Акумулатори за подемно-транспортна техника

ЕлектроенергетикаТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 6, 2021 • 08.11.2021

Литиево-йонните батерии съставляват основен дял от общите разходи за притежание на електрокар и са главната причина за ценовата разлика в сравнение с дизелов мотокар

Съществено предимство на литиево-йонната технология спрямо оловно-киселинната е липсата на специфични изисквания за поддръжка

Не трябва да се пренебрегва и фактът, че литиево-йонната батерия тежи три пъти по-малко от оловно-киселинен аналог със същия капацитет

Устойчивите практики бързо се превръщат в ключов индикатор за редица компании. Причината за това е, че на опазването на околната среда се гледа като на споделена отговорност, а положителният профил на фирмите по отношение на устойчивостта се смята за предимство. Както инвеститорите, така и клиентите често проучват екологичността на дадено дружество, преди да стартират сътрудничество с него.
Компаниите от сектора на търговията на дребно, електронната търговия, производителите на автомобили и др. дефинират ясни изисквания за избора на логистични партньори. За фирмите, специализирани в манипулирането и транспортирането на материали, това означава, че ще е необходимо да предоставят данни за въглеродния си отпечатък при преговорите за сключване на нови сделки.

Основен аспект обаче е фактът, че ползвателите на подемно-транспортна техника са под нарастващ натиск от страна на клиентите си да представят планове за намаляване на употребата на изкопаеми горива в дейността си. Добрата новина е, че днес е възможно да се отговори на тези изисквания по начин, удовлетворяващ всички засегнати страни.
Електрическата подемно-транспортна техника представлява една част от уравнението. Електрокарите с нулеви емисии отварят много възможности не само по отношение на подобрена екоефективност, но и по-висока ергономичност и техническа опростеност, при минимална необходимост от превантивна поддръжка.

 

Защо електрическа подемно-транспортна техника?

Технологията на работещото на гориво оборудване еволюира в продължение на повече от век и днес е силно усъвършенствана, особено що се отнася до горивната ефективност и редуцирането на емисиите на вредните отработени газове и прахови частици. Технологията на дизеловите двигатели вече е на такова ниво, че понастоящем подобряването й е доста трудна задача. Свеждането на емисиите на въглероден диоксид до нула обаче е невъзможно. Концентрацията му в отработените газове зависи от съдържанието на въглерод в горивото и от горивната ефективност на дизеловия двигател.

За да намалят още емисиите на въглероден диоксид и други отработени газове, производителите на подемно-транспортна техника залагат на електрически задвижвания, предимно с литиево-йонни батерии. Процесът на електрификация трябва да е насочен към максимално оползотворяване на новите разработки и намирането на начини за минимизиране на значимостта на области, в които дизеловото оборудване все още има конкурентно предимство.
Някои компании избират електрическа подемно-транспортна техника с литиево-йонни батерии заради тяхната ефективност или заради намерението си да сведат до минимум приноса си към атмосферните емисии от изгарянето на изкопаеми горива. Други залагат на тях, защото виждат бъдещето в двигателите с нулеви емисии, по-добри експлоатационни параметри и възможност за спестяване на оперативни разходи. Това оборудване гарантира много по-малко въздействие върху околната среда, не само по отношение на емисиите на парникови газове и прахови частици, но и по отношение на шум, вибрации и риск от замърсяване. То предлага също полезни нови функции за ежедневна употреба.

Що се отнася до енергопотребление, електрическите двигатели са значително по-ефективни от дизеловите. Около 90% от електрическата енергия се преобразува в полезна работа, докато при дизеловите двигатели процентът е едва 40. Съхранението и повторното използване на регенерирана енергия от спирачна дейност добавят допълнителна ефективност за електрическите задвижвания.
Литиево-йонните батерии съставляват основен дял от общите разходи за притежание на електрокар и са главната причина за ценовата разлика в сравнение с дизелов мотокар. Ако се следват препоръките на производителя обаче, експлоатационният живот на батерията достига над 3000 зарядни цикъла, което средностатистически е еквивалентно на около 5 – 6 години. Тъй като в рамките на сервизния си живот електрокарът вероятно ще се нуждае от подмяна на батерията в даден момент, може да се смята, че разходите, свързани с това, са оперативни.

Освен енергийна ефективност електрическата подемно-транспортна техника предлага предимства като отделяне на по-малко количество топлина и механична опростеност, което обуславя редуцирана необходимост от поддръжка и по-висока надеждност.
Зареждането на акумулаторна батерия отнема много повече време в сравнение с пълненето на резервоар с гориво. След свързването на зарядния кабел обаче, процесът е напълно автоматичен и операторът е свободен за изпълнение на други задачи. Въздействието от прекъсванията за зареждане може да бъде сведенo до минимум и те лесно могат да бъдат синхронизирани например с обедните почивки. При бързо зареждане процесът отнема приблизително 45 минути. Тъй като електрическото подемно-транспортно оборудване обикновено работи при заряд между 20 и 90%, не е необходимо то да се използва до пълното разреждане на батерията. Зареждането при възможност (възползването от по-кратки прекъсвания за дозареждане) може да помогне за разширяване на работния обхват, без да се оказва въздействие върху живота на батерията, дори ако тя се зарежда по-бавно през нощта. Това не е така при оловно-киселинните акумулатори, чийто експлоатационен живот намалява, ако не се презареждат напълно всеки път.

Операторите оценяват и динамичния характер на електрокарите, които предлагат максимален въртящ момент дори при ниска скорост, което подобрява ускорението и показателите при подемните операции в сравнение с дизелов мотокар със същия капацитет. Ограничените шум и вибрации осигуряват по-спокойна работна среда за операторите, позволявайки по-ниски нива на умора в края на смяната.

