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Ventajas y desventajas de las baterías de plomo y carbono
- Jul 24, 2018 -

En el campo de las aplicaciones de almacenamiento de energía a escala de red y los vehículos híbridos, las baterías generalmente necesitan circular en condiciones de alta densidad de corriente, es decir, altas tasas de carga y descarga, de modo que las baterías de plomo-ácido a menudo fallan debido a la sulfatación del ánodo, que afecta mucho el ácido de plomo. Duración de la batería. La batería de plomo-carbono se basa en la batería de plomo-ácido tradicional, que aumenta considerablemente la vida útil de la batería de plomo-ácido.

Rendimiento de la batería de carbón de plomo

El tiempo de carga de la batería de plomo-carbono es un octavo del de la batería de plomo-ácido, y la vida del ciclo es más de cuatro veces mayor que la de la batería de plomo-ácido. Comparado con la batería de litio, también tiene las ventajas del rendimiento a baja temperatura, bajo costo, producción madura y proceso de reciclaje, etc. El rendimiento también ha mejorado mucho, y la aplicación industrial de baterías de plomo y carbón en el campo del almacenamiento de energía ha comenzado madurar.

Yang Yusheng, académico de la Academia de Ciencias de China, cree que las baterías de carbón de plomo se han aplicado con éxito a microrredes urbanas, centrales de almacenamiento de energía eólica, luces de circuito de viento, etc. debido a sus importantes ventajas, como el bajo costo, la seguridad y la facilidad disponibilidad de materias primas, confiabilidad y tecnología industrial madura. Proporcionando energía cinética para varios vehículos eléctricos es una batería de almacenamiento de energía que se ajusta al diseño industrial y nivel de fabricación de China.

Composición de la batería de carbón de plomo

La batería de plomo-carbono es una batería de plomo-ácido capacitiva especial. La unidad de batería de plomo-ácido tradicional está compuesta de una placa positiva de dióxido de plomo y una placa negativa de plomo de esponja, mientras que el supercondensador asimétrico está hecho de un electrodo positivo de dióxido de plomo. La placa y la placa de carbono negativo están compuestas. Dado que los dos tienen una placa positiva común, se pueden combinar en el mismo sistema de batería, es decir, se forma una batería de plomo llamada carbono. La Figura 1 muestra la evolución y los cambios en la estructura de las baterías de plomo-ácido tradicionales a las baterías de plomo y carbono.

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Como se puede ver en la Figura 1, la batería de carbón de plomo incorpora un material de carbono en el electrodo negativo en comparación con una batería de plomo ácido convencional. La adición de material de carbono acelera la conversión de materiales activos durante el proceso de conversión. Se forma un nuevo centro activo en la superficie del carbón activado, que reduce la polarización durante el proceso de carga de la placa e inhibe el crecimiento de partículas de sulfato de plomo, lo que es beneficioso para la reducción del sulfato de plomo. Por lo tanto, agregar una cantidad apropiada de carbono a la batería de plomo-ácido puede inhibir eficazmente la acumulación de cristales de sulfato de plomo en la superficie del electrodo negativo, ralentizar la tendencia a la sulfatación y aumentar significativamente la duración del ciclo de la batería.

Al mismo tiempo, en el proceso de carga y descarga de alta velocidad, el supercondensador puede suministrar y absorber rápidamente la carga y desempeñar el papel de un amortiguador. Por lo tanto, la cooperación con el supercondensador aumenta la potencia de la batería y prolonga la vida útil de la batería.

Sistema de almacenamiento de energía

En el sistema de almacenamiento de energía, además de la aplicación de la batería, también están involucrados un sistema de administración de batería (BMS) y un sistema de control de proceso (PCS). BMS se usa principalmente para estimar el estado de carga del paquete de baterías de energía, es decir, la energía restante de la batería; El monitoreo dinámico durante la carga y descarga de la batería es una tecnología clave en el sistema de administración de energía de la batería. La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de un sistema de gestión de operación de la planta de energía de almacenamiento de energía.

 

 

   Cuando la central de almacenamiento de energía coopera con la generación de energía conectada a la red fotovoltaica, el módulo fotovoltaico primero convierte la energía de la luz en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico del panel solar, luego carga la batería y convierte la corriente continua en corriente alterna para suministrar la carga a través del inversor; BMS Según el cambio de intensidad y carga de la luz solar, el estado de carga y descarga de la batería se ajusta en tiempo real, de modo que todo el sistema mantiene la continuidad y la estabilidad.

