78
СЕТИ
РОССИИ
ВВЕДЕНИЕ
В
статье
проведено
сравне
-
ние
технических
и
экономических
характеристик
конкретных
типов
аккумуляторных
батарей
(
АБ
),
при
-
меняемых
в
составе
сетевых
на
-
копителей
энергии
(
СНЭ
).
Описаны
наиболее
подходящие
для
этой
цели
и
присутствующие
в
настоящий
мо
-
мент
на
отечественном
рынке
типы
стационарных
АБ
промышленного
назначения
:
свинцово
-
кислотные
,
литий
-
ионные
и
никель
-
солевые
.
АБ
указанных
типов
отличаются
друг
от
друга
по
количеству
циклов
заряда
/
разряда
,
коэффициенту
полезного
действия
,
сроку
службы
,
энергоём
-
кости
,
энергоплотности
,
конструк
-
тивному
исполнению
,
диапазону
эксплуатационных
температур
,
эко
-
логичности
,
удельной
стоимости
и
другим
характеристикам
.
СВИНЦОВО
-
КИСЛОТНЫЕ
АБ
Данный
тип
АБ
является
самым
распространённым
ввиду
своей
де
-
шевизны
,
отработанной
технологии
производства
и
большому
опыту
эксплуатации
.
Отрицательным
свойством
свин
-
цово
-
кислотных
батарей
является
относительно
малый
ресурс
по
ко
-
личеству
циклов
заряда
-
разряда
—
1000—1200
циклов
при
глубине
разряда
80%.
За
сутки
АБ
в
накопи
-
теле
в
среднем
проходит
через
один
цикл
заряда
/
разряда
,
следователь
-
но
,
ресурс
по
количеству
циклов
является
определяющим
фактором
,
влияющим
на
срок
службы
батареи
,
который
составляет
для
свинцово
-
кислотных
АБ
примерно
3—5
лет
.
Конструкция
данного
типа
АБ
оп
-
тимизирована
для
работы
в
поме
-
щениях
с
температурой
20
о
С
.
Увели
-
чение
температуры
на
каждые
10
о
С
приводит
к
сокращению
срока
служ
-
бы
в
2
раза
.
При
температурах
мень
-
ше
20
о
С
срок
службы
аккумуляторов
не
увеличивается
,
но
и
не
уменьша
-
ется
,
если
аккумуляторы
не
подвер
-
гаются
интенсивным
разрядам
.
Ввиду
большой
чувствительно
-
сти
свинцово
-
кислотных
АБ
к
глу
-
бине
разряда
,
малому
ресурсу
по
количеству
циклов
и
большому
вре
-
мени
заряда
(
зарядный
ток
— 0,1
С
)
для
увеличения
срока
службы
АБ
не
допускается
глубокий
разряд
,
вслед
-
ствие
чего
заявленная
ёмкость
ба
-
тареи
используется
не
полностью
,
что
снижает
экономический
эффект
от
использования
СНЭ
.
Аккумуляторы
данного
типа
по
-
ставляются
без
встроенного
заряд
-
ного
устройства
и
системы
контроля
состояния
и
управления
.
В
отличие
от
других
типов
АБ
,
свинцово
-
кис
-
лотная
батарея
обычно
использу
-
ется
,
когда
требования
к
весу
не
критические
,
а
стоимость
батареи
должна
быть
минимальной
.
о
б
о
р
у
д
о
в
а
н
и
е
оборудование
Сравнение
аккумуляторных
батарей различного
типа для применения
в сетевых
накопителях энергии
Илья ТИМОНИН, главный специалист
отдела региональных консультантов ОАО «ВНИИР»
79
№
2 (23),
март
–
апрель
, 2014
ЛИТИЙ
-
ИОННЫЕ
АБ
Для
данного
типа
аккумулято
-
ров
характерны
высокая
энерго
-
ёмкость
,
глубокие
циклы
заряда
/
разряда
(70—80%),
отсутствие
эффекта
памяти
.