 

Литиево-йонни vs. оловно-киселинни

При сравняване на двете технологии следва да се отчетат фактори като ефективност, безопасност, време за зареждане, съхранение на енергийна плътност, тегло, поддръжка, жизнен цикъл, температурна чувствителност и разходи. На пръв поглед литиево-йонните батерии може да изглеждат по-скъпи. При разглеждане на всички ползи обаче, заключението е, че те са по-рентабилното решение.

Както беше споменато, литиево-йонните батерии се характеризират с експлоатационен живот от около 3000 цикъла и ефективност над 96%, докато при оловно-киселинните акумулатори тези показатели са съответно 1200 – 1400 цикъла и 70%. Литиево-йонните батерии се зареждат напълно за 45 минути и могат да се ползват 2 – 3 часа самостоятелно или 4 – 6 часа в комбинация с още една батерия. За цяла 8-часова работна смяна е необходимо акумулаторите да се зареждат при възможност и за по-продължителен период през обедната почивка. Оловно-киселинните акумулатори се зареждат обикновено за около 8 часа и издържат също толкова или по-малко. Съществено предимство на литиево-йонната технология спрямо оловно-киселинната е липсата на специфични изисквания за поддръжка. При оловно-киселинните акумулатори поддръжката трябва да е регулярна (например доливане на вода).

За приложението и на двете технологии са необходими зарядни станции – за литиево-йонните с мощност 75/150 kW (единична/двойна батерия), а един 200-киловатов оловно-киселинен акумулатор се нуждае от около 30 kW зарядна мощност. Преимуществото тук е, че зарядните станции за литиево-йонни батерии могат да бъдат разположени навсякъде по продължение на маршрута на подемно-транспортната техника, докато тези за оловно-киселинни акумулатори изискват наличие на вентилационна система или разполагане на открито поради емисиите на водород, свързани с риск от експлозия.

Оловно-киселините батерии имат едва 70% зарядна ефективност, тъй като се нуждаят от повече енергия за презареждане, отколкото предоставят. Сред останалите проблеми с презареждането са продължителността на процеса, както и влошаването на показателите на батерията при бързо или частично зареждане. Зарядното устройство също така не събира цялостна информация за акумулатора – проверява се единствено напрежението. Температурните изменения обаче също влияят на профила на презареждане и ако температурата не се измерва, батерията никога няма да се зареди напълно през зимата и ще отделя прекалено много газове през лятото. В допълнение използването на неподходящо зарядно устройство или настройка редуцира експлоатационния живот на акумулатора. Независимо от всички тези фактори обаче, повечето индустриални обекти разполагат със зарядна инфраструктура за оловно-киселинни батерии. Налице са и добри практики за рециклиране благодарение на богатия опит с този тип акумулатори.

Теоретично една литиево-йонна батерия може да бъде заредена бързо до 100%. Тъй като тези акумулатори могат да бъдат презаредени многократно в рамките на кратък период от време, подемно-транспортната техника може да бъде захранвана с литиево-йонна батерия с по-нисък инсталиран капацитет, отколкото е нужен за оловно-киселинните акумулатори. Система за управление на батерията контролира зарядното устройство така, че то да подава ток с точно определена големина, съответстваща на вътрешните параметри (напрежение, температура, ниво на заряд и др.). При малфункция батерията не се свързва с устройството, т.е. тя е напълно защитена. Не трябва да се пренебрегва и фактът, че литиево-йонната батерия тежи три пъти по-малко от оловно-киселинен аналог със същия капацитет.

Оловно-киселинните батерии се характеризират с високи разходи за поддръжка – потребителите трябва да доливат електролит, да обслужват системата за доливане и да отстраняват оксидите от елементите и клемите. С това са свързани три вида по-малко явни, но все пак съществени разходи – обособяването на специална зона за зареждане, необходимостта от вентилационна система и деминерализирана вода за доливане. Зарядната инфраструктура за литиево-йонни акумулатори се поддържа изключително лесно, при зареждане не се отделят газове и няма нужда от доливане на вода. Освен това в сравнение с оловно-киселинни акумулатори със същия капацитет литиево-йонните батерии издържат приблизително три пъти по-дълго, без да губят ефективността си с времето.

Оловно-киселинните акумулатори не са запечатани, нямат интегрирана електроника, която да позволи избягването на рискове за безопасността, и отделят водород по време на зареждане. Тъй като литиево-йонните батерии не изпускат емисии, те са подходящи за всякакви приложения (включително IP67). В допълнение електрокарите разполагат с 3 различни системи, които защитават акумулатора – за автоматично разединяване, за балансиране и управление на клетките и за автоматични предупреждения при възникване на проблем, даващи възможност за дистанционно управление.

Използваните акумулатори следва да се обезвреждат отговорно. Освен традиционното рециклиране, някои негодни за употреба литиево-йонни батерии могат да се използват за други цели. Когато един оловно-киселинен акумулатор достигне 80% изправност на батерията (state of health, SOH), той вече не е подходящ за тежки натоварвания и трябва да бъде рециклиран. Литиево-йонните батерии, които вече не могат да осигурят необходимия заряд за електрокар, могат да се използват за друго оборудване с по-ниски изисквания за мощност. Те например могат да послужат за непрекъсваеми захранвания или да бъдат инсталирани във ветрогенераторни или соларни инсталации като резервно захранване. Старите батерии могат да се използват и за резервна мощност за зарядните станции. Когато е нужно зареждането на няколко електрокара едновременно, един от начините да се редуцира натиска върху мрежата е съхранението на енергия в употребявани литиево-йонни батерии през деня. Целесъобразността на тази алтернатива за конкретния случай може да бъде обсъдена с доставчика на зарядната инфраструктура.

ЕКСКЛУЗИВНО


Top