Stacionarne baterije

Stacionarni clanak

Stacionarne baterije predstavljaju obnovljivi kemijski izvor električne energije te služe kao rezervni izvor električne energije u elektroenergetskim postrojenjima – telekomunikacijskim postrojenjima, kriznim centrima, sustavima za nadgledanje u industrijskim postrojenjima, u elektranama i trafostanicama i sl. One su priključene na sabirnice istosmjernog pomoćnog napona paralelno s ispravljačima koji se napajaju iz izmjenične mreže. Dok je izmjenična električna mreža prisutna, baterije su u režimu stalnog nadopunjavanja, a istosmjerne potrošače napajaju ispravljači. Kad nestane napajanja iz izmjenične električne mreže, stacionarne baterije preuzimaju napajanje potrošača osiguravajući besprekidnost napona.   Kao primjer prikazujemo izvedbu tzv. GroE članka.

  1. Pozitivna elektroda – izrađena od rafiniranog olova lamelne izvedbe i zatim posebnim elektrokemijskim postupkom nagrižena, tako da je njena stvarna površina cca 10 puta veća od površine njenog geometrijskog lika. Na tako uvećanoj površini stvoren je suho formirani, aktivni sloj olovnog oksida PbO2.
  2. Negativna elektroda – na posebno konstruiranu rešetku od olovne legure, pastiranjem je nanešena aktivna masa, koja se postupkom suhog formiranja pretvara u tzv. spužvasto olovo.
  3. Separator – izrađen od mikroporoznog PVC-a visoke čvrstoće i niskog električnog otpora razdvaja pozitivne i negativne elektrode.
  4. Pričvrsna krajnica -  pričvrščuje sklop elektroda i separatora, izrađena od savitljivog i kiselo otpornog materijala.
  5. Polni izvodi – provode elekričnu energiju s elektroda van posude članka, a izrađeni su tako da posuda bude hermetički zatvorena te da električni priključci na članak mogu biti fiksni (spojnička veza) i rastavljivi (vijčana veza).
  6. Čep – hermetički se učvrščuje za poklopac kutije, a izrađen je od mikroporoznog materijala, koji svojim osobinama sprječava izlazak kapljica elektrolita pri razvijanju plinova koje pak nesmetano propušta. Materijal čepa sprječava, također, čak i otvorenom plamenu da prodre u unutrašnjost članka.
  7. Kutija – izrađena od prozirne plastike, koja, uz visoke estetske zahtjeve posjeduje i veliku mehaničku čvrstoću. Oblik kutije omogućava veliku količinu elektrolita čiji se nivo vrlo lako nadzire kroz prozirne stijenke, pa baterija prilikom normalnog rada, može efikasno djelovati 1 – 3 godine bez dolijevanja destilirane vode.
  8. Elektrolit – u stvari razblažena sumporna kiselina H2SO4 nazivne gustoće 1,2+/-0,01 g/cm3 kod 20 °C.

stacionarne_baterije_01
  Akumulatorske baterije se za stacionarne primjene koriste od sredine 19. stoljeća kada je Gaston Planté izradio prvu olovnu akumulatorsku bateriju s velikom pozitivnom pločom (tip Gro). Ovaj tip olovnih akumulatorskih baterija se, uz izvjesne modifikacije, i danas proizvodi. Tijekom druge polovice 19. i početkom 20. stoljeća pojavili su se i ostali tipovi klasičnih stacionarnih olovnih baterija (rešetkaste, cjevaste ili oklopljene te s okruglim pločama). Za stacionarne primjene kod kojih su akumulatorske baterije u pravilu velikih kapaciteta (od nekoliko desetaka do više tisuća Ah), u komercijalnoj upotrebi su i dalje najčešće olovne akumulatorske baterije. Od akumulatorskih stacionarnih baterija uglavnom se očekuje:

  • velika specifična energija koja se mjeri raspoloživim Ah/kg (Wh/kg),
  • dugotrajnost,
  • malo samopražnjenje,
  • mogućnost izvršenja velikog broja ciklusa punjenja i pražnjenja,
  • kratko vrijeme punjenja,
  • niska cijena.

Niti jedna vrsta stacionarnih baterija ne udovoljava univerzalno navedenim očekivanjima. U postrojenjima izbor vrste i tipa stacionarne akumulatorske baterije treba razmotriti odvojeno za svako konkretno mjesto ugradnje. Navest ćemo najvažnija svojstva koja se pri tome mogu uzimati kao kriterij za odabir baterije:

  • dugotrajnost,
  • specifična energija (raspoloživi Ah ili Wh/kg),
  • otpornost na iznenadni gubitak kapaciteta,
  • pogodnost za rad u režimu trajnog nadopunjavanja (mjerodavna je visina napona ispravljača tijekom nadopunjavanja baterije),
  • otpornost na visoke i niske temperature, te ostale uvjete okoline,
  • razina rekombinacije plinova,
  • potreba za održavanjem (periodičko dolijevanje vode),
  • mogućnost smještanja uz ostalu opremu,
  • zahtjevi koje akumulatorska baterija postavlja na ispravljač (režimi punjenja, visina dozvoljene izmjenične komponente struje punjenja, temperaturna regulacija, podnaponska zaštita itd.),
  • sposobnost savladavanja udarnih opterećenja,
  • otpornost na povremena duboka pražnjenja,
  • otpornost na ciklička opterećenja,
  • brzina punjenja ispražnjene baterije,
  • visina struje kratkog spoja,
  • ukupna cijena,
  • odnos ukupne cijene i predvidivog životnog vijeka.

