公用事业和工业工厂在电网停电时依赖可靠且有弹性的备用电源。电池技术是链条中的关键环节，是不间断电源和其他应用的主要能量存储和释放源。纯铅电池，例如薄板纯铅 （tppl），已成为一种适用于基本安装的成熟技术，但必须正确调整和维护它们。本电子指南介绍了 tppl 电池在公用事业和工业应用中的优势，并提供了实施此类解决方案的最佳实践方法，以最大限度地提高可用性并降低整个生命周期的成本。
现代薄板纯铅电池技术如何提供关键
介绍
电池对于工业和公用事业工厂内部的灵活供电至关重要。
例如，在变电站中，电池作为不间断电源 （UPS） 的一部分，在电网发生故障时提供关键的备用电源，确保设备连续运行。它们还可用于其他活动，例如负载平衡和调峰，以及用于整合来自不可预测的来源（如风电场）的可再生能源。
同时，电池也用于全球制造工厂的广泛应用。它们有可能提供一种高效的储能方式，以减少高峰时段的高峰需求，从而降低电力成本。
简而言之，电池被视为一种久经考验且值得信赖的技术，可以在公用事业和工业应用中按需提供灵活、可靠和可持续的电力。研究表明，2023 年公用事业和工业等应用的电池市场价值为 212 亿美元，预计到 2029 年将达到 347 亿美元，年复合增长率为 10.3%。电池是一门大生意，随着工业和公用事业最终用户越来越多地寻求实现运营电气化，电池将继续如此。
本电子指南及时解释了电池在公用事业和工业应用中的优势，特别关注成熟的纯铅化学成分，例如薄板纯铅 （TPPL）。它还提供了一种在公用事业和工业设施中实施此类电池的最佳实践方法，以实现最大可用性和更低的整个生命周期成本。
富液式电池有其缺点
从历史上看，对于需要待机浮动的电池用户，即使用浮动充电来持续保持电池处于充满电状态，以便它们准备好应对市电供应的任何中断，电池的使用寿命被认为是最重要的标准。到目前为止，这些应用中的大多数主要依赖于使用传统的富液式铅酸电池，例如通风铅酸 （VLA） 电池。尽管这些电池在使用寿命方面具有吸引力，但一些缺点越来越明显。
首先，虽然可以通过正确调整 VLA 电池的尺寸来获得所需的能量密度，但 TPPL 电池具有更高的能量密度，并且可以在相同的占地面积下提供更多的功率。对于公用事业和工业工厂中空间越来越受限的实施，这是一个重要的考虑因素。
其次，富液式电池类型需要通风，这可能会对布局产生影响。富液式电池也需要定期维护，电解液需要定期加注。最后，TPPL 电池接受比 VLA 更快的充电，这在连续发生进一步停电时非常有用。
因此，公用事业和工业工厂运营商现在正在考虑其他类型的工业电池，这些电池结合了使用寿命、能量密度和低维护性。因此，阀控式铅酸 （VRLA） 电池，尤其是 TPPL，在这一类别中具有吸引力。
了解向 TPPL 的转变
VRLA 电池的发展克服了 VLA 的许多局限性。通过在电极之间加入吸收性玻璃纤维毡 （AGM） 隔板，VRLA 已经能够减少电解液水分的损失（以及随之而来的维护工作）。这些电池还获得了比 VLA（富液式）电池高得多的能量密度，并且通风要求要低得多，这意味着电池可以安装在它们供电的设备旁边。VRLA 电池不再需要保持直立，但可以根据应用要求进行定向。由于消除了电解液溢出的可能性，因此它们更易于运输。
最初的电池使用由铅钙等材料组成的板栅（今天仍在某些应用中使用）。然而，重要的是要注意，铅钙电池和 TPPL 电池的板栅完整性会因腐蚀而随着时间的推移而恶化。关键区别在于腐蚀机制和速率;由于铅钙网格的晶粒尺寸和夹杂物，铅钙网格往往比 TPPL 腐蚀得更快。
TPPL 技术的出现成功地在其他方面显着推动了 VRLA 电池的发展。TPPL 电池中极板的厚度减小，使它们能够紧密地封装在一起，提供较大的电抗表面积和低内阻，从而提高功率密度。因此，TPPL 电池可以快速充电，并且能够提供高电流峰值而没有任何电压降。
