym wybrać i zainstalować rozwiązanie, które może przynieść wiele korzyści, w tym wydłużoną żywotność, lepszą akceptację ładunku, wysoką niezawodność i solidną konstrukcję, jednocześnie maksymalizując czas pracy bez przestojów i obniżając koszty konserwacji. Taki wybór może znacznie ułatwić życie inżynierom utrzymania ruchu i innym praktycznym członkom zespołu w takich zakładach. Wdrożenie TPPL może zwiększyć odporność, obniżyć ryzyko, obniżyć koszty przez cały okres eksploatacji i lepiej wykorzystać zasoby zespołów konserwacyjnych.
Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo, w jaki sposób zastosowanie akumulatorów TPPL może przynieść korzyści w zakresie wydajności w zastosowaniach użytkowych i przemysłowych. Pierwszym punktem w podróży jest odpowiedni rozmiar projektu. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w zakresie akumulatorów EnerSys polega na wysoce kompetentnych i doświadczonych zespołach technicznych, które pomagają użytkownikom końcowym w wyborze najbardziej odpowiednich produktów. To podejście oparte na współpracy zapewnia, że zoptymalizowane systemy akumulatorów są odpowiednio dobrane do ich zastosowań. Te zespoły wsparcia przyjmują niezależne od technologii podejście do specyfikacji baterii – z szerokim portfolio zapewniającym wybór właściwej baterii, a nie byle jakiej baterii, jest to bateria.
Co więcej, narzędzia do doboru baterii online stanowią świadomy punkt wyjścia. Narzędzia te - wraz z kalkulatorami śladu węglowego i całkowitego kosztu posiadania (TCO) - mogą określić najlepsze opcje konfiguracji szaf, akcesoriów i różnych układów pomieszczeń. Jest to szczególnie ważne w zakładach użytkowych i przemysłowych, gdzie przestrzeń jest ograniczona, a warunki środowiskowe mogą się znacznie różnić.
Firma EnerSys ma wieloletnie doświadczenie na rynkach użyteczności publicznej i przemysłowej, dzięki czemu zdobyła nadrzędną wiedzę na temat technologii akumulatorów. Zespoły techniczne są zachęcane do budowania długotrwałych relacji i współpracy z użytkownikami końcowymi. Ta relacja "zaufanego doradcy" gwarantuje, że użytkownicy końcowi wybierają odpowiednie architektury akumulatorów w odpowiedniej konfiguracji dla każdego wdrożenia.
UŁATWIANIE ŻYCIA ZESPOŁOM KONSERWACYJNYM
Po wybraniu i zainstalowaniu w terenie, akumulatory TPPL mogą wspierać bardziej usprawnione czynności konserwacyjne, poprawiając wydajność ogólnych operacji na budowie. Zazwyczaj kierownicy i pracownicy utrzymania ruchu to zapracowani ludzie. Pełnią oni niezwykle zróżnicowaną rolę praktyczną, przeprowadzając rutynowe inspekcje i konserwację zapobiegawczą zgodnie z różnymi strategiami i harmonogramami na miejscu. Baterie są tylko częścią złożonej sieci wzajemnie powiązanych technologii. A kiedy działają poniżej oczekiwań lub zawodzą, przywrócenie ich do trybu online wymaga czasochłonnego wysiłku i zasobów.
Zarządzanie logistyką harmonogramów konserwacji, zwłaszcza w przypadku systemów na dużą skalę, takich jak elektrownie lub zakłady produkcyjne, może być niezwykle trudne. Tak więc bezobsługowa eksploatacja akumulatorów TPPL ma kluczowe znaczenie. Jak wspomniano wcześniej, ich nieodłączne cechy konstrukcyjne oznaczają, że nie wymagają regularnego podlewania ani kontroli elektrolitu, co zmniejsza potrzebę wizyt konserwacyjnych na miejscu. Ta cecha znacznie zmniejsza częstotliwość "przetaczania ciężarówek" z wykonawców zewnętrznych na plac budowy, minimalizując zakłócenia logistyczne w operacjach i zmniejszając koszty konserwacji w dłuższej perspektywie. Szacuje się, że TPPL może zapewnić do 50% oszczędności kosztów konserwacji w porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami zalanymi w całym okresie ich eksploatacji, a także związane z tym korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju, wynikające z ograniczenia liczby przetaczanych samochodów ciężarowych.