В
то
же
время
ресурс
и
стоимость
таких
аккуму
-
ляторов
зависят
от
типа
электро
-
химических
систем
,
применяемых
на
катоде
и
аноде
,
а
также
от
тем
-
пературы
и
режимов
эксплуата
-
ции
.
Несмотря
на
высокие
удель
-
ные
характеристики
,
до
середины
2000-
х
годов
литий
-
ионные
акку
-
муляторы
применялись
в
основ
-
ном
в
портативных
электронных
устройствах
.
Главные
преимущества
литие
-
во
-
ионного
типа
аккумуляторов
—
высокая
удельная
ёмкость
,
относи
-
тельно
большое
количество
циклов
заряда
/
разряда
и
относительно
низкий
саморазряд
.
Основными
их
недостатками
являются
высокая
стоимость
и
малый
диапазон
рабо
-
чих
температур
.
Минусы
литий
-
ионных
батарей
при
применении
их
в
накопителях
энергии
заключаются
в
необходи
-
мости
сложной
системы
контроля
заряда
и
напряжения
на
каждом
аккумуляторе
в
батарее
,
а
также
невозможности
подключения
бо
-
лее
четырёх
линеек
аккумулято
-
ров
в
параллель
,
что
ограничива
-
ет
максимальную
мощность
СНЭ
.
Ограничение
на
толщину
электро
-
дов
усложняет
дизайн
и
конструк
-
цию
банок
батареи
[1].
Недостат
-
ком
данного
типа
АБ
является
отсутствие
на
данный
момент
на
отечественном
рынке
батарей
горизонтального
конструктивно
-
го
исполнения
,
которое
является
более
удобным
при
установке
ак
-
кумуляторов
в
грузовых
контейне
-
рах
.
НИКЕЛЬ
-
СОЛЕВЫЕ
АБ
Никель
-
солевые
АБ
стали
доступ
-
ны
для
коммерческого
применения
с
1995
г
. [2],
эти
батареи
имеют
вы
-
сокие
показатели
удельной
энерго
-
ёмкости
,
цикличности
и
стойкости
к
высоким
и
низким
температурам
(
от
-40°
С
до
+60°
С
).
Производятся
из
обыкновенной
поваренной
соли
,
керамики
и
никеля
.
Данные
батареи
герметичные
и
относительно
ком
-
пактные
в
сравнении
с
традицион
-
ными
свинцовыми
аккумуляторами
.
Расчётный
ресурс
службы
дан
-
ного
типа
АБ
—
около
4500
циклов
(
около
2500
циклов
до
снижения
емкости
до
80%).
Снижение
ёмко
-
сти
имеет
прямолинейную
нисходя
-
щую
характеристику
(
то
есть
они
не
подвержены
внезапному
падению
ёмкости
,
как
,
например
,
свинцо
-
во
-
кислотные
батареи
).
Данные
ба
-
тареи
имеют
высокие
показатели
удельной
энергоёмкости
и
энерго
-
плотности
.
Этот
тип
батарей
имеет
встро
-
енную
систему
контроля
состояния
и
управления
,
содержащую
внутри
себя
зарядное
устройство
,
что
упро
-
щает
процесс
проектирования
и
на
-
ладки
СНЭ
.
К
отрицательным
характеристи
-
кам
никель
-
солевых
батарей
стоит
отнести
функционирование
только
при
высокой
температуре
электро
-
лита
.
Как
следствие
,
температура
на
поверхности
корпуса
батареи
выше
температуры
окружающей
среды
,
большой
объём
батареи
за
-
нимает
теплоизоляция
.
Для
запуска
батареи
с
холодным
электролитом
необходимо
разогреть
электролит
до
рабочей
температуры
—
около
300
о
С
.
Время
разогрева
может
со
-
ставлять
сутки
.
Вследствие
глубокой
просадки
напряжения
при
разряде
,
в
СНЭ
с
никель
-
солевой
АБ
может
быть
не
-
обходим
двухступенчатый
преобра
-
зователь
,
что
снижает
общий
КПД
накопителя
,
однако
данный
недо
-
статок
может
быть
преодолён
при
использовании
АБ
напряжением
400
В
и
выше
.