TPPL 电池可以快速充电，并且能够提供高电流峰值而没有任何电压降，TPPL 电池也是免维护的。
TPPL 电池也是免维护的。它们配备了泄压阀，允许气体重新混合，并且仅在内部压力超过预定阈值时打开。与其他一些电池类型不同，TPPL 电池没有可拆卸的盖子或加水开口，因为它们不需要加水——这消除了维护并有助于减少水的消耗。另一个优点是 AGM 技术，它将电解液吸收到板之间的玻璃垫分离器中。这种设计可防止电解液蒸发或溢出，无需加注。
此外，它们的气体排放量极低。它们具有较长的循环寿命，尤其是在经历重复的微循环放电后再进行部分充电作时，为下一次停电做好准备。低自放电率还允许电池长时间存放。
如何调整 TPPL 解决方案的规模
TPPL 电池的固有设计允许公用事业和工业用户选择和安装具有多种优势的解决方案，包括延长使用寿命、提高充电接受能力、高可靠性和坚固的结构，同时最大限度地延长正常运行时间和降低维护成本。这种选择可以使维护工程师和此类工厂中的其他实际团队成员的工作变得更加轻松。采用 TPPL 可以提高弹性、降低风险、降低整个生命周期的成本，并更好地利用维护团队的资源。
让我们更详细地了解采用 TPPL 电池如何在公用事业和工业应用中提供性能优势。旅程的第一点是合理调整设计的大小。凭借多年的电池经验，EnerSys 依靠高素质和经验丰富的技术团队来帮助指导最终用户选择最合适的产品。这种协作方法可确保优化的电池系统尺寸适合其应用。这些支持团队采用与技术无关的方法来确定电池规格，拥有广泛的产品组合，确保选择正确的电池，而不仅仅是任何电池。
此外，在线电池大小调整工具提供了一个明智的起点。这些工具与碳足迹和总拥有成本 （TCO） 计算器一起，可以确定机架、附件和各种房间布局的最佳配置选项。这在空间受限且环境条件可能变化很大的公用事业和工业工厂中尤 为重要。
EnerSys 在公用事业和工业市场拥有悠久的业绩记录，因此它积累了全面的电池技术知识。我们鼓励技术团队建立长期的关系并与最终用户合作。这种“值得信赖的顾问”关系可确保最终用户为任何部署选择具有适当配置的合适电池架构。
让维护团队的工作更轻松
一旦在现场选择和安装，TPPL 电池就可以支持更简化的维护活动，提高整个现场运营的效率。通常，维护经理和作人员都是忙碌的人。他们发挥着非常多样化的实践作用，根据各种现场策略和时间表进行例行检查和预防性维护。电池只是复杂的互连技术网络的一部分。当它们表现不佳或失败时，需要花费大量的精力和资源才能使它们重新上线。
管理维护计划的物流，尤其是对于发电站或制造厂等大型系统，可能极具挑战性。因此，TPPL 电池的免维护运行是一个关键的考虑因素。如前所述，其固有的设计特性意味着它们不需要定期浇水或电解液检查，从而减少了现场维护的需要。这一特性显著降低了从外部承包商到现场的“上门服务”频率，最大限度地减少了对运营的物流干扰，并降低了长期的维护成本。事实上，据估计，与传统的富液式电池相比，TPPL 在其生命周期内可以节省高达 50% 的维护成本，并通过减少“上门服务”创造相关的可持续性优势。
经过现场验证的使用寿命的优势
与传统的铅钙电池相比，TPPL 还提供更长的现场验证使用寿命。更少的更换零件等同于改善 TCO。例如，TPPL 电池的更换时间通常为 8-9 年，而其他技术的更换时间为 3-5 年。这些因素意味着 TPPL 电池安装后需要更换的频率降低，从而减少了外部现场访问和相关停机时间的需要。这些是维护团队的基本考虑因素，他们的资源可以更好地用于其他方面。
这种设计创新意味着 TPPL 电池可以在放电率增加的情况下，以更小的单元实现更高的容量水平和更长的运行时间，使其比传统的铅酸电池更高效、更耐用。
TPPL 通过减少栅极腐蚀，使 VRLA 铅酸技术取得了重大进步，栅极腐蚀是导致电池寿命和性能降低的常见问题。
