|
|
 |
|
|
|
Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika
|
|
|
|
|
|
|
Branża energetyczna przechodzi głęboką transformację w kierunku neutralności klimatycznej. Proces ten pociąga za sobą zmiany w całym łańcuchu dostaw energii. Zmienia się produkcja energii, w której coraz więcej fotowoltaiki i wiatraków, dystrybucja stawia na automatyzację dążąc do smart gridu, w obszarze sprzedaży energii różnicują się proklienckie oferty. Niezbędnym elementem nowego systemu elektroenergetycznego są magazyny energii.
Magazynowanie energii jest kluczowym elementem współczesnych systemów energetycznych, szczególnie przy rosnącym udziale odnawialnych źródeł energii (OZE). Istnieje wiele metod magazynowania energii, które różnią się efektywnością, kosztami oraz możliwością zastosowania. Najbardziej rozpowszechnioną metodą są elektrownie szczytowo-pompowe, które wykorzystują energię potencjalną wody. Inną popularną technologią są akumulatory litowo-jonowe, stosowane zarówno w małych, jak i dużych instalacjach. Magazyny energii sprężonego powietrza (CAES) oraz magazyny termiczne, które przechowują energię w postaci ciepła, również zyskują na znaczeniu. Każda z tych metod ma swoje unikalne zalety i wady, które decydują o ich zastosowaniu w konkretnych warunkach. Wybór odpowiedniej technologii magazynowania energii jest kluczowy dla zapewnienia stabilności i niezawodności dostaw energii.
Oto przegląd najpopularniejszych magazynów energii:
ESP wykorzystują energię potencjalną różnicy poziomu wód znajdujących się na różnych wysokościach. Elektrownia taka zbudowana jest z dwóch zbiorników wodnych umieszczonych na różnych wysokościach. Podczas wytwarzania energii elektrycznej woda przelewana jest pomiędzy zbiornikami poprzez turbiny, które generują energię elektryczną. Występują dwa stany pracy ESP: rozładowanie oraz ładowanie. W stanie rozładowania (wytwarzania energii elektrycznej) woda przepływa ze zbiornika położonego wyżej do zbiornika dolnego napędzając turbiny sprzęgnięte z hydrogeneratorem, który zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną. W stanie ładowania woda pompowana jest do zbiornika górnego ze zbiornika dolnego przez te same turbiny, przy czym energia elektryczna do zasilania pompy pochodzi z sieci elektroenergetycznej.
W Polsce funkcjonuje 1,8 GW mocy zainstalowanej w ESP. Elektrownia szczytowo-pompowa ma za zadanie głównie centralne bilansowanie energii elektrycznej w przypadku pracy niesterowalnych OZE oraz w sytuacjach awaryjnych energii w sieci. Zaletą ESP są ich duże moce zainstalowane oraz długi czas eksploatacji takiej elektrowni, co przekłada się na stosunkowo wysoką sprawność oraz możliwie długi do uzyskania czas magazynowania energii.
Ograniczeniem ESP są natomiast uwarunkowania naturalne, ponieważ nie wszędzie występuje możliwość budowy takiego zbiornika oraz skalowalność, która w tym przypadku jest uzależniona od czynników i uwarunkowań naturalnych. Magazyny energii tego typu z zasady nie są dedykowane do bezpośredniej współpracy ze źródłami OZE, których charakterystyka polega zazwyczaj na nizinnym usytuowaniu oraz rozproszonej lokalizacji.
Grupa TAURON przeprowadziła wstępne studium wykonalności Elektrowni Szczytowo-Pompowej Rożnów II, uwzględniające aspekty geologiczne i hydrologiczne. Koncern zabezpieczył także tereny pod realizację inwestycji oraz złożył wniosek o warunki przyłączenia do sieci przesyłowej. Po niedawnej akwizycji jednego z największych projektów wiatrowych w Polsce, inwestycja w ESP Rożnów II stanowi kolejny krok w kierunku transformacji energetycznej Grupy.
Projekt Rożnów II zakłada budowę magazynu energii w postaci elektrowni szczytowo-pompowej, zlokalizowanej w sąsiedztwie Elektrowni Wodnej Rożnów. Spółka dysponuje prawem do terenu pod inwestycję, dzięki umowom dzierżawy zawartym z Lasami Państwowymi i TAURON Ekoenergią, administrującą zbiornikiem w Rożnowie.