ZALETY SPRAWDZONEJ W PRAKTYCE ŻYWOTNOŚCI
TPPL zapewnia również dłuższą żywotność sprawdzoną w praktyce niż tradycyjne akumulatory ołowiowo-wapniowe. Mniejsza liczba części zamiennych może oznaczać niższy całkowity koszt posiadania. Na przykład wymiany baterii TPPL są zwykle rejestrowane po 8-9 latach, w porównaniu z 3-5 latami w przypadku innych technologii. Czynniki te oznaczają, że akumulatory TPPL po zainstalowaniu wymagają rzadszej wymiany, co zmniejsza potrzebę zewnętrznych wizyt na miejscu i związanych z tym przestojów. Są to podstawowe kwestie do rozważenia dla zespołów zajmujących się konserwacją, których zasoby można lepiej wykorzystać gdzie indziej.
TA INNOWACJA KONSTRUKCYJNA OZNACZA, ŻE AKUMULATORY TPPL MOGĄ OSIĄGAĆ WYŻSZE POZIOMY POJEMNOŚCI I DŁUŻSZE CZASY PRACY PRZY MNIEJSZYCH JEDNOSTKACH, NAWET PRZY WZROŚCIE SZYBKOŚCI ROZŁADOWANIA, CO CZYNI JE BARDZIEJ WYDAJNYMI I TRWAŁYMI NIŻ TRADYCYJNE AKUMULATORY KWASOWO-OŁOWIOWE.
TPPL oferuje znaczący postęp w technologii kwasowo-ołowiowej VRLA poprzez zmniejszenie korozji siatki, która jest częstym problemem, który prowadzi do skrócenia żywotności i wydajności akumulatora.
W tradycyjnych akumulatorach kwasowo-ołowiowych siatka dodatnia, wykonana z ołowiu lub stopów ołowiu, podtrzymuje dodatni materiał aktywny akumulatora (PAM) i przewodzi prąd. Jednak siatka ta jest podatna na korozję ze względu na jej działanie w środowisku kwasu siarkowego, co prowadzi do utraty przewodności i wzrostu objętości siatki, ponieważ ołów przekształca się w mniej gęste tlenki ołowiu. Korozja ta zmniejsza zdolność akumulatora do przewodzenia prądu i powoduje fizyczny rozrost sieci, co może zakłócić kontakt elektryczny między PAM a siecią, ostatecznie powodując awarię akumulatora. Czynniki takie jak napięcie pływaka, temperatura, a zwłaszcza czystość ołowiu wpływają na szybkość korozji, przy czym ołów o wysokiej czystości wykazuje wolniejszą szybkość korozji niż ołów ze stopami takimi jak wapń.
Technologia TPPL wykorzystuje ołów o wysokiej czystości do budowy siatek akumulatorów, znacznie spowalniając proces korozji i zachowując integralność i przewodność sieci w czasie. Technologia ta pozwala na cieńsze siatki, a tym samym cieńsze elektrody, zwiększając liczbę elektrod, które mogą zmieścić się w ogniwie i zwiększając powierzchnię reaktywną oraz efektywność wykorzystania materiału aktywnego. Ta innowacja konstrukcyjna oznacza, że akumulatory TPPL mogą osiągać wyższe poziomy pojemności i dłuższe czasy pracy przy mniejszych jednostkach, nawet przy wzroście szybkości rozładowania, co czyni je bardziej wydajnymi i trwałymi niż tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe, które opierają się na grubszych siatkach w celu kompensacji szybkiej korozji.
SZYBKIE ŁADOWANIE ZAPEWNIA ODPORNOŚĆ OPERACJI
TPPL zapewnia również inne korzyści techniczne, co skutkuje bardziej efektywną pracą w zakładach użyteczności publicznej i przemysłowych. Na przykład zazwyczaj mają lepszą akceptację ładunku niż tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe. Mogą ładować się wydajniej i skuteczniej, zapewniając, że akumulatory są gotowe do dostarczania energii bez wydłużania czasu ładowania lub nadmiernego obciążania systemów ładowania.
Dzięki większej powierzchni biernej TPPL oferuje możliwość skrócenia czasu ładowania akumulatora UPS po rozładowaniu (pod warunkiem, że dostępny jest odpowiedni prąd ładowania). Produkty TPPL, takie jak seria akumulatorów PowerSafe® SBS, nie wymagają ograniczania prądu, pod warunkiem, że napięcie ładowania jest odpowiednio regulowane. Akumulatory z technologią TPPL bez problemu zaakceptują 1C (100A dla akumulatora 100Ahr), dopóki nie zbliżą się do 80 do 85% State of Charge (SoC) przy zachowaniu bardzo wysokiego poziomu efektywności energetycznej. Oznacza to, że bateria może osiągnąć 80% SoC w około 50 minut po pełnym rozładowaniu (i 100% SoC w mniej niż 2,5 godziny). W bardziej typowych warunkach, gdy rozładowanie jest mniejsze niż pełne, oczekiwane czasy ładowania będą krótsze.