Батареи
этого
типа
не
стареют
и
не
утрачивают
своих
характери
-
стик
даже
после
10
лет
складского
хранения
.
Никель
-
солевые
батареи
экологичны
:
у
них
отсутствует
газо
-
выделение
в
окружающую
среду
.
Изготавливаются
без
использования
высокотоксичных
материалов
,
таких
как
свинец
,
кадмий
.
На
70%
легче
и
на
30%
компактнее
свинцово
-
кис
-
лотных
батарей
.
Пригодны
к
утилиза
-
ции
,
так
как
состоят
из
стали
,
никеля
,
железа
,
соли
и
керамики
.
В
таблице
сведены
технические
и
экономические
характеристики
реально
существующих
аккумуля
-
торных
батарей
рассмотренных
в
статье
типов
.
ВЫВОДЫ
Для
выбора
типа
АБ
в
СНЭ
не
-
обходимо
произвести
сравнение
различных
типов
батарей
по
множе
-
ству
неравнозначных
технических
и
экономических
параметров
.
Выбор
того
или
иного
типа
батареи
зависит
также
от
предназначения
и
характе
-
ристик
проектируемого
СНЭ
:
номи
-
нальной
мощности
,
ёмкости
,
режи
-
ма
работы
,
климатической
зоны
и
др
.
На
данный
момент
наилучшим
набором
характеристик
для
исполь
-
зования
в
СНЭ
обладают
никель
-
солевые
аккумуляторные
батареи
.
Батареи
этого
типа
обладают
высо
-
кими
удельными
энергетическими
показателями
,
имеют
высокий
ре
-
сурс
по
количеству
циклов
заряда
/
разряда
,
высокий
срок
службы
,
широкий
диапазон
рабочих
темпе
-
ратур
и
являются
экологически
без
-
опасными
.
ЛИТЕРАТУРА
1. K.C.Divya, J. Ostergaard, Battery
energy storage technology for
power systems — A overview, Elec-
tric Power Systems Research. —
Elsevier, 2009, Volume 79 (4). —
pp. 511—520.
2. International
Electrotechnical
Commission: Electrical Energy
Storage. White Paper — 2011. —
92 p.
Внешний
вид
свинцово
-
кислотной
,
литий
-
ионной
и
никель
-
солевой
АБ
(
слева
направо
,
масштаб
разный
)
80
СЕТИ РОССИИ
Характерис
тика
Свинцово
-
кисло
тные
Литий
-
ионные
Ник
ель
-
солевые
М
ак
симальный
то
к
заряда
/
разряда
До
0,3
С
(
рек
омендовано
0,
1
С
)/
(
рек
омендовано
до
0,3
С
)
до
3
с
До
3
С
(
рек
омендовано
до
0,5
С
) /
до
3
С
Ок
оло
0,
1
С
(
регу
лир
ует
ся
сист
емой
управления
авт
ома
тически
)/
до
0,8
С
Ко
личес
тво
циклов
и
глубина
разряда
1200
при
80%
1
400
при
60%
Более
3000
Более
4500
при
1
00%
Срок
службы
,
лет
3—5 8—1
0
12—1
5
Коэффициент
полезного
дейс
твия
, %
75—90
85—98
85—-90
Саморазряд
2—3%
в
месяц
3%
в
месяц
От
су
тству
ет
Чувс
твительнос
ть
к
глубок
ому
разряду
Высокая
Средняя
Не
чувствит
ельна
Энергоёмк
ос
ть
,
Вт
·
ч
/
кг
До
35
90
1
00
Энергопло
тнос
ть
,
Вт
·
ч
/
л
70—1
00 120
120
Уд
ельная
ст
оимос
ть
,
долл
./
кВ
т
·
ч
200—400 1
500
1
300
Конс
тр
уктивное
исполнение
Горизонтальное
и
вер
тикальное
Вер
тикальное
Горизонтальное
Эк
сплу
ат
ационная
/
рек
омендованная
температ
ура
От
-20°
С
до
+40°
С
/
от
+1
5°
до
+25°
С
От
-25°
С
до
+50°
С
/
от
+0°
до
+25°
С
(
зар
яд
возмо
жен
от
+0°
до
+50)°
от
-40°
С
до
+60°
С
Срок
складск
ого
хранения
До
5
лет
, 6
мес
.
