龙源北京风电张悦超：风电机组变桨铅酸蓄电池性能与使用寿命研究

全国每年更换变浆蓄电池的费用大概在2.8亿元。之前的电池基本上多数还可以继续使用，也就是说原来的更换周期过于保守，存在过于更换的现象。10月18日，龙源北京风电工程技术公司电控室主任张悦超出席2018年北京国际风能大会暨展览，并在“风电场运行维护论坛”中发表主旨演讲，演讲主题为《风电机组变桨铅酸蓄电池性能与使用寿命研究》。北极星电力网对大会进行全程直播，如需了解更多会议直播，请联系微信号：13693626116。

龙源北京风电工程技术公司电控室主任张悦超

以下为发言实录：

张悦超：各位专家大家好，我在这儿给大家分享的是2017年，去年我们做的一项工作，主要是关于风电机组变浆铅酸蓄电池性能与使用寿命研究，当变浆系统出现问题，或者安全链出现故障的时候，由变浆蓄电池对咱们的叶片确保风机的安全停机，我们龙源集团一共是3300多台，全国可能有大概三万台风级使用变浆蓄电池作为变浆电源，更换周期是一般两年到三年需要更换，我们全国每年更换变浆蓄电池的费用大概在2.8亿元，这个费用非常高。

那同时更换铅酸蓄电池它的工作量非常大，铅酸蓄电池对自然污染非常严重，如此高频率的更换铅酸蓄电池是否有必要呢，这就是我们课题当时研究的目的和背景，我们研究的内容主要是以下几个方面，首先我们要看我们目前在用的几台蓄电池性能到底是什么情况，我们按照原来的周期安排下来之后，我们要有测试的方法，当我们这些确定以后，我们要再确定更换蓄电池的标准，以及蓄电池的寿命到底用多久，研究相关的这些内容，首先我们通过我们的实际测试，我们确定了一个测试咱们目前铅酸蓄电池的一个方法，我们是用的3C核对放电法，为什么用这个方法？因为这个接近我们常用的1.5兆瓦的放电电流，所以我们测试的时候用这个方法测试，用该方法大概是14个风电场，经测试到第七个电池还有80%以上的占79%，容量在80%之间占总量的11%，容量小于15%的在10%，主要分布在海南和福建地区。

那我们的风机顺浆的时候到底需要电池的容量多少呢，那我们要进行一个理论和实际的进行计算，首先我们计算一下每个叶片电池总容量，然后再计算每次顺浆需要的能量，这两者相除就得出来这种电池可以满足叶片安全顺浆的次数，该次数是45次，这个远远超出我们的预期，带着这个问题在三个现场做了试验，试验结果跟理论计算的结果相违合，容量降到50%以后可以顺浆26次，容量达到20%的还可以顺浆二十几次。电池容量来看应该是绰绰有余的，我们的风机到底是电池的容量下降到什么程度的时候，才需要更换呢，我们也查阅了相关的一些标准，其中在国际标准里面有一个当电池的容量降到80%以下，或者是不能满足安全应用余度的时候需要更换，我们安全余度是多少呢？咱们的风力发电组技术规范里面规定是需要满足咱们叶片三次顺浆的需要，三次顺浆根据我们的计算，每次2%也就是6%的容量满足我们使用需求，但是为了保证我们变浆系统的高可靠性安全的需要，另外结合电池的性能，在容量降到50%以下的时候可能会出现一些不稳定的因素，或者损坏的速度加快，这样的话把容量定为50%，它安全预留接近于8.6倍，咱们也是确保安全可靠。

根据该结果50%对比我们之前测试的结果来看，之前的电池基本上多数还是可以继续使用，也就是说原来的更换周期过于保守，存在过于更换的一个现象。那得出这个结论以后，我们的电池到底能用几年，我们要进行一些相关的计算，首先我们要分析影响到底哪些因素影响了我们的变浆电池的使用寿命，经过分析有可能是这几个要素会影响电池的使用寿命，但是经过最终分析，温度是影响电池寿命和更换周期唯一的要素，其中高温会提高铅酸蓄电池的性能，但是会加速电池内部的化学反应，同时不利的化学反应也会加快，会导致蓄电池的寿命缩短，低温会导致蓄电池内部的电解液增加，但是其放电能力会下降，但是一般不会影响电池使用寿命，其他的因素包括循环次数，充电电压经过对比和分析，对电池的寿命没有什么影响，这样的话分析单一因素，就是温度对电池的影响。

