intTypePromotion=1

Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 5 (Bài 10) - TS. Nguyễn Quang Nam

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:38

0
116
lượt xem
36
download

Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 5 (Bài 10) - TS. Nguyễn Quang Nam

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Năng lượng tái tạo - Chương 5 (Bài 10): Tích trữ năng lượng" cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu về tích trữ năng lượng, hệ thống trữ năng siêu dẫn, bánh đà, các loại pin/ắc-quy, ắc-quy chì-axit, ắc-quy lithium, tiêu tụ điện (supercapacitor, ultracapacitor). Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Năng lượng tái tạo: Chương 5 (Bài 10) - TS. Nguyễn Quang Nam

  1. 408004 Năng lượng tái tạo Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK1 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Bài giảng 10 1
  2. Ch. 5: Tích trữ năng lượng 5.1. Giới thiệu về tích trữ năng lượng 5.2. Hệ thống trữ năng siêu dẫn 5.3. Bánh đà 5.4. Các loại pin/ắc-quy 5.5. Ắc-quy chì-axit 5.6. Ắc-quy lithium 5.7. Siêu tụ điện (supercapacitor, ultracapacitor) Bài giảng 10 2
  3. Giới thiệu về tích trữ năng lượng  Các công nghệ trữ năng không đóng vai trò nguồn năng lượng. Thiết bị lưu trữ có tác dụng hỗ trợ nhằm cải thiện: độ ổn định, chất lượng điện năng và sự an ninh năng lượng.  Các công nghệ phổ biến  Các hệ thống trữ năng siêu dẫn  Các công nghệ bánh đà  Các công nghệ ắc-quy  Siêu tụ điện Bài giảng 10 3
  4. Giới thiệu về tích trữ năng lượng Bài giảng 10 4
  5. Hệ thống trữ năng dùng siêu dẫn  Thiết bị đặc biệt: hệ thống làm lạnh, chỉ có hiệu quả với hệ thống lớn. AC Dewar Transformer Power Conversion System Bypass Line ICoil CSI  Switch Coil or VSI + dc­dc chopper VCoil Cryogenic System Controller Coil Protection Bài giảng 10 5
  6. Hệ thống trữ năng dùng siêu dẫn Bài giảng 10 6
  7. Hệ thống trữ năng dùng bánh đà  Bánh đà có thể được dùng để trữ năng lượng trong hệ thống điện, khi được ghép vào một máy điện.  Năng lượng lưu trữ trong bánh đà phụ thuộc vào mô men quán tính của phần quay và bình phương tốc độ quay. Năng lượng được truyền vào bánh đà khi máy điện hoạt động như một động cơ (gia tốc bánh đà), nạp năng lượng vào thiết bị. Bánh đà giải phóng năng lượng khi máy điện hoạt động ở chế độ máy phát (giảm tốc bánh đà). 1 2 1 E J J mR 2 2 2 Bài giảng 10 7
  8. Hệ thống trữ năng dùng bánh đà Bài giảng 10 8
  9. Các loại pin/ắc-quy  Ở đây đề cập đến các thiết bị lưu trữ năng lượng. Trước hết, chúng ta phân loại theo tính chất năng lượng của thiết bị:  Pin/ắc-quy sơ cấp (không thể nạp lại được)  Pin/ắc-quy thứ cấp (có thể nạp lại được)  Pin/ắc-quy sơ cấp phổ biến là loại carbon-kẽm và kền- mangan. Ngoài ra, người ta cũng sản xuất pin/ắc-quy sơ cấp bằng lithium.  Có khá nhiều loại pin/ắc-quy thứ cấp đang được sử dụng, trong đó một số loại thông dụng được liệt kê ở slide tiếp theo. Bài giảng 10 9