在传统的铅酸电池中，由铅或铅合金制成的正极板栅支持电池的正极活性材料 （PAM） 并导电。然而，由于该板栅在硫酸环境中运行，因此容易腐蚀，当铅转化为密度较低的铅氧化物时，会导致电导率损失和板栅体积增加。这种腐蚀会降低电池的导电能力并导致电网的物理增长，这可能会破坏 PAM 与电网之间的电气接触，最终导致电池故障。浮充电压、温度，尤其是铅的纯度等因素都会影响腐蚀速率，高纯度铅的腐蚀速率比含钙等元素的铅合金慢。
TPPL 技术利用高纯度铅来构建电池板栅，显着减缓腐蚀过程，并随着时间的推移保持板栅的完整性和导电性。该技术允许更薄的网格，从而更薄的电极，增加了可以安装在电池内的电极数量，并提高了反应表面积和活性材料利用的效率。这种设计创新意味着 TPPL 电池可以用更小的单元实现更高的容量水平和更长的运行时间，即使放电率增加，也使其比依赖较厚板栅来补偿快速腐蚀的传统铅酸电池更高效、更耐用。
快速充电，实现弹性运营
TPPL 还提供其他技术性能优势，从而提高公用事业和工业工厂内部的运营效率。例如，它们通常比传统的铅酸电池具有更好的充电接受能力。它们可以更高效地进行充电，确保电池准备好供电，而不会延长充电时间或对充电系统造成过大的压力。
由于可用的电抗表面积更大，TPPL 提供了在放电事件后减少 UPS 电池充电时间的机会（前提是有足够的充电电流）。TPPL 产品（例如 PowerSafe® SBS 电池系列）不需要电流限制，前提是充电电压得到适当调节。采用 TPPL 技术的电池很容易接受 1C（100Ahr 电池为 100A），直到它接近 80% 到 85% 的充电状态 （SoC），同时保持非常高的能效水平。这意味着电池可以在完全深度放电后的大约 50 分钟内达到 80% 的 SoC（并在不到 2.5 小时的时间内达到 100% 的 SoC）。在更典型的低于完全放电的情况下，预期的充电时间会更短。
同时，由于内阻较低，TPPL 电池在浮充时也非常有效。与传统铅酸电池相比，以更低的浮动电流运行可降低电力消耗，从而降低最终用户的范围 2 排放。
坚固的材料和构造技术
TPPL 电池还采用耐用材料和先进的制造技术制成，使其对机械损伤和环境压力具有很强的抵抗力。这种坚固的结构确保电池能够承受恶劣的工作条件，而不会影响性能，从而降低过早失效的可能性和计划外维护活动的需求。
稳健性在很大程度上来自于在恶劣作环境（包括军事应用）中部署的长期记录，这导致了一系列技术改进。端子得到了加强，并在板之间使用了更耐用的 AGM 纸。许多想法被应用于备用电源市场，并用于提高 TPPL 电池的使用寿命和性能，使其对冲击和振动等因素具有很强的抵抗力。
此外，在世界某些地区，例如美国，预计 TPPL 电池将在地震事件期间提供可靠的电力。因此，根据 IEEE 693 等标准进行抗震测试，以满足变电站等最终用户应用的抗震设计建议。多年来，地震测试已经为组件（例如电池中使用的接线片）提供了某些设计更改，以便为连接电缆或电线提供安全连接点。在受气候变化和极端天气事件影响的世界中，EnerSys 致力于持续的产品发展，以确保电池始终适合使用。
ENERSYS：您的电池电源合作伙伴
总之，TPPL 等纯铅电池为公用事业和发电厂提供了可靠且可持续的选择。对于希望确保正常运行时间的维护经理和作员来说，通常是在具有挑战性的环境中，好处包括：
- 高可靠性
- 快速充电
- 宽温度范围
- 减少占地面积
- 免 维护
- 更低的浮动电流，节省能源
EnerSys 在开发 TPPL 等纯铅电池方面拥有大约 50 年的经验。它提供广泛的坚固、可扩展和低维护的电池系统产品组合，无论何种应用，都能为公用事业和工业市场提供合适大小的电力。这些产品在美国和欧洲的一流设施中按照最高标准制造，并以优质的售后护理为后盾。最终，这些解决方案为工厂和发电站提供可靠且可持续的电力，最大限度地延长正常运行时间并降低整个生命周期的成本。
