Аккумуляторы в промышленности (2 часть)
Стационарные батареи
Традиционно стационарные батареи были свинцово-кислотными, они хорошо подходят для работы, требующей периодических разрядов. Размер и вес имеют меньшее значение, а ограниченное количество циклов не представляет проблемы при редком разряде. Однако большие стационарные аккумуляторы требуют регулярной проверки уровня электролита.
Области применения, которые подвергаются воздействию высоких и низких температур, а также те, которые требуют глубокого циклирования, часто обслуживаются никель-кадмиевыми аккумуляторами. Эти батареи более прочные, чем свинцово-кислотные, но стоят примерно в четыре раза дороже. NiCd — единственный тип аккумулятора, который можно быстро заряжать с минимальным напряжением.
Многие стационарные аккумуляторы также работают на Li-Ion технологии, она хорошо подходит для малых и средних систем, обеспечивающих кратковременную разрядку с возможностью быстрой зарядки несколько раз в день. К сожалению, при всех своих преимуществах, литий-ионный аккумулятор не эффективен при низких температурах, в отличие от никель-кадмиевого и свинцово-кислотного.
Еще одна батарея, которая возвращается в использование в качестве стационарного источника тока, — никель-железная. Изобретатель Томас Эдисон продвигал NiFe аккумулятор для электромобиля, но в конечном итоге тот проиграл свинцово-кислотному из-за высокой стоимости и высокого саморазряда. Спустя время некоторые из этих недостатков были устранены, а превосходная долговечность этой батареи вызвала новый интерес.
Системы накопления энергии
Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, не обеспечивают постоянного энергетического потока и не всегда покрывают потребности потребителя. Для их бесперебойного обслуживания необходимы большие системы накопления энергии (Energy storage systems или ESS), их ещё называют системами выравнивания нагрузки или сетевыми аккумуляторными батареями.
ESS имеет большие шансы стать альтернативой, которая поможет перейти от угля и нефти к возобновляемым источникам энергии.
Также накопителями энергии служат маховики: они раскручиваются большими электродвигателями, когда имеется избыточная энергия, и отдают её обратно в случае необходимости.
Система выравнивания нагрузки тяготеет к литий-ионным аккумуляторам из-за небольшой занимаемой ими площади, низких эксплуатационных расходов и длительного срока службы. В случае неполной зарядки Li-ion батарея не страдает от сульфатации, в отличие от той же свинцово-кислотной. Преимущество литий-ионных аккумуляторов в данном случае заключается ещё и в достаточной портативности для установки в отдалённой местности. Минусы всё те же: высокая цена и низкая производительность при низких температурах.
Совместно с аккумуляторами используется система управления батареями (BMS), которая поддерживает уровень заряда около 50%, что позволяет поглощать энергию порывов ветра и обеспечивать высокую нагрузку. Современные BMS могут переключаться с заряда на разряд менее чем за секунду, что помогает стабилизировать напряжение на линиях передачи.
При растущем выборе аккумуляторов для ESS выбор должен основываться не только на цене. Стоимость за кВтч мало что говорит без учета общей стоимости владения, которая включает стоимость за цикл, долговечность и возможную замену.
В таблице ниже приведено сравнение стоимости свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов для энергосистем.
| Критерии | Свинцово-кислотные | Литий-Ионные |
| Начальная стоимость | $20,000 | $52,000 |
| Количество циклов заряда-разряда | 500 при глубине разряда 50% | 1,900 при глубине разряда 90% |
| Итоговая цена за цикл | $40 | $28 |
Но не все системы возобновляемых источников энергии используют батареи для выравнивания нагрузки. При поддержке аккумуляторов ветряная электростанция мощностью 30 МВт использует аккумуляторную батарею мощностью около 15 МВт. Это эквивалентно 20 тыс. стартерных аккумуляторов или 176 электромобилям Tesla S 85 с аккумулятором на 85 кВтч каждый. Стоимость хранения энергии в такой батарее может удваивать стоимость прямого источника питания.
Итоги
Область применения аккумуляторов, безусловно, широка. Однако каждый тип ячейки имеет свои недостатки в силу своего химического состава, что ограничивает их полноценное использование в качестве безопасной и дешёвой альтернативы сжигаемому топливу. Несмотря на определённые особенности, аккумуляторы уже являются неотъемлемой частью современной промышленности и делают свой вклад в развитие более экологичных технологий будущего.