Postoje dvije osnovne izvedbe olovnih akumulatorskih baterija za stacionarne primjene. Prve su otvorene ili klasične olovne akumulatorske baterije, a druge su zatvorene ventilom regulirane olovne akumulatorske baterije.

Otvorene stacionarne olovne akumulatorske baterije

Naziv otvorene olovne akumulatorske baterije koristi se za sve klasične akumulatorske baterije koje je tijekom eksploatacije potrebno održavati, odnosno nadolijevati vodu. Taj naziv ne opisuje najbolje suvremene klasične olovne akumulatorske baterije budući da on proizlazi od toga što su starije izvedbe tih baterija imale posudu potpuno otvorenu odozgo. Kod njih je voda slobodno isparavala, kisele pare su nesmetano razarale okoliš, a bilo se nemoguće zaštititi od ulaženja nečistoća iz okoline u ćelije. Zbog toga se danas “otvorene” olovne akumulatorske baterije najčešće izvode ”zatvorene” sa čepom posebne izvedbe koji omogućuje izlaženje plina iz ćelije u okolinu, a moguće ga je i potpuno otvoriti radi povremenog nadolijevanja destilirane vode u ćelije. Olovne akumulatorske baterije (otvorene kao i zatvorene) razlikuju se i prema izvedbi pozitivnih ploča. Naime, razne izvedbe pozitivnih ploča daju akumulatorskim baterijama i razna svojstva. Negativne ploče su kod svih tipova akumulatorskih baterija najčešće izvedene na isti način. Kod njih je aktivni materijal vrlo porozno čisto olovo (Pb) utisnuto u čvrstu rešetku od olovne legure. Postoji nekoliko osnovnih izvedbi pozitivnih ploča olovnih akumulatorskih baterija, i to:

Akumulatorske baterije s velikom pozitivnom pločom.

Ovaj tip akumulatorskih baterija se zove i ”Gro” ili danas najčešće ”GroE” (velike pozitivne ploče stisnute izvedbe). Pozitivna ploča je izvedena od olova velike čistoće (99,99%). Aktivni materijal (PbO2) nije utisnut nego se oblikuje kemijskim putem (oksidacijom) oko olovne ploče. Budući da je preteča ovog tipa olovne akumulatorske baterije ona koju je izumio Gaston Planté ona se često zove i ‘Plante’ baterija. GroE akumulatorske baterije su dostupne s kapacitetima od 75-2600 Ah, a elektrode se izvode paralelnim spajanjem ploča nazivnog kapaciteta od 25 do 100 Ah. Predvidivi životni vijek ovih baterija može biti vrlo dugačak, ima odlična svojstva pri kratkim pražnjenjima od nekoliko sekundi, a pogodne su i za dugotrajna višesatna pražnjenja. Nedostaci su joj velike dimenzije i težina, vrlo visoka cijena te loša svojstva pri cikličkim opterećenjima. Naime, kod ovog tipa izvedbe aktivni materijal prianja uz pozitivnu ploču bez dodatnih nosača pa pri čestim cikličkim opterećenjima može doći do rasipanja aktivne mase što vodi smanjenju životne dobi ili kratkom spoju ćelije.

Akumulatorske baterije s rešetkastom pozitivnom pločom.

Ovaj tip akumulatorskih baterija zove se “Gi” ili u novijim izvedbama najčešće “OGi”. Aktivni materijal (PbO2) je slično kao i kod negativnih ploča utisnut u čvrstu rešetku od olovne legure. Rešetka pomaže da aktivni materijal bolje prianja uz pozitivnu ploču. Zbog toga OGi baterije pokazuju dobra svojstva tijekom cikličkih opterećenja. OGi akumulatorske baterije su dostupne s kapacitetima od 200-3500 Ah, a elektrode se izvode paralelnim spajanjem ploča nazivnog kapaciteta od 25 do 100 Ah (slično kao i kod GroE baterija). Njihov predvidivi životni vijek je nešto kraći od GroE baterija. Ogi baterije imaju dobra svojstva pri kratkim pražnjenjima te se u te svrhe najčešće i koriste. Manjih su dimenzija i težine te niže cijene od GroE baterija, a imaju bolja svojstva pri cikličkim opterećenjima od GroE baterija.

Akumulatorske baterije s cjevastom ili oklopljenom pozitivnom pločom.

Ovaj tip akumulatorske baterije zove se “PzS” ili u novijim izvedbama “OPzS”. Izraz “oklopljene” dolaze od čvrstog pojasa koji drži aktivni materijal (PbO2) pričvršćen oko olovne jezgre, a istovremeno je i porozan za elektrolit. Specijalni sintetički materijali koji se u posljednje vrijeme koriste pri izradi ovog tipa baterija značajno su poboljšali njihova svojstva. Pozitivne ploče ovog tipa baterija sliče na niz cjevčica pa se zbog toga zovu i cjevaste akumulatorske baterije. Čvrsti pojas koji drži aktivni materijal onemogućuje rasipanje aktivnog materijala pa je ovaj tip akumulatorskih baterija naročito pogodan za česta ciklička opterećenja. OPzS olovne akumulatorske baterije su dostupne s kapacitetima od 150-12000 Ah, a elektrode se izvode paralelnim spajanjem ploča nazivnog kapaciteta od 50 do 250 Ah. Predvidivi životni vijek ovih baterija je nešto kraći od GroE baterija, ona imaju loša svojstva pri kratkim pražnjenjima zbog velikog unutrašnjeg otpora i najčešće se koriste za duga pražnjenja ili na mjestima gdje se očekuju česta ciklička opterećenja, a manjih su dimenzija i težine te niže cijene od GroE baterija.