 

La batería juega un papel importante en la regulación de la energía y el equilibrio de la carga en todo el sistema de almacenamiento de energía. Convierte la energía eléctrica en energía química cuando se usa en un valle bajo, por lo que puede usarse cuando la potencia es insuficiente. La batería de plomo y carbono tiene una mejor capacidad de carga y descarga (después de 100% de descarga profunda, está cargada con un límite constante de corriente de voltaje de 2.35V / unidad 0.15C10 (A) por 10 horas, y la carga es más del 98% del electricidad descargada); Autodescarga; y una vida útil esperada del 70% del DOD de 4.000 veces, características reciclables, lo que hace que las baterías de plomo y carbono sean más ventajosas que los sistemas convencionales de ahorro de energía en comparación con las baterías de plomo tradicionales.

Análisis de costos de la batería de carbón de plomo

Según el análisis de la primera parte, la batería de plomo-carbono es un nuevo tipo de batería de plomo-ácido producida por la combinación de la batería de plomo-ácido tradicional y el supercondensador. Además, en la práctica, el costo y el precio de la batería de plomo-carbono se ven afectados por una serie de precios de los factores. Incluyendo: el precio y el suministro del carbono activado, las fluctuaciones del precio del plomo, los precios de los condensadores y otros factores, como los aditivos grafeno.

 

   Como se puede ver en la Figura 4, en la segunda mitad de 2016, el precio del carbón activado cayó primero y luego se recuperó lentamente. El análisis en el informe anterior de esta serie puede ser sabido que el precio de los recursos de plomo en general ha sido relativamente estable en los últimos años, pero el precio ha aumentado en los últimos seis meses. La tendencia específica se muestra en la Figura 5.

Desde la perspectiva del impacto de varias materias primas, en teoría, el precio del plomo en las baterías de carbón está determinado en gran medida por el precio del plomo. La elasticidad de la demanda de plomo es pequeña, y es probable que la fluctuación del precio del plomo aumente el costo de las baterías de plomo y carbono. Por otro lado, la compañía generalmente tiene vínculos de precios con los clientes intermedios, y existe un desfase temporal, por lo que las fluctuaciones en los precios del plomo también pueden generar beneficios para ambas partes. En cuanto al grafeno con buena conductividad y ductilidad, en comparación con el carbón activado, debido a su alto precio, la demanda de grafeno es más flexible para las baterías de plomo-carbono, y es más común en el proceso de procesamiento. Se agrega una cierta cantidad de carbón activado para mejorar el rendimiento de la batería de plomo-ácido convencional.

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Debido al uso de la tecnología de plomo-carbono, el rendimiento de las baterías de plomo-carbono es muy superior al de las baterías de plomo tradicionales, y al mismo tiempo tiene una ventaja de precio bajo y una base de fabricación industrial madura similar a las baterías de plomo tradicionales, y es extremadamente fuerte en varios campos de aplicación. Ventaja competitiva.

Comparado

En el campo actual del almacenamiento de energía, los métodos de almacenamiento de químicos con una amplia gama de aplicaciones y preocupaciones tienen baterías de iones de litio además de las baterías de plomo y carbono. Además, el almacenamiento por bombeo es uno de los métodos de almacenamiento de energía física más usados y maduros en el mundo. Luego, compare y analice estos tres métodos de almacenamiento de energía.

Batería de carbón de plomo

Dado que la batería de plomo de carbono se desarrolla en la batería de plomo-ácido tradicional, tiene muchas ventajas: una se carga rápidamente, lo que aumenta la velocidad de carga en 8 veces; el segundo es que la potencia de descarga aumenta 3 veces; el tercero es que la vida del ciclo se incrementa a 6 veces. La cantidad de ciclos de carga es hasta 2000 veces; el cuarto es rentable, que es más alto que el precio de las baterías de plomo-ácido, pero la vida de reciclaje se mejora mucho; el quinto es seguro y estable, y puede ser ampliamente utilizado en diversos campos de energía y ahorro de energía. . A medida que aumenta la producción, el costo de las baterías de plomo-carbono disminuye aún más con el aumento en el efecto de escala, y las perspectivas futuras de la aplicación son más amplias.