  10. Các loại pin/ắc-quy  Một số pin/ắc-quy thứ cấp thông dụng:  Chì-axit (Lead-acid)  Niken-cađimi (NiCd)  Niken-hyđrôxit kim loại (NiMH)  Lithium-ion (Li-ion): được chia thành ba loại chính, bao gồm lithium-ion-cobalt, lithium-ion-manganese, và lithium- ion-phosphate  Lithium-polymer (Li-Po) Bài giảng 10 10
  11. Ắc-quy chì-axit  Được sáng chế vào năm 1859, đây là loại ắc-quy có thể nạp lại đầu tiên được thương mại hóa.  Ưu điểm chính là độ tin cậy cao và giá rẻ (trên đơn vị công suất). Nhược điểm chính là nặng nề và kém bền hơn ắc-quy gốc niken và lithium khi phóng điện sâu.  Tùy vào độ sâu phóng điện, số chu kỳ nạp/phóng của ắc-quy chì-axit là khoảng 200 – 300 chu kỳ. Nhiệt độ tăng cao và tốc độ phóng điện cao hơn sẽ làm giảm giới hạn này.  Ắc-quy chì-axit không cho phép nạp nhanh, thông thường phải được nạp ở tốc độ C/10 trong thời gian 14 – 16 giờ. Bài giảng 10 11
  12. Ắc-quy chì-axit  Ắc-quy chì-axit không bị hiệu ứng nhớ như ắc-quy gốc niken, và có mức tự phóng điện thấp nhất trong số các ắc-quy có thể nạp lại.  Ắc-quy chì-axit kín khí (hay không cần bảo dưỡng) sử dụng công nghệ gel (còn gọi là VRLA) hay absorbent glass mat (AGM) để giảm tối đa sự hao hụt nước và cho phép sử dụng ắc-quy ở bất kỳ tư thế nào.  Nhiệt độ làm việc tối ưu của VRLA là 25 C, và mỗi 8 C gia tăng sẽ làm giảm một nửa tuổi thọ của ắc-quy. Bài giảng 10 12
  13. Nạp điện cho ắc-quy chì-axit  Ắc-quy chì-axit dùng một thuật toán dựa vào điện áp tương tự như ắc-quy lithium-ion.  Thời gian nạp của ắc-quy nhỏ (SLA) là 12 – 16 giờ, và đến 36 – 48 giờ với các ắc-quy lớn.  Ắc-quy chì-axit nên được nạp theo ba giai đoạn: nạp ở dòng điện không đổi, nạp bổ sung, và nạp thả nổi.  Nạp ở dòng không đổi đưa phần lớn điện tích vào ắc-quy và kéo dài khoảng một nửa thời gian cần nạp, sau đó giai đoạn nạp bổ sung tiếp tục ở dòng điện thấp hơn và ắc-quy bão hòa, và nạp thả nổi bù cho các hao hụt do tự phóng điện. Bài giảng 10 13
  14. Nạp điện cho ắc-quy chì-axit  Giai đoạn 1: điện áp tăng ở dòng điện không đổi. Giải đoạn 2: điện áp đạt đỉnh, dòng điện giảm dần. Giai đoạn 3: nạp thả nổi bù cho việc tự phóng điện, điện áp giảm xuống. Bài giảng 10 14
  15. Nạp điện cho ắc-quy chì-axit  Trong giai đoạn nạp ở dòng không đổi, ắc-quy nạp đến 70% dung lượng trong 5 – 8 giờ, 30% còn lại được cung cấp bởi giai đoạn nạp bổ sung.  Việc nạp bổ sung là cần thiết để giúp ắc-quy hoạt động tốt. Nếu bỏ qua giai đoạn này, ắc-quy sẽ mất dần dung lượng.  Sự chuyển tiếp từ giai đoạn 1 sang giai đoạn 2 xảy ra một cách tự nhiên khi ắc-quy đạt giới hạn điện áp. Dòng điện sẽ giảm xuống khi ắc-quy bắt đầu bão hòa, và ắc-quy đầy khi dòng điện còn bằng 3% dòng điện danh định.  Điện áp của một ngăn khi đầy là 2,3 đến 2,45 V. Bài giảng 10 15
