磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力能源的應(yīng)用有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-04 23:22
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磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力能源的應(yīng)用
◆控制系統(tǒng)
磷酸鐵鋰電池能量存儲(chǔ)系統(tǒng)由可編程邏輯控制器(PLC)和人機(jī)界面(HMI)進(jìn)行控制。PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一是控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電時(shí)間和速率通過標(biāo)準(zhǔn)化的通信輸入、控制信號(hào)和電力供應(yīng)，它與系統(tǒng)其余部分集成在一起。它可以通過撥號(hào)或因特網(wǎng)進(jìn)行訪問。它有多重防衛(wèi)層以限制對(duì)它的不同功能的訪問，并且為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供定制的報(bào)告和報(bào)警功能。
◆電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能是對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電和放電，并且為本地電網(wǎng)提供改善的供電質(zhì)量、電壓支持和頻率控制。它有一個(gè)能進(jìn)行復(fù)雜而快速地動(dòng)作、多象限、動(dòng)態(tài)的控制器(DSP)，帶有專用控制算法，能夠在設(shè)備的整個(gè)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換輸出，即循環(huán)地從全功率吸收到全功率輸出。對(duì)無(wú)功功率以及有功與無(wú)功功率的任意需求組合，它都能正常工作。
◆鐵鋰電池電堆
電堆是由若干單電池組成。磷酸鐵鐵鋰電池能源存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠經(jīng)濟(jì)地存儲(chǔ)并按照需求提供大規(guī)模電力，主要模式是固定方式。它是一種長(zhǎng)壽命、少維護(hù)、高效率的技術(shù)，支持電力與儲(chǔ)能容量的無(wú)級(jí)擴(kuò)展。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于可再生能源供應(yīng)商、電網(wǎng)企業(yè)和終端用戶尤為有效。
鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠應(yīng)用于電力供應(yīng)價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，可將諸如風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性可再生能源電力轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電力輸出；偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)的最優(yōu)化解決方式；電網(wǎng)固定投資的遞延，以及削峰填谷的應(yīng)用。儲(chǔ)能系統(tǒng)也能夠作為變電站及通信基站提供備用電源得到應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境友好，在所有的儲(chǔ)能技術(shù)中對(duì)于生態(tài)影響程度最低，同時(shí)不以鉛或鎘等元素為主要反應(yīng)物。
◆偏遠(yuǎn)地區(qū)供電
在人煙稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如海島，柴油發(fā)電機(jī)往往作為單一的能量來(lái)源。柴油發(fā)電機(jī)往往因?yàn)樨?fù)載的變化而以非額定功率工作，這使得燃油效率最高降低30%左右
風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電占柴油發(fā)電總量的比例不斷增加，當(dāng)該比例達(dá)到30%左右的時(shí)候，其帶來(lái)的不穩(wěn)定性將直接降低當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的可靠性，應(yīng)當(dāng)限制增加更多的可再生能源發(fā)電。然而通過配置鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，該比例可以實(shí)現(xiàn)100%，而工程的回收期縮短至3年。隨著燃油價(jià)格的上漲，經(jīng)濟(jì)性會(huì)更加顯著。
◆通信基站
通信基站所使用的傳統(tǒng)電池系統(tǒng)往往被用作備用電源，保證每年5-20次左右的短時(shí)或瞬間電力故障，它們不需要頻繁的深度充放電循環(huán)。
5KW-8小時(shí)深度循環(huán)儲(chǔ)能系統(tǒng)的目標(biāo)市場(chǎng)是離網(wǎng)或弱電網(wǎng)區(qū)域的通信基站，將使得這些通信基站實(shí)現(xiàn)重復(fù)循環(huán)或者使用風(fēng)能、太陽(yáng)能等混合系統(tǒng)供電。磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)大大降低了運(yùn)營(yíng)成本、柴油消耗從而延長(zhǎng)了柴油機(jī)壽命并降低了通信基站對(duì)環(huán)境溫度變化的敏感性。
◆削峰填谷
鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在配電端減低用戶能量負(fù)載峰值，這將促進(jìn)電網(wǎng)設(shè)備利用并滿足終端客戶需求。電網(wǎng)負(fù)載系數(shù)從而得到提高。下面的圖表表示在用電高峰時(shí)有選擇性地釋放電力可以實(shí)現(xiàn)顯著地節(jié)約能源。
◆智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是未來(lái)發(fā)達(dá)電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)在其中擁有巨大的市場(chǎng)空間。
隨著磷酸鐵鋰電池技術(shù)的成熟完善和成本日益優(yōu)化，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)是未來(lái)新能源系統(tǒng)與智能電網(wǎng)的重要組成部分，儲(chǔ)能電池是大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵。鋰電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在電力儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