Wstępna koncepcja budowy ESP Rożnów II zakłada budowę obiektu o pojemności energetycznej powyżej 3 GWh oraz mocy ok. 700 MW. Obiekt będzie także ważnym elementem ochrony przeciwpowodziowej regionu. Będzie mógł przyjąć do 10% dopływu fali powodziowej Dunajca do Jeziora Rożnowskiego.
Obecnie trwają prace nad uszczegółowieniem wariantu koncepcji ESP. Ze względu na potencjalne nakłady inwestycyjne w wysokości kilku miliardów złotych, Grupa TAURON rozpoczęła rozmowy na temat możliwości dofinansowania inwestycji w ramach mechanizmów pomocowych oraz współfinansowania z bankami i międzynarodowymi funduszami.
Technologia polega na wykorzystaniu sprężenia powietrza i magazynowania go w zbiornikach o dużej pojemności (np. komory podziemne w postaci kawern skalnych, jaskiń solnych czy kopalń głębinowych). W chwili większego zapotrzebowania na energię elektryczną zmagazynowane sprężone powietrze jest wykorzystywane do rozprężenia go w turbinie i dzięki temu generacji energii elektrycznej.
Polegają głównie na stabilizacji działania sieci elektroenergetycznej (od kilku godzin do kilku dni) celem wyrównania krzywej popytu i podaży na energię elektryczną, natomiast nie wpisują się do współpracy ze źródłami OZE.
Magazynowanie energii w ciekłym powietrzu określane jest również jako kriogeniczne magazynowanie energii (CES)To technologia magazynowania energii pozwalająca przechować energię przez dłuższy czas oraz na dużą skalę, którą można zlokalizować w konkretnym punkcie zapotrzebowania. Czynnikiem roboczym jest skroplone powietrze lub ciekły azot (-78% powietrza). W celu podniesienia sprawności procesu skraplania konieczne jest wykorzystanie tzw. magazynu chłodu. Chłód ten uzyskuje się w trakcie podgrzania i odparowywania ciekłego powietrza w cyklu rozładowywania magazynu LAES. Magazyn chłodu przyczynia się do poprawy sprawności zarówno w układach z komorą spalania, jak i bez niej.
LAES jest stosunkowo nową technologią magazynowania energii, opartą na gotowych i sprawdzonych w przemyśle kriogenicznym komponentach, których żywotność przekracza 30 lat. W związku z tym jest łatwo skalowalna, ale główną jej barierę stanowią koszty magazynowania energii, które są dla LAES w porównaniu do technologii ESP czy CAES ponad dwukrotnie wyższe.
Sprawność takich systemów może wahać się w granicach 55-62%. Zastosowanie tego typu magazynowania energii wykorzystywane jest do stabilizacji energii elektrycznej w sieci podobnie jak w przypadku CAES i ESP. Brytyjska grupa energetyczna Highview Power planuje do końca 2025 roku w pobliżu Manchesteru w UK zbudować taki magazyn o mocy 30 MW i pojemności 300 MWh. Posiadają już oni instalacje pilotażową o mocy 5 MW i 15 MWh, która działa w Pilsworth.
Włoski startup Energy Dome zrealizował i rozpoczął w 2022 roku komercjalizację pierwszej na świecie baterii CO2. Inwestycję zrealizowano na Sardynii we Włoszech. CO2 jest jednym z nielicznych gazów, które można skroplić i przechowywać w postaci cieczy pod ciśnieniem w temperaturze otoczenia, więc może okazać się to bardzo dobry płyn do ekonomicznego magazynowania energii w zamkniętym procesie termodynamicznym. Pozwala na magazynowanie energii o dużej gęstości bez konieczności przechodzenia do ekstremalnie niskich temperatur. Technologia ta pozwala magazynować energię w czasie od 14 do 24 godzin. Ponieważ proces ten obejmuje tylko dwie przemiany termodynamiczne (sprężanie i rozprężanie), straty są mniejsze i możliwe jest uzyskanie sprawności w obie strony (RTE) wyższej niż 75% i jest to więcej niż w podobnych systemach które wykorzystują sprężone powietrze lub ciekłe powietrze jako płyn roboczy. Zaletami tej technologii jest żywotność na poziomie 30 lat oraz możliwość ładowania i rozładowywania czyli pojemności od
Aby naładować akumulator, pobierany jest CO2 o temperaturze i ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego, a następnie sprężany. Ciepło wytwarzane podczas kompresji jest magazynowane, a CO2 staje się skroplony do stanu ciekłego. Ciekły CO2 przechowywany jest w temperaturze otoczenia i średnim ciśnieniu. Aby rozładować magazyn, ciekły CO2 jest odparowywany i podgrzewany poprzez odzysk ciepła z TES, a następnie gorący strumień CO2 jest rozprężany w turbinie, która jest połączona z generatorem energii. Dwutlenek węgla w postaci gazowej jest zawracany do zbiornika i wykorzystany do następnego cyklu.
