|
12.1.2. Электрохимические накопители энергии
(аккумуляторы) и электрохимические генераторы
(топливные элементы)
Они используют электрическую энергию для осуществления хи-
мических реакций, преобразующих её в химическую энергию в режиме
«заряд», и возвращают в том же виде – в виде электрической энергии в
режиме «разряд». При этом изменяется состав вещества электродов и
расходуется электролит. Такие накопители называются «аккумулятора-
ми», а объединённые в группы – «аккумуляторными батареями».
По режиму использования аккумуляторы (прежде всего мощные)
подразделяются на два больших класса: так называемые тяговые и стар-
товые. Тяговые аккумуляторы ориентированы на относительно равно-
мерный разряд в течение достаточно длительного времени, когда пара-
метры разряда сравнимы с током и временем зарядки, а глубина может
быть достаточно большой – прежде всего это аккумуляторы для элек-
тротранспорта и электроинструмента. Стартовые, наоборот, способны
выдать очень большой ток в течение короткого времени, но при штат-
ной эксплуатации не должны испытывать глубокий разряд. Менее жёст-
кие условия разряда тяговых аккумуляторов позволяют несколько об-
легчить их конструкцию и увеличить удельную ёмкость по сравнению
со стартовыми.
На начальных этапах применения накопителей в ЭЭС наиболее
широко распространённые в различных технических сферах свинцовые
аккумуляторы не нашли применения вследствие их дороговизны. По-
следующие усилия были направлены на поиск других реакций и, соот-
ветственно, других, более дешевых реагентов: цинка, натрия, серы и
т. д. В настоящее время рядом зарубежных фирм начат выпуск и осуще-
ствляется довольно масштабное практическое применение в энергетике
аккумуляторных батарей большой энергоёмкости (АББЭ), табл. 12.1.
Электрохимические накопители имеют достаточно большой КПД
(65–70 %) и удельную энергоёмкость (200–300 кВт·ч/м
3
); срок службы у
перспективных моделей прогнозируется на уровне 20 лет.
К недостаткам электрохимических аккумуляторов следует отнести
ограниченное число циклов «заряд-разряд» (в большинстве случаев – 1–2
тысячи), чувствительность к температуре, длительное время заряда, ино-
гда в десятки раз превышающее время разряда, недопустимость глубоко-
го разряда для свинцовых аккумуляторов и, наоборот, необходимость
выполнения полного цикла «заряд-разряд» для металл-гидритных и мно-
гих других типов аккумуляторов. Время хранения заряда также обычно
довольно ограниченно – от нескольких суток до нескольких месяцев.
291
Таблица 12.1
Опыт применения аккумуляторных батарей большой энергоёмкости
Тип
электролита
Объект
Мощ-
ность,
МВт
Время
работы,
мин
Год уста-
новки
Серно-
кислотный
1. BEWAG, электроснабжение За-
падного Берлина.
2. Резервирование и поддержание
частоты маломощной сети Пуэрто-
Рико.
3. Чинно (Калифорния), различные
объекты для исследования воз-
можностей регулирования нагруз-
ки, частоты, напряжения и реак-
тивной мощности
8,5
20,0
10,0
20
15
240
1990
1998
1986
Никель-
кадмиевый
GVEA, обеспечение бесперебойного
электроснабжения прибрежных рай-
онов Аляски вблизи г. Анкоридж
40,0 15 2003
Серно-
натриевый
Ветряная станция Rokkacho, Япония.
Всего внедрено 100 объектов
34,0 600
2008
(самый
крупный)
Цинк-
бромный
ПС Detroit Edison Site, Мичиган. Для
поддержания напряжения собствен-
ных нужд
0,4 480 2001
Ванадий-
редоксный
Один из крупных высокотехноло-
гичных заводов в Японии. Выравни-
вание графика нагрузок
1,5 60 2001
Эти недостатки могут быть нивелированы при создании энергети-
ческого комплекса, включающего электрохимический накопитель энер-
гии и электрохимический генератор (ЭХГ). Электрохимический гене-
ратор – это энергокомплекс, включающий системы подготовки топлива,
кондиционирования, вывода энергии, утилизации отходов и т. д. Клю-
чевым элементом, «сердцем» такого генератора является собственно
преобразователь энергии – топливный элемент (ТЭ), представляющий
собой гальванический элемент, в котором электрическая энергия выра-
батывается за счет протекания окислительно-восстановительных пре-
вращений реагентов, поступающих извне (запатентован в первой поло-
вине XIX в.). Он осуществляет прямое превращение энергии топлива в
электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями,
процессы горения (биохимики установили, что биологический водород-
но-кислородный топливный элемент «вмонтирован» в каждую живую
клетку). ТЭ можно отнести к химическим накопителям энергии, т. к. с
292
его помощью в электроэнергию, потребную в период максимума на-
грузки, превращается синтетическое топливо, произведённое за счёт ис-
пользования электроэнергии в период минимума нагрузки (например,
водород, полученный электролизом). Этот способ накопления энергии
очень привлекателен независимостью этапов накопления энергии («за-
ряд») и её использования («разряд»), высокой удельной ёмкостью запа-
саемой в топливе энергии и возможностью длительного её хранения.
Наиболее отработанными и перспективными на сегодня считают-
ся водородно-кислородные элементы с протонообменной мембраной, в
которых протекает реакция
2H
2
+ O
2
→ 2H
2
O + электричество + тепло.
Видно, что результирующая реакция такая же, что и при обычном
горении, но в топливном элементе получается электрический ток с
большой эффективностью и частично тепло. Принцип их работы пояс-
няет рис. 12.3.
Do'stlaringiz bilan baham: |
