铁电池在航标能源系统中的应用探讨

发表时间:2018/7/12   来源:《新材料.新装饰》2018年2月上   作者:韩毅 冯春龙
[导读] 通过统计当前航标能源系统在巡检维护中遇到的能源问题,分析铅酸蓄电池工作特性与航标实际工作环境的矛盾。在此基础上,通过分析铁电池工作特性分析,得出来铁电池在航标应用的可行性。

(北海航海保障中心青岛航标处,青岛 266001)
摘要:通过统计当前航标能源系统在巡检维护中遇到的能源问题,分析铅酸蓄电池工作特性与航标实际工作环境的矛盾。在此基础上,通过分析铁电池工作特性分析,得出来铁电池在航标应用的可行性。
关键词:航标能源;铅酸蓄电池;铁电池;可行性

 
        一、铅酸蓄电在航标能源系统应用过程中出现的问题
        从20世纪90年代,北方海区推广光伏太阳能系统以来,铅酸蓄电池就作为该系统重要的储能装置。到2016年底,铅酸蓄电池已在航标能源系统中服役了近26年。铅酸蓄电池价格低廉、电压稳定、免维护的特点符合航标行业的要求,为航标效能的正常发挥做出了巨大的贡献。
        但我们不得不正视,面对突飞猛进的新科技时代,铅酸蓄电池虽然有一些优点,已经逐渐跟不上航标技术的新时代要求。一是铅酸蓄电池生产回收过程对环境造成重金属污染,与绿色航标的发展理念背道而驰。铅酸电池在生产环节中产生的含铅废水、废气、铅尘等污染物,极易造成对环境的重金属污染。二是铅酸蓄电池在实际航标工作环境寿命与设计相差大。灯浮标工作环境恶劣,夏季电池箱在太阳直射下,内部温度能达到55℃以上,而冬季北方海区海上气温寒冷,最低温度能达到-20°左右,以青岛航标处广泛采用的武汉长光电池有限公司生产的100AH,12V阀控式铅酸粗电池为例,其最佳运行温度环境为20℃-25℃,极限范围为-15℃-45℃,而有研究表明,25℃是铅酸蓄电池可获得较长的寿命的最理想环境,若运行温度升高10℃则电池使用寿命就约会降低为原来二分之一,则铅酸电池温度技术参数与航标实际工作环境差距大的使用特性导致在海上应用环境中电池的寿命、可靠性大大降低,尤其是在夏季、冬季,其实际使用寿命多为2到3年。三是铅酸电池能量密度低,重量大、体积大,以青岛航标灯浮标光伏太阳能系统为例,储能电源由两块100AH,12V铅酸电池组成,一块重量为33.8KG,两块达到了67.6KG,若航标抢修需更换蓄电池,即使在无风浪条件下也需3-4人协作才能完成蓄电池更换任务,尤其目前航保一线航标工人年龄结构老化,在有风浪条件下作业难度更为艰难;另外由于体积大,两块蓄电池之间必须由两长约30厘米的蓄电池连接线进行连接,连接线经常由于蓄电池拉扯、晃动出现折断,降低了光伏太阳能系统的可靠性。四是现在随着航标系统新设备逐渐增加,增加了对太阳能光伏发电系统的蓄电池电容量要求,以青岛航标处为例,现在灯浮标上逐渐普及安装AIS设备,以及在重点水域航标安装雷达应答器,这些设备无疑增加了系统储能装置电容量的要求,一般只安装一灯器的灯浮标,需两块100AH,12v的铅酸蓄电池,增加AIS,雷达应答器的灯浮标,仍为两块100AH,12v的铅酸蓄电池,这会对整个太阳能光伏系统的可靠性带来很大危险,一旦遇到连续阴雨天气,必然会出现大面积的蓄电池亏电问题,影响灯浮标助航效能的正常能发挥。若考虑增加铅酸蓄电池电容量,又会带来了体积、重量的增加等带来更多航标巡检保养难题。
        二、磷酸铁锂电池的优势
        磷酸铁锂电池作为一种新型电池,在电动汽车领域应用广泛,比亚迪新能源汽车大部分采用了磷酸铁锂电池,安全性可靠性得倒很好的验证。
        磷酸铁锂电池拥有以下几大优点:一是材料曾列入“十五”期间的“863”国家高科技发展计划,其在生产和使用环节都是环保无毒、无污染,符合欧洲ROHS认定,是国家重点支持发展的项目。而且磷酸铁电池不含贵金属材料,其生产正极的主要原材料氧化铁、碳酸锂在中国储量特别丰富,在中国新能源汽车领域大量应用,在规模效应的推动下,成本将迅速下降。二是磷酸铁锂电池工作温度范围宽广可达到-20-75度范围,符合航标服役实际,降低浮标工作环境恶劣导致的蓄电池寿命下降的难题。三是循环寿命长,磷酸铁锂电池可达到2000以上,而铅酸电池循环寿命一般只有200-300,但如果以磷酸铁锂电池的循环寿命2000,并按照每天放电一次计算,实际可达到七年以上。在实际工作中,浮标的保养年限一般为三年,三年后就起吊保养,同时也更换光伏太阳能系统,磷酸铁锂电池的使用寿命远高于工作要求的寿命。四是铅酸电池的重量比能为30-50Wh/Kg,磷酸铁锂电池达到120Wh/K,同等规格条件下,磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池的2/3,重量是铅酸蓄电池的1/3,面对航标抢修更换蓄电池任务时,可大为减少一线航标工人的工作强度,尤其是是在海上风浪较大的条件下的抢修作业。五是电池容量大,磷酸铁锂蓄电池容量范围为5AH-1000AH。
        三、铁电池在航标能源系统应用的可行性分析
        目前,航标电池可选择的电池包括:锰酸锂电池、镍氢电池、铅酸电池、镍镉电池和磷酸铁锂电池等。
        如下表所示,磷酸铁锂电池在容量上与其他电池相当,并且在安全性和循环行上具有明显优势。
        磷酸铁锂电池相比铅酸电池你在航标实际应用过程中拥有绝对的优势,但若想投入实际应用必须考虑磷酸铁电池的价格问题,目前主流的磷酸铁锂电池价格(/AH),约为铅酸蓄电池两倍,但相信随着铁电池规模化程度的不断加大,磷酸铁电池的价格也会有很大的下降空间。
        表3.1蓄电池性能比较
                   

        四、总结与展望
        通过以上的分析,磷酸铁锂电池在航标能源系统的应用是具有极大的实际意义的,证明了磷酸铁锂电池在同传统铅酸电池比较中的巨大优势,可以在实际使用过程中很大程度上降低抢修维护任务强度,提高光伏太阳能系统可靠性、绿色环保等多种优势。
        当然目前来看,也存在着磷酸铁锂电池相对价格较高的问题,但相信随着中国铁电池行业发展,尤其是新能源汽车行业的发展,规模化程度的进一步推进,磷酸铁电池的价格将会存在很大的下降空间。结合目前的市场趋势,综合考虑,在航标系统中使用磷酸铁锂电池,可以降低人力成本,提高系统可靠性,降低船舶出航次数、降低抢修任务强度等诸多因素,所以新能源磷酸铁锂电池在航标能源系统中的全面应用前景还是很明朗。
 

 

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