Wśród technik magazynowania energii mechanicznej wyróżniane są bezwładniki. Wykorzystują one energię kinetyczną zmagazynowaną w obracającej się masie przy bardzo niskich stratach tarcia. Energia jest rozładowywana poprzez pobieranie energii kinetycznej za pomocą tego samego generatora silnikowego. Ilość energii, którą można zmagazynować, jest proporcjonalna do momentu bezwładności obiektu pomnożonego przez kwadrat jego prędkości kątowej.
Układy FES stosowane są zwykle przy krótkoterminowym magazynowaniu, Motor/Generator szczególnie gdy zachodzi potrzeba bardzo unitkrótkiego czasu reakcji w zastosowaniu dla usług sieciowych. Posiadają wysoką gęstość energii i znaczną trwałość, co pozwala na częste cykle bez wpływu na wydajność. Oferują także Vacuum bardzo szybką reakcję i szybkość narastania. W rzeczywistości mogą przejść od pełnego rozładowania do pełnego naładowania w ciągu
Grawitacyjne magazyny energii mogą przybierać różne formy, od wody pod ciśnieniem, która podnosi tłok w szybie kopalni, po ciężkie bloki podnoszone przez dźwig w celu zmagazynowania energii. W każdym przypadku zmagazynowana energia jest przekształcana w energię kinetyczną, która generuje energię elektryczną za pomocą generatora.
Systemy te oferują możliwość skalowalnej produkcji energii, na przykład podwojenie głębokości szybu zwiększa czterokrotnie zawartość zmagazynowanej energii; podczas gdy w przypadku magazynowania opartego na podnoszeniu ciężkich bloków, skalowanie w odniesieniu do energii jest możliwe poprzez zwiększenie masy każdego bloku. Magazyny te w minimalnym stopniu oddziaływają na środowisko, a zarazem posiadają duże pojemności i możliwość długoterminowego magazynowania energii. Ze względu na ich charakter działania i sprecyzowaną lokalizację nie jest możliwa ich budowa przy źródłach OZE.
Baterie akumulatorowe, czyli inaczej ogniwa galwaniczne to magazyny energii elektrycznej skumulowanej w postaci dwóch elektrod (półogniw) wykonanych z różnych materiałów, wykazujących wzajemną różnicę potencjałów. Przyczyną występowania różnicy potencjałów są właściwości metali wykorzystanych do budowy elektrod oraz specyfika reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy elektrodami a elektrolitem. W zależności od doboru materiałów elektrodowych możliwe jest uzyskanie ogniwa o pożądanych parametrach pracy. Baterie akumulatorowe w zależności od swojej pojemności składają się z kilku ogniw. Ogniwa zaś można łączyć ze sobą szeregowo jak i równolegle. Połączenie szeregowe pozwala zwiększyć nominalne napięcie źródła zasilania — jego wartość jest sumą napięć poszczególnych ogniw. Połączenie równoległe umożliwia osiągnięcie większej pojemności, będącej sumą pojemności poszczególnych elementów układu. Następnie jest możliwość łączenia danych baterii celem uzyskania większej pojemności, należy jednak pamiętać, aby nie łączyć baterii litowo-jonowych z innego rodzaju bateriami elektrochemicznymi. Obecnie na rynku znajdują się akumulatory głównie trzech typów: kwasowo-ołowiowe (PbA), niklowo-kadmowe (NiCd) oraz litowo-jonowe (Li-ion), które są najpowszechniejsze w użyciu i wykorzystywane w wielu sektorach, przez elektronikę do energetyki włącznie.