我们拿到了电池厂家的温度与电池寿命的关系曲线，经过看左边这个曲线横坐标是环境温度，纵坐标是使用寿命，以20度为线的话，其温度越高其使用寿命越短，这样的话我们就是每个温度点对应了一个使用寿命，对于低温因为低温这个因素我们必须考虑，虽然我们变浆系统里面考虑了在冬季的时候加热启动，但是在启动的时候我们虽然是控制内部的温度升高了，但是我们电池芯里边的温度还没有上来，这样的话如果是在冬季的时候，我们需要考虑发电能力是不是已经下降了，这个是必然的，这样的话在低温的时候需要去从这个角度去考虑电池寿命是如何进行调整。通过前边的那个分析，我们就初步形成了一套计算电池使用寿命的一个方法，该方法的步骤就是首先我们要计算电池在实际的温度，什么叫实际的温度，就是在我们电池棍的温度，这个温度基本上接近于运行温度，通过该温度我们初步先计算电池的理论寿命，就是根据刚才的寿命以及温度的关系曲线，计算出来以后我们再结合实测现场的实测数据根据理论计算的结果，最后还要考虑低温因素，通过低温进行一个折算，最后给出一个具体的更换周期。

在这里我们引入了一个加速倍数的概念，就是当温度越高的时候，其温度越短，我们用这个除以温度寿命，得出来的值就是，每个电池对应着使用寿命，我们看用什么温度来计算寿命，我们首先考虑用年均温度，用年均温度计算出来的寿命是八年八年，但是我们考虑一年四季中温度会有变化，夏季会加速这个老化，每天的温度也是有变化的，比如说在中午的时候温度比较高，也会加速电池的老化，这样我们用一个最小的时间刻度，用一个十分钟的温度来推算电池的使用寿命，这个步骤一共分了六步，第一步首先我们要调取该风场电池棍的全年十分钟温度，该温度我们将该温度点进行一个整合分类，统计在每个温度点电池的运行时间，我们知道这个时间点，也就知道了电池温度下运行的时间长度，然后将该时间长度乘以刚才的加速老化的倍数就得出来其在20度下运行的时间长度，最后我们用20度下的电池寿命十年除以该时间比的系数，得出来就是最终电池的寿命。

通过这个方法我们对黑龙江的风电场电池的使用寿命进行了计算，计算结果该风电场的使用寿命可以达到五年四个月，由于黑龙江东北地区我们需要考虑低温折算，这个我们主要考虑是在极限温度，就是零下十五度的时候，这个零下十五度根据最低温度获得的，最低是零下十五度，根据该温度对电池的使用寿命进行一个低温折算，折算以后其更换周期定了四年零一个月，用该方法我们对我们集团所属的所有风电场电池的使用寿命进行了一个计算，理论计算的结果完成了，我们要进行一个实际的验证，验证的方法首先我们要对电池进行，首先对它进行加速老化试验，获得电池的加速老化数据。获得这个曲线以后，我们根据我们实测的数据，比如说还是黑龙江风场的实测电池数据，把这个进行影射，发现它现在的情况处于加速老化曲线的这个点，那当它的性能降到50%的时候，还能运行多长时间呢，在这个曲线里进行对应，对应出来以后我们可测试的结果是四年八个月，这个跟刚才给出的四年一个月的没什么冲突，所以该风电场的确定为四年，通过该方法对全国所有的风电场更换周期进行了一个计算和调整，统一成原来的两年或三年，调整为了三年到五年，这个时间主要根据该风险电场的运行温度来获得的。

这个项目就是提出了一套计算电池寿命的一套方法，利用该方法对电池的寿命进行了一个重新的计算，结论是延长了电池的使用寿命，也节省了过度更换导致的大量浪费，还有资源浪费问题，该结论在集团内部也进行了一个颁布和实施，并且得到了推广和应用。经过我们最终对经济进行计算，从节约运行费用来说，我们集团就是通过更换周期调整以后，费用可减少八千多万元，如果是该项目在全国推行的话，可节约八亿元人民币，同时减少废旧蓄电池八千一百吨。前边就是我们对变浆铅酸蓄电池使用寿命研究的结果现在正在研究超级电容，之前规定的周期是八年到十年，现在经过结论还是比较理想的，有可能还可以使用更长的时间，这个相关的结果还在做，可能后面有相对结论出来，再给大家分享。

（发言为能见APP整理，未经本人审核）