鋰電池電解液配方
1、將碳酸乙烯酯用氯氣氯化合成了氯代碳酸乙烯酯，然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫，制得碳酸亞乙烯酯。氯化反應(yīng)在無(wú)溶劑條件下進(jìn)行，消去反應(yīng)以常用作電解液溶劑的碳酸二甲酯為溶劑，可以防止溶劑的殘留造成對(duì)添加劑的不良影響，同時(shí)選擇2，3，4-三叔丁基苯酚做阻聚劑，兩步反應(yīng)收率75.0％，比文獻(xiàn)值高。
2、用無(wú)水KF與氯代碳酸乙烯酯反應(yīng)制備氟代碳酸乙烯酯，安全成本降低，生產(chǎn)工藝易于控制，以PEG．800為催化劑，單步收率82.5％。
3、將1，3-丙烷磺內(nèi)酯用氯氣氯化合成了2-氯-1，3-丙烷磺內(nèi)脂，然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫，制得1，3-丙烷磺內(nèi)酯，與文獻(xiàn)相比，反應(yīng)路線大大縮短，兩步反應(yīng)收率72.7％。
鋰離子電池電解液添加劑
1、含硼添加劑
含硼化合物經(jīng)常作為添加劑應(yīng)用到不同正極材料的鋰離子電池中，在電池循環(huán)過程中，很多含硼化合物會(huì)在正極表面形成保護(hù)膜，來(lái)穩(wěn)定電極/電解液之間的界面，從而提高鋰電池性能。
2、有機(jī)磷添加劑
除了亞磷酸酯類添加劑，目前所用的有機(jī)磷類添加劑還包括磷酸酯類化合物。XIA等將三烯丙基磷酸酯(TAP)添加劑應(yīng)用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全電池中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有TAP存在時(shí)會(huì)顯著提高庫(kù)侖效率，長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)后，仍然具有很高的容量保持。
3、碳酸酯類添加劑
含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)具備疏水性與疏油性的特性，當(dāng)PFA添加到有機(jī)溶劑中，疏溶劑的PFA會(huì)凝聚到一起形成膠團(tuán)。鋰電池在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)過程中性能明顯提高，這主要是因?yàn)樘砑觿┰谘h(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜，同時(shí)減少電極表面的降解與電解液的氧化分解。
解液由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機(jī)溶劑和必要的添加劑等原料組成，對(duì)電池的比容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等至關(guān)重要。電解液占鋰電池成本為5-15%，產(chǎn)品毛利率在25-30%。電解質(zhì)鋰鹽主要是六氟磷酸鋰，占電解液的成本40%。從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，隨著國(guó)產(chǎn)六氟磷酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)及一致性的提升，出口比例將大幅增加。
以上就是鋰電池電解液配方和鋰離子電解液添加劑介紹，由于鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，形形色色的鋰電池對(duì)其電解液的要求也必然有所不同。
◆控制系統(tǒng)
磷酸鐵鋰電池能量存儲(chǔ)系統(tǒng)由可編程邏輯控制器(PLC)和人機(jī)界面(HMI)進(jìn)行控制。PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一是控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電時(shí)間和速率通過標(biāo)準(zhǔn)化的通信輸入、控制信號(hào)和電力供應(yīng)，它與系統(tǒng)其余部分集成在一起。它可以通過撥號(hào)或因特網(wǎng)進(jìn)行訪問。它有多重防衛(wèi)層以限制對(duì)它的不同功能的訪問，并且為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供定制的報(bào)告和報(bào)警功能。
◆電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能是對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電和放電，并且為本地電網(wǎng)提供改善的供電質(zhì)量、電壓支持和頻率控制。它有一個(gè)能進(jìn)行復(fù)雜而快速地動(dòng)作、多象限、動(dòng)態(tài)的控制器(DSP)，帶有專用控制算法，能夠在設(shè)備的整個(gè)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換輸出，即循環(huán)地從全功率吸收到全功率輸出。對(duì)無(wú)功功率以及有功與無(wú)功功率的任意需求組合，它都能正常工作。
◆鐵鋰電池電堆
電堆是由若干單電池組成。磷酸鐵鐵鋰電池能源存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠經(jīng)濟(jì)地存儲(chǔ)并按照需求提供大規(guī)模電力，主要模式是固定方式。它是一種長(zhǎng)壽命、少維護(hù)、高效率的技術(shù)，支持電力與儲(chǔ)能容量的無(wú)級(jí)擴(kuò)展。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于可再生能源供應(yīng)商、電網(wǎng)企業(yè)和終端用戶尤為有效。
鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠應(yīng)用于電力供應(yīng)價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，可將諸如風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性可再生能源電力轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電力輸出；偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)的最優(yōu)化解決方式；電網(wǎng)固定投資的遞延，以及削峰填谷的應(yīng)用。儲(chǔ)能系統(tǒng)也能夠作為變電站及通信基站提供備用電源得到應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境友好，在所有的儲(chǔ)能技術(shù)中對(duì)于生態(tài)影響程度最低，同時(shí)不以鉛或鎘等元素為主要反應(yīng)物。