Baterie litowo-jonowe są jednym z podstawowych sposobów magazynowania energii w celu przesunięcia jej zużycia w czasie oraz najbardziej powszechnym na rynku dla źródeł OZE. Trzeba jednak zwrócić uwagę na to, że elektrolity stosowane w bateriach litowo-jonowych to substancje łatwopalne. Niesie to ze sobą ryzyko eksplozji w przypadku uszkodzenia ich struktury lub ładowania nadmiernym prądem. Dlatego tak ważne w przypadku tego rodzaju magazynów jest odpowiedni dobór i zarządzanie.
Ogniwa przepływowe to specyficzny typ akumulatorów elektrochemicznych, który nie posiada klasycznych stałych elektrod ulegających reakcjom utleniania-redukcji, tylko oddzielone od siebie elektrolity, których składniki ulegają reakcjom utleniania i redukcji (redoks). Elektrolity przepływają przez celę elektrochemiczną, więc reakcja elektrodowa może przebiegać w sposób ciągły tak długo, jak długo dostarczany będzie świeży elektrolit. Pojemność ogniwa zależy od objętości elektrolitu, a moc od powierzchni elektrod, co pozwala na zaprojektowanie odpowiedniego magazynu w zależności od potrzeb. W przypadku baterii przepływowych wanadowych typu redoks (ang. Vanadium Redox Flow Battery — VRFB) wykorzystywane są pary jonów powstałych w wyniku reakcji redoks wanadu (V2+/V3+ oraz V02+/V02+). Sprawność procesu ładowania/rozładowania wynosi ok. 85%, przy napięciu 1,4 V.
Ogniwa przepływowe mogą być stosowane Energia elektryczna jako stacjonarne magazyny energii, głównie jako elementy systemów poprawiających jakość energii, oraz magazynujące energię ze źródeł OZE. Natomiast obecnie skala wykorzystania ogniw przepływowych jest bardzo niewielka, a potencjał ich bardzo duży, choćby ze względu na łatwą skalowalność mocy i pojemności. Przewagą baterii przepływowych nad litowo-jonowymi jest żywotność która może wynosić nawet 25 lat oraz liczba cykli ładowania/rozładowania wynosząca ponad 100 000.
Możliwe jest wykorzystywanie w bateriach typu redoks także wielu innych par elektrolitów, na przykład bromu i siarki (Br/S), żelaza i chromu (Fe/Cr) czy cynku i bromu (Zn/Cr). Natomiast ze względu na dużą pojemność co może być kluczowe w przypadku źródeł OZE rekomenduje się wanadowe baterie przepływowe.
Istnieje wiele konfiguracji wytwarzania i magazynowania wodoru, które mogą być przydatne w ściśle określonych przypadkach. Najbardziej powszechną jest ta, która z wykorzystaniem energii elektrycznej i wody (w procesie hydrolizy) wytwarza wodór a następnie zostaje on przetworzony w ogniwie paliwowym z powrotem na energię elektryczną. Proces ten składa się z trzech kluczowych elementów: elektrolizera, magazynu wodoru oraz ogniwa paliwowego. W przypadku elektrolizerów, na rynku znajdują się już rozwiązania głównie modułowe pozwalające określić odpowiednią wielkość i moc do danych potrzeb. W przypadku ogniw paliwowych jest podobnie, dostępność modułowości i skalowalności oraz względnie płaska krzywa sprawności bez względu na moc. Największym wyzwaniem są magazyny wodoru, który jest gazem wybuchowym. Pomimo, że na rynku znajdują się rozwiązania komercyjne magazynów wykonanych z dostępnych materiałów, to często wybór konkretnego modelu przeznaczenia wodoru odgrywa tu kluczową rolę.
Wodór posiada wiele zalet i możliwości przeznaczenia nawet dla źródeł OZE. Jego rozwój w przyszłości może uzupełnić, bądž nawet zastąpić obecne bateryjne magazyny energii wykorzystywane dla odnawialnych źródeł. Wodór jako nośnik energii charakteryzuje się najwyższą spośród paliw energią właściwą 33 Wh/g oraz wartością opałową na poziomie 120 MJ/kg, a jego spalanie jest neutralne dla środowiska. Natomiast na obecnym poziomie rozwoju technologii i jej integralności z innymi sektorami, wodór stwarza wiele problemów.