  16. Nạp điện cho ắc-quy chì-axit  Khi đã nạp đầy, ắc-quy không nên được đặt điện áp nạp bổ sung quá 48 giờ, mà phải giảm xuống mức điện áp nạp thả nổi, đặc biệt cho các hệ kín khí.  Ắc-quy chì-axit phải luôn luôn được lưu trữ ở trạng thái được nạp, và phải nạp bổ sung mỗi 6 tháng để điện áp của ngăn không giảm xuống dưới 2,1 V.  Việc đo điện áp hở mạch khi ắc-quy đã được nghỉ vài giờ sẽ cung cấp thông tin đáng tin cậy về trạng thái điện tích (SOC) của ắc-quy. Chú ý sự phụ thuộc của điện áp vào nhiệt độ (nhiệt độ tăng thì điện áp cũng tăng). Bài giảng 10 16
  17. Ắc-quy lithium  Lithium là kim loại nhẹ nhất, có thế điện hóa lớn nhất và cung cấp suất năng lượng lớn nhất.  Sự không ổn định của kim loại lithium trong các pin/ắc-quy thứ cấp gốc lithium đầu tiên đã dẫn đến việc sử dụng ion lithitum.  Suất năng lượng của Li-ion gấp đôi của NiCd, nhờ vào điện thế danh định của cell là 3,6 V so với 1,2 V của thiết bị gốc niken.  Đặc tính phóng điện dạng nằm ngang cho phép tận dụng hiệu quả năng lượng lưu trữ trong pin/ắc-quy. Bài giảng 10 17
  18. Ắc-quy lithium-ion  Chi phí sản xuất pin/ắc-quy Li-ion giảm mạnh sau 2 thập kỷ, trong khi dung lượng lại tăng lên vài lần, kết hợp với sự gia tăng suất năng lượng và sự vắng mặt của các vật liệu độc hại đã dọn đường cho Li-ion trở thành pin/ắc-quy được chấp nhận rộng rãi trong các ứng dụng xách tay.  Li-ion ít cần bảo dưỡng, không có hiệu ứng nhớ và không cần phóng điện hoàn toàn để duy trì dung lượng.  Điện áp danh định 3,6 V rất phù hợp cho các điện thoại và camera, giúp đơn giản hóa và giảm chi phí.  Nhược điểm là cần có mạch bảo vệ và giá thành còn cao. Bài giảng 10 18
  19. Ắc-quy lithium-ion  Mặc dù đều dùng ion lithium, có nhiều loại pin/ắc-quy lithium- ion, do chúng dùng vật liệu làm cathode khác nhau.  Cathode có thể được chế tạo từ Lithium Cobalt Oxide, Lithium Manganese Oxide, Lithium Iron Phosphate, Lithium Nickel Manganese Cobalt (NMC) và Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA).  Trong những năm gần đây, hầu hết các nhà sản xuất đều dùng than chì làm anode, thay cho than cốc, để đạt được đặc tính phóng điện nằm ngang hơn. Bài giảng 10 19
  20. Ắc-quy lithium-ion Li-cobalt Li-manganese Li-phosphate NMC Specifications LiCoO2 (LCO) LiMn2O4 (LMO) LiFePO4 (LFP) LiNiMnCoO2 Voltage 3.60V 3.80V 3.30V 3.60/3.70V Charge limit 4.20V 4.20V 3.60V 4.20V Cycle life 500–1,000 500–1,000 1,000–2,000 1,000–2,000 Operating Average Average Good Good temperature Specific energy 150–190Wh/kg 100–135Wh/kg 90–120Wh/kg 140-180Wh/kg Specific power 1C 10C, 40C pulse 35C continuous 10C Bài giảng 10 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2