新型污水泵站用钠离子电池的研制

来源：国际泵阀技术商情发布时间：2020-06-07 618

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SP0055泵站已被选为S4项目开发的钠离子电池的主要试验台和示范点，因此，应用要求在用于正在开发的个体钠离子电池单元（如图11所示）、电池模块和整个能量管理系统的设计和优化（EMS），以管理和优化现场的能源生成、储存和消耗。

对新型钠离子电池及组件设计开发的影响

图11：钠离子电池前体材料和原型电池

本文所用的数据表明，钠离子电池的整体存储方案需要大约1.65（23kw/13.95kwh）的功-能比，这明显高于大多数商用储能解决方案的设计目标（特斯拉Powerwall2的功-能比为0.52，LGChemRESU10的电能比为0.71）[太阳能选择（2018年）]。这个比率要求促使采用这样的设计决策：采用几只并行的较小钠离子电池模块，而不是单个大模块。这样做的另一个优点是，可以将更小的模块设计成接近0.5的功-能比，这将最大限度地提高它们在其他应用中的适用性。

实际应用需求为钠离子电池模块的开发提供了明确的指导，模块IP等级、通信协议、尺寸、重量和安装偏好等设计决策都受到系统具体需求的影响。

此外，对SP0055泵站运行要求的详细描述也为钠离子电池的开发提供了指导，如充放电率、循环寿命、电压窗口、电池形式和电池结构等参数。例如，为满足系统的峰值功耗需要而要求的相对较高的充放电率导致了人们对具有优异的高倍率性能的特定钠离子电池正极材料的关注。

结论

开发用于污水泵站的可再生能源发电和储存系统需要仔细和全面地考虑所有预期运行条件下的能源和电力需求。这对于设计在电网故障期间通过孤岛运行方式提供能源安全和韧性的系统尤为重要。本文概述了对污水泵站进行表征的框架，并用该框架对位于邦迪海滩后面的悉尼SP0055水处理厂进行了表征。

对现场的历史电力和能源数据进行了分析，揭示了泵站日常运行对电力和能源需求从5.01kWh/天～39.29kWh/天不等。对现场的功率要求进行了评估，发现主泵启动期间的峰值功率为23千瓦，运行期间的持续功率约为9.5千瓦。

本文从满足SP0055泵站运行要求的可再生能源系统的要求出发，对其进行了综合分析，并以此为基础开发了一套安装于SP0055泵站的可再生能源发电和钠离子电池储能系统。讨论了SP0055系统的两种使用场景，一种是最大化自发电/消耗的模式，另一种是可能实现完全离网运行的模式。概述了每种运行模式的储能要求，包括具体考虑了在离网模式下耗尽存储能量的风险。

这项研究对于正在开发的新型钠离子电池的设计具有重要意义。这些电池，再加上正在开发的更广泛的能源管理系统，将为下一代储能技术提供令人信服的证据，并为在悉尼水务网络的适当SPS站点进一步推广此类设备提供了宝贵的见解和数据。

作者：Jonathan Knott、Danny Sutanto、Kashem. Muttaqi、Duane Robinson、Sean Elphick、Shi Xue Dou、Heriberto Bustamante和Ruben Muller。

本研究项目作为ARENA（澳大利亚可再生能源署）研发计划的一部分，获得了ARENA的资助。S4项目由伍伦贡大学、河北安耐哲新能源技术有限公司、麦克奈尔科技有限公司（McNairTechnologyCo.Ltd）、辽宁洪城电力有限公司（Liao Ning Hong Cheng Electric Power Co. Ltd）、悉尼自来水公司共同参与。

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(接《国际泵阀技术商情》20203月刊P 26)

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