без
подзар
яда
,
то
льк
о
в
зар
яж
енном
сост
оянии
До
5
лет
, 6
мес
.
без
подзар
яда
,
то
льк
о
в
зар
яж
енном
сост
оянии
Не
ограничен
,
при
любом
уровне
зар
яда
Влияние
низких
температ
ур
эк
сплу
ат
ации
на
характерис
тики
бат
ареи
Падает
ёмк
ость
,
ба
тарею
рек
оменду
ет
ся
использова
ть
то
льк
о
в
ре
жиме
разр
яда
.
Возмо
жен
глубокий
саморазр
яд
.
Зна
чит
ельно
падает
ёмк
ость
.
Возмо
жен
то
льк
о
разр
яд
.
Зар
яд
невозмо
жен
Незна
чит
ельно
повышает
ся
вну
треннее
по
требление
электричества
.
При
T< -40°
С
Возмо
жны
проблемы
с
электроник
ой
сист
емы
управления
ба
тареей
Влияние
высоких
температ
ур
эк
сплу
ат
ации
на
характерис
тики
бат
ареи
Зна
чит
ельно
сокращает
ся
срок
служ
бы
ба
тареи
.
При
T > +40°
С
мо
жет
остановить
ся
электро
химическая
реакция
Сокращает
ся
срок
служ
бы
.
При
T > +50°
С
возмо
жен
вых
од
ба
тареи
из
строя
Не
наблюдает
ся
,
более
то
го
,
снижает
ся
вну
треннее
по
требление
электричества
Контроль
сос
тояния
и
управление
бат
ареей
Нет
встроенной
сист
емы
управления
Нет
встроенной
сист
емы
управления
Встроенная
сист
ема
управления
Экологичнос
ть
,
взрывобезопаснос
ть
Выделение
газов
и
опасных
вещес
тв
в
окр
ужающую
среду
Выделяю
тся
пары
электролита
и
кислород
/
водород
От
су
тству
ет
От
су
тству
ет
Требования
к
вентиляции
и
кондиционированию
в
помещении
АБ
Вентиляция
и
кондиционирование
для
поддер
жания
темпера
туры
,
удаления
выделяемых
газов
Кондиционирование
для
поддер
жания
оптимальной
темпера
туры
Ест
ественная
вентиляция
Риск
вну
треннего
коро
тк
ого
замыкания
Из
-
за
образования
нарост
ов
на
пластинах
со
временем
увеличивает
ся
риск
вну
треннег
о
коро
тк
ог
о
замыкания
Есть
вероятность
вну
треннег
о
коро
тк
ог
о
замыкания
,
особенно
при
ме
ханических
повре
ждениях
и
перезар
яде
,
чт
о
мо
жет
повле
чь
за
собой
взрыв
Маловероятно
даж
е
при
ме
ханических
повре
ждениях
.
При
вых
оде
из
строя
одног
о
или
неск
ольких
элемент
ов
ба
таре
я
остаёт
ся
в
рабо
те
Содержание
вредных
вещес
тв
Свинец
,
серная
кисло
та
Не
содер
жит
Не
содер
жит
Таблица
.
Сравнение
характ
еристик
аккуму
лят
орных
ба
тарей
различног
о
типа
Оригинал статьи: Сравнение аккумуляторных батарей различного типа
В статье проведено сравнение технических и экономических характеристик конкретных типов аккумуляторных батарей (АБ), применяемых в составе сетевых накопителей энергии (СНЭ). Описаны наиболее подходящие для этой цели и присутствующие в настоящий момент на отечественном рынке типы стационарных АБ промышленного назначения: свинцово-кислотные, литий-ионные и никель-солевые. АБ указанных типов отличаются друг от друга по количеству циклов заряда/разряда, коэффициенту полезного действия, сроку службы, энергоёмкости, энергоплотности, конструктивному исполнению, диапазону эксплуатационных температур, экологичности, удельной стоимости и другим характеристикам.