Jednym z nich może być odbiór i przesył wodoru w razie braku składowania oraz dostateczne zapotrzebowanie. Obecnie przeszkodą do budowy takich magazynów przy źródłach OZE jest brak dostępności wody do procesu hydrolizy, ponieważ z reguły źródła te lokalizowane są z dala od cieków i zbiorników wodnych.
Kondensatory to elementy elektryczne zbudowane z dwóch okładek odseparowanych dielektrykiem, które są w stanie zmagazynować ładunek elektryczny poprzez ich przeciwne naładowanie — jedna okładka przyjmuje nadmiar ładunku dodatniego, a druga nadmiar ładunku ujemnego. Największą zaletą kondensatorów jest ich szybki czas ładowania i rozładowania, a ich pojemność jest proporcjonalna do powierzchni stosowanych okładek. Superkondensatory to specyficzna odmiana kondensatorów, w których jedna z okładek jest zastąpiona elektrolitem, a separowanie ładunków odbywa się w podwójnej warstwie elektrycznej, która tworzy się na powierzchni naładowanej elektrody zanurzonej w elektrolicie. Superkondensatory posiadają wysoką sprawność sięgającą 97%.
Obecnie stosowane są przede wszystkim w transporcie (autobusy, Discharge busy, samochody ciężarowe, tramwaje, pociągi). Natomiast w przyszłości mogą być również stosowane w hybrydowych magazynach energii, w których Double-layer akumulator i superkondensator są ze sobą połączone równolegle przez co będzie można wydłużyć żywotność akumulatora. Superkondensatory są łatwo skalowalne poprzez modułową budowę i nie występują przy tym bariery technologiczne, są dojrzałą techniką krótkoterminowego magazynowania energii.
Przykładem układu, który gromadzi energię w polu magnetycznym, jest nadprzewodnikowy zasobnik energii (ang. Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES). Wykorzystuje on do gromadzenia i przechowywania energii pole magnetyczne wytworzone przez prąd stały płynący przez cewkę nadprzewodnikowego elektromagnesu. Po naładowaniu prąd cewki nie zanika i może być przechowany przez dłuższy czas. Układy oparte o SMES nie mają negatywnego wpływu na środowisko podczas eksploatacji (nie ma emisji związków toksycznych, jednak występuje oddziaływanie silnego pola magnetycznego, którego wpływ nie został jeszcze zbadany). Materiałami nadprzewodnikowymi stosowanymi do produkcji przewodów w SMES są m.in.: Nb-Ti2 (niobek tytanu), Nb3Sn (niobek cyny), Nb3Al (niobek glinu), V3Ga (wanadek galu) oraz materiały ceramiczne.
Głównymi zastosowaniami układów jest uelastycznianie usług sieciowych, m.in. stabilizacja napięcia. Układy SMES mogą pracować przy tzw. zimnym rozruchu, podobnie jak bezwładnikowe FES oraz superkondensatory, a także w systemach zasilania awaryjnego LT/HT (UPS). Posiadają wysoką sprawność Superconducting Magnet sięgająca nawet 98% oraz wysoką gęstość mocy i szybki czas reakcji.
Najbardziej rozpowszechnionymi magazynami ciepła (ang. Thermal Energy Storage, TES) są zbiorniki wodne będące elementem domowych instalacji ciepłej wody użytkowej i centralnego ogrzewania oraz dużymi ziemnymi magazynami przechowującymi wodę. Większość dużych, wodnych magazynów TES wykorzystuje zjawisko stratyfikacji termicznej (uwarstwienia) do swojego działania. Zjawisko to utrudnia mieszanie się wody gorącej z zimną. Pomiędzy obszarem z wodą zimną a wodą gorącą występuje tzw. termoklina (strefa mieszania). lm cieńszy jest obszar termokliny, tym magazyn TES działa lepiej. Aby zapobiec mieszaniu się wody gorącej z zimną, zbiornik musi być odpowiednio wysoki, a sam proces ładowania i rozładowywania magazynu nie może być zbyt szybki.
Magazynowanie ciepła jest znaną i bardzo dobrze rozwiniętą technologią znajdującą zastosowanie wszędzie tam, gdzie czas produkcji ciepła nie pokrywa się z czasem zapotrzebowania na nie. W przypadku generacji energii elektrycznej, tę energię możemy przechować w tym magazynie jedynie jako ciepło w późniejszym czasie do odebrania, bez możliwości ponownej konwersji na energię elektryczną.
