CC BY
46
УДК 541.136
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ В СИСТЕМАХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ
А. С. Филатова
Рассматриваются вопросы об использовании литий-ионных аккумуляторных батарей.Приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов, а также показано сравнение этих аккумуляторов с традиционными свинцово-кислотными.
Ключевые слова: литий-ионные аккумуляторы, свинцово-кислотные аккумуляторы, батареи, энергосбережение.
Ранее [1, 2] авторами рассматривалось устройство для автономного освещения улиц и городов, питание которого осуществляется автономно электрической энергией, полученной с помощью энергии Солнца путем фотоэлектрического преобразования [2]. В статье [2] решались вопросы создания системы такого освещения, но не исследовались способы аккумулирования электрической энергии.
В данном материале сделана попытка подробнее рассмотреть вопросы применения системы аккумулирования электрической энергии при помощи литий-ионных аккумуляторов.
На современном рынке получили более широкое распространение традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы, которые имеют ряд определенных недостатков:
- большие габаритные размеры и массу из-за низкой плотности энергии в аккумуляторе;
- при заряде теряется около 30 % затраченной электрической энергии;
- чувствительны к перезарядке;
- имеют ограниченное число циклов зарядки-разрядки;
- нельзя на морозе оставлять сильно разряженную батарею;
- достаточно трудно прогнозировать время выхода аккумулятора из строя;
- требует специализированного обслуживания.
В связи с развитием технологий, получением новых материалов, уменьшением цены этих материалов появилась возможность применения литий-ионных батарей вместо свинцово-кислотных аккумуляторных.
Литий-ионные аккумуляторы имеют огромные преимущества перед традиционными свинцово-кислотными:
- большой срок службы аккумуляторной батареи, приблизительно около 10 лет, позволяет с высокой вероятностью избежать проблем и расходов, которые связаны с их заменой, что повышает надежность функционирования электротехнических систем;
- меньшие размеры и малая масса, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, при той же емкости;
- зарядка таких батарей выполняется быстрее примерно в 4 раза, что представляет большое преимущество;
- возможность работы при температуре от -20 до +50 °С без значительного изменения или ухудшения показателей;
- почти в 4 раза медленнее происходит разрядка батареи;
- существенным преимуществом является суммарная стоимость затрат на обслуживание, которое снизилось на 65 % с аналогичными моделями других типов аккумулятора.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 12
Однако литий-ионные аккумуляторы имеют и недостатки по сравнению со свинцово-кислотными:
- строгие и высокие требования при их транспортировке;
- большие финансовые вложения из-за высокой стоимости производства и сложной системы управления аккумуляторами при одинаковой мощности практически в 2-3 раза.
Учитывая вышеуказанные преимущества, предлагается оснастить систему автономного освещения с помощью литий-ионных аккумуляторов.
Согласно ПУЭ [11 существуют потребители 1-й категории, где питание происходит от двух независимых источников питания, а из потребителей 1-й категории выделяются потребители особой категории, где требуется третий независимый источник питания, которым может быть дизель-генератор или система аккумуляторов. На современном этапе развития батарей предлагается заменить свинцово-кислотные на литий-ионные аккумуляторы, так как они обладают вышеуказанными преимуществами.
Кроме применения литий-ионных аккумуляторов как независимых источников питания, получает распространение применение данных аккумуляторов в источниках бесперебойного питания (ИБП).
Новые усовершенствованные модели ИБП выполнены по схеме Оп-Ыпес двойным преобразованием. Устройства предназначены для использования там, где требуются высокая надежность и большое время работы оборудования при перерывах в электроснабжении: на промышленных предприятиях среднего размера, в телекоммуникациях, в медицинских лабораториях, при обработке критически важной бизнес-информации [31.
До последнего времени они считались более пожароопасными по сравнению с традиционными аккумуляторами из-за высокой удельной энергии в совокупности с большей чувствительностью к чрезмерно лишнему заряду. Примером этого служат аккумуляторы телефонов, так как были зафиксированы случаи самовозгорания сотовых телефонов.
Впрочем, за последние несколько лет были достигнуты большие успехи в повышению надежности и безопасности литий-ионных аккумуляторов, благодаря изменению в химическом составе и улучшению упаковки элементов, которые сделали их более долговечными, пожаробезопасными. Разработаны специальные схемы управления аккумуляторами, которые отключают батарею в нужный момент времени. Платы защиты способны отключить аккумуляторную батарею при его перегреве и коротком замыкании в нагрузке. Большое количество защитных модулей отключают литий-ионную батарею, что помогает избежать избыточный заряд таких аккумуляторов.
В дальнейшем можно с уверенностью утверждать, что цены на литий-ионные аккумуляторные батареи значительно снизятся, так как на рынке появляются новые технологии, а которые уже существуют значительно быстро модернизируются.
Список литературы
1. ПУЭ 6 и 7 издание. Новосибирск: Изд-во: «Норматика», 2013. 444 с.
2. Сухова Ю.В., Филатова А.С. Разработка освещения остановочных павильонов на базе солнечного преобразователя. Инновационные наукоемкие информационные технологии // Доклады студентов, аспирантов, молодых ученых на научно-технической конференции. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 38 с.
3. Литий-ионные аккумуляторные батареи [Электронный ресурс] URL: https://www.apc.com/ru/ru/campaign/lithium-ion-ups.jsp (дата обращения: 15.10.2018).
Филатова Анастасия Сергеевна, магистр, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
USING LITHIUM-IONIC BA TTERIES IN ELECTRICAL LIGHTING SYSTEMS
A.S. Filatova
This article discusses the use of lithium-ion batteries. The advantages and disadvantages of lithium-ion batteries are presented, and a comparison of these batteries with traditional lead-acid batteries is also shown.
Key words: lithium-ion batteries, lead-acid batteries, batteries, solar lighting, energy
saving.
Filatova Anastasia Sergeevna, magister, nasti-151@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.313
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СХЕМЫ ВЕТРО-ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
С.В. Ершов, С.О. Смолин
К наиболее распространенным возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся ветроэлектростанции (ВЭС). Но основным их недостатком является неравномерность выработки электроэнергии,что требует решения при электроснабжении автономных потребителей,требующих бесперебойного электроснабжения. Эту проблему отчасти можно решить при использовании дизельных электростанций (ДЭС), однако для наиболее удаленных потребителей транспортная составляющая стоимости привозного топлива достигает 70...80 %. С этой целью используются ветро-дизельные комплексы (ВДК), объединяющие в себе дизель-генераторы, ветроге-нераторы, силовые преобразователи, а также накопители энергии
Ключевые слова: ветро-дизельные установки, энергия ветра, ветро-водородная установка.
Технические решения по применению энергии ветра успешно реализуются по всему миру. Так в 2016 г. общая мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) составила более 247 ГВт. Специалисты из Всемирного Совета по использованию энергии ветра полагают, что к 2020 году, благодаря интенсификации ввода мощностей, эта цифра составит 540 ГВт.
Самые большие парки ветроустановок имеют Германия и США. По темпам интенсификации мощности ветроэнергосистем лидерами являются Индия и Китай.
Стремительно продолжается интеграция ветроэлектростанций в энергетические системы. Мощность отдельных ветроустановок приближается к отметке 6 МВт. Намечается тенденция, когда основные производители не принимают участие в разработке новых ветроустановок малой мощности, уступая это направление малоизвестным развивающимся компаниям.