◆偏遠(yuǎn)地區(qū)供電
在人煙稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如海島，柴油發(fā)電機(jī)往往作為單一的能量來(lái)源。柴油發(fā)電機(jī)往往因?yàn)樨?fù)載的變化而以非額定功率工作，這使得燃油效率最高降低30%左右
風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電占柴油發(fā)電總量的比例不斷增加，當(dāng)該比例達(dá)到30%左右的時(shí)候，其帶來(lái)的不穩(wěn)定性將直接降低當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的可靠性，應(yīng)當(dāng)限制增加更多的可再生能源發(fā)電。然而通過配置鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，該比例可以實(shí)現(xiàn)100%，而工程的回收期縮短至3年。隨著燃油價(jià)格的上漲，經(jīng)濟(jì)性會(huì)更加顯著。
◆通信基站
通信基站所使用的傳統(tǒng)電池系統(tǒng)往往被用作備用電源，保證每年5-20次左右的短時(shí)或瞬間電力故障，它們不需要頻繁的深度充放電循環(huán)。
5KW-8小時(shí)深度循環(huán)儲(chǔ)能系統(tǒng)的目標(biāo)市場(chǎng)是離網(wǎng)或弱電網(wǎng)區(qū)域的通信基站，將使得這些通信基站實(shí)現(xiàn)重復(fù)循環(huán)或者使用風(fēng)能、太陽(yáng)能等混合系統(tǒng)供電。磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)大大降低了運(yùn)營(yíng)成本、柴油消耗從而延長(zhǎng)了柴油機(jī)壽命并降低了通信基站對(duì)環(huán)境溫度變化的敏感性。
◆削峰填谷
鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在配電端減低用戶能量負(fù)載峰值，這將促進(jìn)電網(wǎng)設(shè)備利用并滿足終端客戶需求。電網(wǎng)負(fù)載系數(shù)從而得到提高。下面的圖表表示在用電高峰時(shí)有選擇性地釋放電力可以實(shí)現(xiàn)顯著地節(jié)約能源。
◆智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是未來(lái)發(fā)達(dá)電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)在其中擁有巨大的市場(chǎng)空間。
隨著磷酸鐵鋰電池技術(shù)的成熟完善和成本日益優(yōu)化，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)是未來(lái)新能源系統(tǒng)與智能電網(wǎng)的重要組成部分，儲(chǔ)能電池是大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵。鋰電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在電力儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
鋰電池電解液配方
1、將碳酸乙烯酯用氯氣氯化合成了氯代碳酸乙烯酯，然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫，制得碳酸亞乙烯酯。氯化反應(yīng)在無(wú)溶劑條件下進(jìn)行，消去反應(yīng)以常用作電解液溶劑的碳酸二甲酯為溶劑，可以防止溶劑的殘留造成對(duì)添加劑的不良影響，同時(shí)選擇2，3，4-三叔丁基苯酚做阻聚劑，兩步反應(yīng)收率75.0％，比文獻(xiàn)值高。
2、用無(wú)水KF與氯代碳酸乙烯酯反應(yīng)制備氟代碳酸乙烯酯，安全成本降低，生產(chǎn)工藝易于控制，以PEG．800為催化劑，單步收率82.5％。
3、將1，3-丙烷磺內(nèi)酯用氯氣氯化合成了2-氯-1，3-丙烷磺內(nèi)脂，然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫，制得1，3-丙烷磺內(nèi)酯，與文獻(xiàn)相比，反應(yīng)路線大大縮短，兩步反應(yīng)收率72.7％。
鋰離子電池電解液添加劑
1、含硼添加劑
含硼化合物經(jīng)常作為添加劑應(yīng)用到不同正極材料的鋰離子電池中，在電池循環(huán)過程中，很多含硼化合物會(huì)在正極表面形成保護(hù)膜，來(lái)穩(wěn)定電極/電解液之間的界面，從而提高鋰電池性能。
2、有機(jī)磷添加劑
除了亞磷酸酯類添加劑，目前所用的有機(jī)磷類添加劑還包括磷酸酯類化合物。XIA等將三烯丙基磷酸酯(TAP)添加劑應(yīng)用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全電池中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有TAP存在時(shí)會(huì)顯著提高庫(kù)侖效率，長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)后，仍然具有很高的容量保持。
3、碳酸酯類添加劑
含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)具備疏水性與疏油性的特性，當(dāng)PFA添加到有機(jī)溶劑中，疏溶劑的PFA會(huì)凝聚到一起形成膠團(tuán)。鋰電池在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)過程中性能明顯提高，這主要是因?yàn)樘砑觿┰谘h(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜，同時(shí)減少電極表面的降解與電解液的氧化分解。
解液由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機(jī)溶劑和必要的添加劑等原料組成，對(duì)電池的比容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等至關(guān)重要。電解液占鋰電池成本為5-15%，產(chǎn)品毛利率在25-30%。電解質(zhì)鋰鹽主要是六氟磷酸鋰，占電解液的成本40%。從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，隨著國(guó)產(chǎn)六氟磷酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)及一致性的提升，出口比例將大幅增加。
以上就是鋰電池電解液配方和鋰離子電解液添加劑介紹，由于鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，形形色色的鋰電池對(duì)其電解液的要求也必然有所不同。