Innym rodzajem magazynu ciepła może być taki wykorzystujący materiał PCM (ang. Phase Change Materiał). Substancje zmiennofazowe, które są w stanie absorbować, akumulować i uwalniać energię w zakresie temperatury przemiany fazowej. Podczas przemiany fazowej mogą być pochłaniane lub wydzielane znaczne ilości ciepła przy praktycznie niezmiennej temperaturze złoża. Materiały PCM dzielą się na organiczne (parafiny, kwasy tłuszczowe, ciecze jonowe) oraz nieorganiczne (uwodnione sole). Takie rozwiązanie również może sprawdzić się do przechowywania energii w postaci ciepła, natomiast niekoniecznie do magazynowania energii elektrycznej samej w sobie.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe (PbA) to najstarszy obecnie stosowany typ akumulatorów, lecz wciąż jest to najbardziej niezawodne i tanie elektrochemiczne źródło energii. Charakteryzują się one napięciem pracy w zakresie 2,0 - 2,2 V, ale zwykle akumulatory kwasowo-ołowiowe są złożone z 6 cel o łącznym napięciu 12 V. Akumulatory ołowiowo-kwasowe mają gęstość energii na poziomie 25—40 Wh/kg. Największym ograniczeniem tego typu baterii jest ich duża masa wynikająca z konieczności użycia dużych ilości ołowiu jednego z najcięższych pierwiastków. Z kolei ich zaletami są bezpieczeństwo pracy, niski koszt produkcji, wysoki stopień recyklingu oraz możliwość uzyskania prądów o dużej gęstości.
Akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) zostały opracowane jako alternatywa dla baterii PbA. Akumulatory NiCd posiadają napięcie znamionowe 1,2 V i gęstość energii 40—60 Wh/kg. Napięcie ogniwa nie ulega znacznemu obniżeniu podczas rozładowania, można je stosować jako zamienniki baterii 1,5 v w większości zastosowań. Akumulatory NiCd wykazują bardzo długą żywotność (ok. 20 lat) i niezawodność w szerokim zakresie temperatur, od -40 °C do +70 °C. Główną wadą jest Akumulatory sodowo-siarkowe (NaS) opierają się na technologii stopionej soli w temperaturze 300 °C, w której stopiony sód i stopiona siarka są używane jako elektrody ujemne i dodatnie, a stały ceramiczny tlenek glinu sodu działający jako elektrolit oddziela te dwie elektrody. Energia elektryczna jest generowana w taki sposób, że podczas wyładowania atomy metalu sodu uwalniają elektrony, które tworzą jony sodu przemieszczające się do elektrody dodatniej przez elektrolit. Gęstość energii wynosi około 150 Wh/kg, wydajność w obie strony wynosi około 90% a żywotność około 4500 cykli.
Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) stanowią obecnie rozwiązanie o największej grawimetrycznej pojemności elektrochemicznej ze względu wykorzystanie litu najlżejszego metalu jako nośnika ładunku. Akumulatory Li-ion charakteryzują się napięciem pracy 2,4—3,7 V i gęstością energii sięgającą 250 Wh/kg w przeliczeniu na masę całego ogniwa. Możemy wyróżnić baterie litowo-jonowe różniące się przyjętymi do budowy materiałami, które dobierane są do określonych zastosowań w zależności od wymagań mocowych czy pojemnościowych.
Technologia NMC polega na połączeniu niklu i manganu. Nikiel jest znany ze swojej wysokiej energii właściwej, ale słabej stabilności; mangan ma tę zaletę, że tworzy strukturę spinelową, aby osiągnąć niski opór wewnętrzny, ale oferuje niską energię właściwą. Łączenie metali zwiększa wzajemne zalety. Katoda baterii wykonana z niklu, manganu i kobaltu, a anoda jest grafitowa, napięcie nominalne 3,6 V, ładowanie prądem do 1-2C natomiast rozładowanie prądem do 3C, praca w temperaturach: -20 °C do +60 °C. Żywotność wynosi 4000-5000 cykli, a temperatura zapłonu 210 °C. Technologia ta oferuje pojemność na poziomie 150-220 Wh/kg.