Tymczasem akumulatory TPPL są również bardzo wydajne na ładowaniu pływakowym ze względu na niższą rezystancję wewnętrzną. Praca przy niższym prądzie pływakowym niż konwencjonalne akumulatory kwasowo-ołowiowe zmniejsza zużycie energii elektrycznej, obniżając w ten sposób emisje z zakresu 2 dla użytkownika końcowego.
WYTRZYMAŁE MATERIAŁY I TECHNIKI KONSTRUKCYJNE
Akumulatory TPPL są również konstruowane z trwałych materiałów i zaawansowanych technik produkcji, dzięki czemu są wysoce odporne na uszkodzenia mechaniczne i stresory środowiskowe. Ta solidna konstrukcja zapewnia, że akumulatory mogą wytrzymać trudne warunki pracy bez uszczerbku dla wydajności, zmniejszając prawdopodobieństwo przedwczesnej awarii i konieczność wykonywania nieplanowanych czynności konserwacyjnych.
Duża część tej wytrzymałości wynika z długiego doświadczenia w pracy w trudnych warunkach operacyjnych, w tym w zastosowaniach wojskowych, co zaowocowało szeregiem ulepszeń technicznych. Zaciski zostały wzmocnione, a pomiędzy płytami zastosowano trwalszy papier AGM. Wiele z tych pomysłów znalazło zastosowanie na rynku rezerwy mocy i jest obecnie wykorzystywane do wydłużenia żywotności i wydajności akumulatorów TPPL, dzięki czemu są one wysoce odporne na czynniki takie jak wstrząsy i wibracje.
Ponadto w niektórych częściach świata, takich jak Stany Zjednoczone, oczekuje się, że akumulatory TPPL zapewnią niezawodne zasilanie podczas zdarzeń sejsmicznych. W związku z tym przeprowadzane są badania sejsmiczne zgodnie z normami takimi jak IEEE 693 w celu spełnienia zaleceń dotyczących projektowania sejsmicznego dla zastosowań użytkowników końcowych, takich jak podstacje. Testy sejsmiczne wpłynęły na szereg zmian konstrukcyjnych na przestrzeni lat w komponentach, takich jak końcówki stosowane w akumulatorach, aby zapewnić bezpieczny punkt połączenia do mocowania lub przewodów. W świecie dotkniętym zmianami klimatycznymi i ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi firma EnerSys jest zaangażowana w ciągły rozwój produktów, aby zapewnić, że akumulatory pozostaną odpowiednie do celu.
ENERSYS: TWÓJ PARTNER W ZAKRESIE ZASILANIA BATERYJNEGO
Podsumowując, akumulatory z czystego ołowiu, takie jak TPPL, stanowią niezawodną i zrównoważoną opcję dla zakładów użyteczności publicznej i elektrowni. Dla kierowników ds. utrzymania ruchu i operatorów, którzy chcą zapewnić czas pracy bez przestojów, często w trudnych warunkach, korzyści obejmują:
- Wysoka niezawodność
- Szybkie ładowanie
- Szeroki zakres temperatur
- Zmniejszona powierzchnia zajmowana przez użytkownika
- Bezobsługowe
- Niższy prąd pływakowy dla oszczędności energii
EnerSys ma około 50 lat doświadczenia w opracowywaniu akumulatorów ołowiowych, takich jak TPPL. Oferuje szeroką gamę solidnych, skalowalnych i niewymagających konserwacji systemów akumulatorowych, które zapewniają odpowiednią wielkość mocy dla rynków użyteczności publicznej i przemysłowej, niezależnie od zastosowania. Produkty są wytwarzane w najwyższej klasy zakładach w USA i Europie zgodnie z najwyższymi standardami, wspierane przez najwyższej jakości opiekę posprzedażową. Ostatecznie rozwiązania te zapewniają niezawodne i zrównoważone zasilanie w fabrykach i stacjach elektrycznych, maksymalizując czas pracy bez przestojów i obniżając koszty przez cały okres eksploatacji.