Batería de iones de litio

Otro método de almacenamiento de energía química correspondiente a una batería de carbón de plomo es una batería de iones de litio. Las baterías de iones de litio tienen las ventajas de alta densidad de energía, vida útil prolongada, baja tasa de autodescarga y protección del medio ambiente, y se utilizan principalmente en las industrias actuales de portátiles y teléfonos móviles. Debido a sus propias ventajas, las baterías de iones de litio también son una opción ideal para sistemas de almacenamiento de energía a gran escala en el futuro.

En futuras aplicaciones, las baterías de iones de litio siguen teniendo problemas en términos de seguridad, ciclo de vida, costo y rango de temperatura de operación. A diferencia de otras baterías recargables, la capacidad de una batería de iones de litio disminuirá lentamente, dependiendo de la cantidad de usos y la temperatura. Este fenómeno de descomposición puede expresarse como una disminución de la capacidad o como un aumento de la resistencia interna.

A pesar de la promoción de las aplicaciones de la batería de energía, la tecnología y el costo de la batería de litio han mejorado mucho, pero el costo actual de las baterías de litio es aún más de tres veces mayor que el de las baterías de carbón con plomo. En el campo del almacenamiento de energía, además de los centros de datos de alta gama y escenarios de uso donde el peso de las baterías de almacenamiento de energía es estrictamente limitado, actualmente hay muy pocos proyectos comerciales que utilicen baterías de litio para el almacenamiento de energía.

Almacenamiento de energía bombeada

El almacenamiento de agua bombeada es el método de almacenamiento de energía más utilizado y más maduro en el mundo de hoy. Pertenece al almacenamiento de energía física. La energía de almacenamiento bombeado es una forma de almacenar energía eléctrica en energía potencial gravitacional cuando se bombea agua desde la piscina inferior al depósito superior durante el período de baja carga de energía. La eficiencia general está entre 70% y 85%, y se aplica al llenado máximo del sistema de potencia. Valley, FM, modulación de fase, respaldo de emergencia, etc. Sin embargo, el establecimiento de la energía de almacenamiento por bombeo depende en gran medida de la elección de la ubicación geográfica, por lo que se limitará en el futuro desarrollo y aplicación.

Concepción de plataforma de gestión de almacenamiento de energía

  Una estación de almacenamiento de energía de 12MWh se cobra por 8 horas por día durante el período de electricidad del valle. La profundidad de carga y descarga se calcula de acuerdo con el 80% y la carga diaria promedio es de 9300kWh. La carga y la descarga acumuladas se mantienen estables. Durante el período pico de electricidad, se descargó durante 8 horas, la descarga diaria promedio fue de 8400 kWh, la eficiencia de carga y descarga alcanzó 90.51% y el cálculo financiero se basó en 85%. El precio máximo de la electricidad es de 1.05 puntos, el precio de la electricidad del valle es de 0.31 yuanes, y el ingreso diario es de 5938.03 yuanes. Según 360 días, el ingreso anual es 2.137.691 yuanes.

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Los datos de ejecución reales han alcanzado el estándar de datos de diseño. En la actualidad, la batería de almacenamiento tiene una profundidad de descarga del 70%, pero la batería puede cumplir totalmente con la operación del 80% de DOD. De acuerdo con este cálculo, la batería se carga durante 8 horas por día, y la carga diaria promedio es de 10666.7kWh. Durante el período pico de electricidad, la batería se descargó durante 8 horas, y la descarga diaria promedio fue de 9600 kWh; la eficiencia de carga y descarga fue del 90%. Combinado con la diferencia de precio de la electricidad de pico a valle existente, el ingreso diario promedio es de aproximadamente 6773.33 yuanes, que es 14% más alto que el 70% de carga y descarga. De acuerdo con la operación de 360 días, el ingreso anual es de aproximadamente 2,448,400 yuanes, y el ingreso se incrementa en un 14%.

El aumento esperado en los ingresos se debe principalmente a la mejora de la eficiencia de carga y descarga. El número de veces que se carga es actualmente 6.000 veces, sin atenuación significativa, el 70% del DOD ha tenido en cuenta la posibilidad de atenuación y no ha alcanzado el límite después de la reducción en el futuro. 80% es fin de vida y cumple con los estándares internacionales.


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