SSB蓄电池钛酸锂电池于风力发电机组中的应用

SSB蓄电池钛酸锂电池于风力发电机组中的应用

在电动变桨早期应用时，一般使用蓄电池作为备用电源。但因铅酸蓄电池特性问题，在使用中存在维护费用高等缺陷，目前主流的解决方法是将铅酸蓄电池替换为超级电容，但是超级电容过高的更换成本，使大多数风电业主难以接受。

钛酸锂电池已广泛应用于汽车领域，在风电行业内尚属空白，但其所具备的良好安全性能、低温性能及超长的使用寿命，使其完全具备于风电领域中使用的可能性。同时由于其相对于超级电容较低的成本，使其作为一种使用寿命超过10年的变桨免维护后备电源，具备非常高的实际使用价值。

关键词：风力发电机；变桨系统；后备电源；钛酸锂电池

1．引言

风力发电机组变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。在风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时，为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定；在风机因突发故障停机时，变桨系统需要调整叶片到安全位置，以保证整个风机安全。如果在风机故障状态下，叶片无法回到安全位置，可能会导致风机发生飞车事故，甚至会导致风机的倒塌。

电动变桨已经成为风电变桨系统技术的主流。电动变桨在正常工作时，由电网供电。在一些故障下，风电变桨系统会和电网脱离，而无法依靠电网工作。所以风电变桨系统会配备备用电源，保证系统在电网相关的故障或其他重大故障下，仍可以将叶片顺桨到安全位置。

在电动变桨早期应用时，一般使用蓄电池作为备用电源。但因铅酸蓄电池特性问题，在使用中存在较多缺陷，目前主流的解决方法是将铅酸蓄电池替换为超级电容，但是超级电容过高的更换成本，使大多数风电业主难以接受。

2．铅酸蓄电池存在的问题

现役风机一般使用12V 7.2AH的铅酸蓄电池作为变桨备用电源，前期投入较低，但在使用过程中，逐渐发现有一些难以克服的缺点。
 

2.1 铅酸蓄电池后期维护成本高

铅酸蓄电池于风电行业平均使用寿命仅2-3年，更换比较频繁。且其充电特性不好，充电时间较长。这使铅酸蓄电池的维护变得非常高，而变桨系统安装在70至100米高的风机上，维护成本太大；同时，不断增多的电池类故障和停电检修后过长的电池充电时间，一再给风电场带来大额的电量损失。

某5MW规模电场机组使用铅酸电池做为变桨后备电源使用，铅酸蓄电池频繁更换，每年采购铅酸蓄电池费用近10万元，同时给现场维护带来大量工作量。铅酸电池故障频繁，平均每年故障近700次，直接导致电量损失超过30万元。风场每次线路巡检完毕后，都有部分机组因铅酸电池问题无法正常起机，平均充电时间24小时以上，导致经济损失超过80万元。因铅酸电池问题直接或间接影响，风场每年损失费用达120万元。

2.2 铅酸蓄电池可靠性不强

铅酸蓄电池的循环寿命短，可靠性不强。早期安装的风机，随着风机使用年限的增加，采用蓄电池作为备用电源的变桨系统正承受着越来越高的安全风险。尤其在2010年后，出现过因为蓄电池的故障，导致风机飞车的事故。

3．钛酸锂电池介绍及其应用

锂离子动力电池是由正极、负极、隔膜及电解液这四个主要部分构成。其中锂离子电池的正极一般是具有高电位且可逆脱嵌锂离子的材料，比如锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。锂离子电池的负极一般是碳负极材料比如石墨。目前对正极材料的研究已经达到一个瓶颈，因此对负极材料的研究成为另外一个关键。钛酸锂便是负极材料里的佼佼者。

钛酸锂电池是以钛酸锂作为负极的锂离子电池，以钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点，已被广泛应用于新能源汽车等行业。