可再生能源传输 — 先进铅碳储能系统改善电网传输

1 引言
传统上铅酸电池的作用基本上是提供后备电力,并且根据位置提供电力调节。在典型的应用中，电池的实际用途(放电)是非经常性的，它在大部份服务时间是处於浮充状态。
然而，大型电网级储能系统是较近似於循环使用的重复充放电操作。在这些应用中，与其他储能系统比较，传统备用技术显得不足。就算设计为循环应用的铅酸电池，都达不到其他技术方案的使用寿命和成本。
随着铅碳技术商品化的发展，减少或消除了很多传统铅酸电池系统的限制。基於铅碳电池的不饱和充电可行性和循环使用时电极的稳定技术，而又不增加成本，所以可提高它在这些系统应用的可能性。
先进铅碳储能系统（ALCESS）是特别适合增长中的可再生能源电网传输。一般来说，电网堵塞是限制了低成本的再生能源将电流送往负载。减少传输的瓶颈堵塞，是改善低成本再生发电向城市地区供电最有效的方法。
在这种应用中，先进铅碳储能系统 （ALCESS）安装在堵塞的地方，当有紧急事故时，它提供备用储备能源，因此，使事故后的堵塞点减低所要增加的容量。当ALCESS作周期性的部署，紧急事故时，能使系统营运者可利用较大份额的堵塞点传输容量 。 因此，减低了安装地点的堵塞和促进低成本的再生能源的使用。这系统也可以提供紧急储备电力、峰价销售和其他市场功能，以补偿系统的资金成本。
先进铅碳储能系统的这种应用，好处是相对成本低、建构性、系统流动性和可靠性。至于使用寿命是随着技术成熟而成为系统明显的好处，系统的大部份是来自成熟的技术。

2 铅碳技术
在典型的后备电源应用方面，最基本的失效模式是正极由于腐蚀而退化。然而，应用在该方案则涉及附加高循环寿命的要求、温度和不饱和充电的(PSoC)操作，主要的失效模式是在于负极。目前，阀控电池负极使用一定数量的添加剂，以改进电池的性能和寿命。添加木质素磺酸盐以保持负极活性物质(NAM)的高表面积来改进使用。添加硫酸钡是提供反应物(硫酸铅)的集结位置，阻止大型结晶的形成。大型结晶的有限表面积在充电时很难转回为铅。最后，加入炭黑是增加电池板的传导性以改进充电的接受性。在业内也有加入其他添加剂，这三种材料是构成压倒性的主要添加剂。
在这里所提出的应用，目前设计的电极在应用初期可提供很好的效果，但当系统持续运行时，会迅速退化。退化原因和结构已很清楚。不饱和充电(PSoC)，负电极是包含不同荷电状态而约百分之几的活性物质转为硫酸铅，这些硫酸铅随着时间的推移而再结晶，转变成通常所说的硬硫酸盐(hard sulfate)。这些结晶成为优先结晶生长的结点。这些产生的硫酸盐结晶在再充电时都很难转回成铅，并且随着时间推移，有越来越多的硫酸铅形成，使容量不断退化。除此之外，不饱和充电操作(PSoC)，负极还限制了充电电流量。在脉冲充电操作时，电流主要使电解水变成氢气溢出。从而导致电池乾涸及随着时间的推移而减少容量。

3 碳/铅混合负极板和高性能正极板
CD的解决方案是为高循环不饱和充电 (PSoC) 而设计，运用混合鉛碳负极板和以设计先进活性物质化成法的正极板。结果是得到一个适合这类应用性能优越的电池。
从上图可见，运用了混合铅碳技术的负极和专利活性物质的正极在不饱和充电(PSoC) 操作，正负极的传统故障模式均可以排除，电池的循环寿命提升10倍。另外，使电池充电更快。
该方案的技术优点如下：
①把电力和能量组合在同一个电池上；
②材料和制造成本低；
③基于已证实可靠的电池制造程序，可以用现成的阀控电池同样的生产设备；
④基于CDTFA的生产线可得到10年寿命的蓄电池设计。

4 总结
铅碳使用在可再生能源传输方面增加传输运用的优点如下：
①在传输应用上，铅碳技术提供比其他能源储存系统最有效的解决方案。
②先进铅碳储能系统 （ALCESS）是允许根据堵塞点的改变，将系统移动调迁。
③增加循环寿命允许系统提供紧急备用电源和峰价销售，除电力传输外，不需要预算系统的余量，减低成本和增加作用。
④铅碳电池生产用95%可回收材料，在使用终结时可充份地再循环。
呜谢:作者感谢威斯康辛电力公司的成员引入并发展了该专门技术的应用。■