NMC jest wyborem akumulatorów do elektronarzędzi, e-pojazdów i innych elektrycznych układów napędowych. Przewagą tej technologii jest szeroki zakres pracy napięciowej co przekłada się na łatwiejsze zarządzanie całym syklem ładowania/rozładowania. Kombinacja katod wynosi zwykle jedną trzecią niklu, jedną trzecią manganu i jedną trzecią kobaltu, znaną również jako 1-1-1. To oferuje unikalną mieszankę, która obniża również koszt surowca dzięki zmniejszonej zawartości kobaltu. Kolejnym udanym połączeniem jest NCM z 5 częściami niklu, 3 częściami kobaltu i 2 częściami manganu (5-3-2). Możliwe są inne kombinacje wykorzystujące różne ilości materiałów katodowych.
Producenci baterii odchodzą od systemów kobaltowych w kierunku katod niklowych ze względu na wysokie koszty kobaltu. Systemy oparte na niklu mają wyższą gęstość energii, niższy koszt i dłuższy cykl życia niż ogniwa bazujące na kobalcie, ale mają nieco niższe napięcie. Główne ich zastosowanie to elektromobilność i stacjonarne magazyny energii.
LTO ma przewagę nad konwencjonalnym kobaltowym jonem Li z anodą grafitową, osiągając właściwość zerowego odkształcenia, bez tworzenia się filmu SEI i bez powlekania litem przy szybkim ładowaniu i ładowaniu w niskiej temperaturze. Stabilność termiczna w wysokiej temperaturze jest również lepsza niż w innych systemach Li-ion; jednak bateria jest droższa niż inne rozwiązania. Przy zaledwie średniej 65 Wh/kg pojemności, energia właściwa jest niska. Katoda baterii jest wykonana z węgla, anoda z tlenku tytanu, napięcie nominalne wynosi od 2,4V, a ładowanie prądem do 5-1 OC, rozładowanie prądem do 1 OC, praca w temperaturach: -10 do + 40 °C. Żywotność wynosi 10 000-20 000 cykli, a temperatura zapłonu 210 °C. Technologia ta oferuje pojemność na poziomie zaledwie 50-80 Wh/kg.
Baterie LEP zapewniają dobre właściwości elektrochemiczne przy niskiej oporności. Jest to możliwe dzięki nanokapsułowemu materiałowi katody. Najważniejsze zalety to wysoka ocena prądowa i długi cykl życia, oprócz dobrej stabilności termicznej, zwiększonego bezpieczeństwa i tolerancji w przypadku nadużyć. Katoda jest litowo żelazowo fosforanowa, a anoda grafitowa, napięcie nominalne 3,2 V, natomiast zakres pracy napięcia sporo węższy niż w przypadku NMC co stawia wyzwania dla systemu zarządzania, aby w precyzyjny sposób określać parametry. Ładowanie prądem do 2-4C, a rozładowanie prądem do 3C, praca w temperaturach od -30 do + 50°C. Żywotność wynosi 4500-6000 cykli, a temperatura zapłonu 270 °C, co czyni tę technologię najbardziej bezpieczną. Oferuje ona pojemność nieco niższą niż NMC na poziomie 90-120 Wh/kg.
LEP jest bardziej tolerancyjny na warunki pełnego naładowania i jest mniej obciążony niż inne systemy litowo-jonowe, jeśli jest przetrzymywany pod wysokim napięciem przez dłuższy czas. LEP ma doskonałe bezpieczeństwo i długą żywotność, ale umiarkowaną energię właściwą. Wykorzystywane są głównie jako akumulatory w magazynach energii.
Baterie litowo-jonowe w różnych technologiach prezentują odmienne parametry względem siebie. Obecnie najbardziej powszechna technologia NMC, występująca głównie w samochodach elektrycznych ze względu na dużą pojemność, dominuje rynek. Posiada ona również szerszy zakres pracy napięcia. Natomiast popularność zyskuje LFP, która jest obecnie tańsza i ma wyższą temperaturę ucieczki termicznej, ale ma mniejszy zakres pracy napięcia, co wymaga większej dokładności od systemu BMS. Technologia LTO, może oferować za to najszybszy czas ładowania przy nieco niższej temperaturze zapłonu.
| REKLAMA |
|
|
| REKLAMA |
|
|
