Tepe Traşlama ve Frekans Regülasyonu Görev Çevrimlerinde Valf Regülasyonlu Kurşun-Asit Batarya Değerlendirmesi

Özet

Çalışma, kurşun-asit batarya teknolojisinin şebeke depolama hizmetleri için uygunluğunu ve bilinen yıpranma mekanizmalarının (sülfatlaşma, su kaybı, pozitif aktif kütle dökülmesi) her hizmete nasıl eşlendiğini soruyor. Test modülleri altı hücreli C&D SHC 12-200FT kurşun-karbon AGM VRLA; 25 °C'de 1,8 V/hücreye C10 oranında 172 Ah, 60 kg. İki modül farklı deşarj oranlarında tepe traşlama, ikisi farklı SOC pencerelerinde 24 saatlik frekans regülasyonu çevrimine tabi tutuldu; periyodik kapasite ve darbe direnci testleri yapıldı. Görev çevrimleri PNNL/Sandia enerji depolama performans protokolünü izledi; veriler bir görev çevrimi için 28 ay, diğer üçü için 18 ay kapsıyor.

Tepe traşlama %50 DoD'de: 730 W'ta 1,2 saat (PS 2-sa) ve 246 W'ta 3,8 saat (PS 8-sa), 265 W ile 14,1 V'a kadar şarj sonra CV, günde yaklaşık 2 çevrim. Frekans regülasyonu sinyali 1090 W'a (%50 SOC'de C1 oranı) normalleştirildi; 24 saatlik enerji nötr çevrim başına yaklaşık 3,9 kWh deşarj verimi ve %80-60 ile %57-37 SOC pencerelerinde çalıştırıldı.

Sonuçlar: FR ile çevrilen bataryalar aynı sürede PS ile çevrilenlerden daha çok yıprandı; %57-37 SOC'deki FR modülü en çok yıprandı, PS modülleri ilk düşüşten sonra kapasite geri kazandı. Hiçbir modülde belirgin sıcaklık artışı olmadı, dolayısıyla kuruma ana arıza modu değildi. Enerji verimi başına kapasite kaybı sırası FR (57-37)% > FR (80-60)% > PS 8-sa > PS 2-sa olup sülfatlaşma potansiyelini izledi; FR (80-60)% PS 8-sa'dan 3,5 kat daha uzun süre %70 SOC altında kaldı. Daha yüksek şarj direnci, frekans regülasyonu gibi enerji nötr hizmetlerde azami gücü sınırlıyor.

Sınırlar: dört modül, tek ürün (kurşun-karbon AGM) ve bir görev çevrimi için 28, diğerleri için 18 ay; tekrar yok, bu yüzden ölçülen farklar sınırlı örneklemden geliyor. Sonuçlar VRLA UPS dizilerinin şebeke hizmetleri için kullanılması önerileriyle doğrudan ilgili.

Öne çıkan noktalar

1. Test modülleri: altı hücreli C&D SHC 12-200FT kurşun-karbon AGM VRLA, 25 °C'de 1,8 V/hücreye C10 oranında 172 Ah, 60 kg.
2. Görev çevrimleri PNNL/Sandia enerji depolama performans protokolünü izledi; veriler bir çevrim için 28, diğer üçü için 18 ay.
3. %50 DoD'de tepe traşlama: 730 W'ta 1,2 saat (PS 2-sa) ve 246 W'ta 3,8 saat (PS 8-sa), 265 W ile 14,1 V'a kadar şarj sonra CV, günde yaklaşık 2 çevrim.
4. Frekans regülasyonu sinyali 1090 W'a (%50 SOC'de C1) normalleştirildi, 24 saatlik enerji nötr çevrim başına yaklaşık 3,9 kWh deşarj verimi; %80-60 ve %57-37 SOC pencerelerinde çalıştırıldı.
5. FR ile çevrilen bataryalar aynı sürede PS ile çevrilenlerden daha çok yıprandı; %57-37 SOC'deki FR modülü en çok yıprandı, PS modülleri ilk düşüşten sonra kapasite geri kazandı; belirgin sıcaklık artışı olmadı.
6. Enerji verimi başına kapasite kaybı sırası: FR (57-37)% > FR (80-60)% > PS 8-sa > PS 2-sa; FR (80-60)% PS 8-sa'dan 3,5 kat daha uzun süre %70 SOC altında kaldı.
7. Daha yüksek şarj direnci, frekans regülasyonu gibi enerji nötr hizmetlerde azami gücü sınırlıyor.

Tasarımda kullanımı

• VRLA UPS dizilerini şebeke hizmetleri için kullanmayı değerlendirirken frekans regülasyonunun (özellikle düşük SOC penceresinde) tepe traşlamadan çok daha hızlı yıprattığını ve kapasite kaybının iç direnç artışını izlediğini hesaba katın.
• Şebeke hizmeti görevinde SOC penceresini yüksek tutun (ör. %80-60 yerine daha yüksek) ve %70 SOC altında geçirilen süreyi sülfatlaşma göstergesi olarak sınırlayın.
• UPS yedek özerkliğini şebeke hizmeti çevrimi sonrasında kapasite ve iç direnç testleriyle periyodik doğrulayın.

Kimler okumalı

VRLA bataryalı UPS dizilerini şebeke hizmetleri için kullanmayı değerlendiren enerji ve elektrik mühendisleri.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Kurşun-asit bataryalar için arıza modları (2.1 Sulu bataryalar, 2.2 VRLA bataryalar)
3. 3. Deney düzeneği (3.1 Modül özellikleri, 3.2 Test protokolleri: referans performans kapasite testi, DC akım darbe testi ile iç direnç ölçümü, tepe traşlama görev çevrimi testi, frekans regülasyonu görev çevrimi testi)
4. 4. Sonuçlar ve tartışma (4.1 Referans performans testi sonuçları, 4.2 Darbe direnci testi sonuçları, 4.3 Yıpranma analizi)
5. 5. Sonuçlar

İlgili standartlar

• IEC 60896-21
• IEC 60896-22
• IEEE 1188
• IEEE 1679

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Nimat Shamim; Vilayanur V. Viswanathan; Edwin C. Thomsen; Guosheng Li; David M. Reed; Vincent L. Sprenkle

Yayıncı

Energies (MDPI AG)

Yıl

2022

Cilt

15

Sayı

9

Sayfalar

3389

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/en15093389

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye