2024风电机组变桨铅酸蓄电池性能与使用寿命

风电机组变桨铅酸蓄电池性能与使用寿命一、研究背景二、主要研究内容四、社会效益及其价值三、主要创新点及内涵目录一、研究背景1.1使用现状研究背景

龙源集团风电机组总装机量有1万余台，其中，使用铅酸蓄电池作为变桨后备电源的风电机组共计3315台。全国使用铅酸蓄电池机组约有3万余台。

国内外均按照厂家规定的2年或3年的周期统一更换。

全国每年更换变桨蓄电池费用约2.8亿元费用高

1.1使用现状研究背景

3柜

54块更换工作量大

环境污染资源浪费费用高35斤2-3人6h-8h33台297组一个月全国3万台162万块/次4050吨/次2000元/吨810万/年＝2-3年一次是否必要二、研究主要内容2.1关键技术内容研究内容1确定铅酸蓄电池测试方法2测试在用蓄电池性能数据3确定蓄电池更换标准4分析影响蓄电池寿命因素5计算蓄电池使用寿命6制定蓄电池更换周期7更换周期差异化分类2.2测试方法及数据分析研究内容采用3C核对放电法，C=7.2Ah，放电电流为21.6A测试全国14个不同区域的风电场、使用不用年限的1300块蓄电池经测试，容量在80%以上的蓄电池占总数量的79%，容量在50%-80%之间的蓄电池占总数的11%，容量小于50%的仅占10%（主要在海南、福建）。2.3更换标准制定研究内容理论计算W(单块蓄电池)=电压×容量=12V×3.6Ah=43.2WhW(18块蓄电池)=W(单块蓄电池)×18

=43.2Wh×18=777.6WhW(一次顺桨)=电池电压×放电电流×放电时间=216V×22A×13s=17.2Wh可顺桨次数=W(18块蓄电池）一次顺桨做功=1555.2Wh17.2Wh=45次2.3更换标准制定研究内容

《IEEEStd1188-2005电池测试维护标准》中第8条规定：“更换电池的标准是其容量低于80%或不能满足应用容量裕度，即没有足够的容量来满足直流系统的负载要求”《NB_T31018-2011风力发电机组变桨控制系统技术规范》中第4.2.9规定，“电池组的容量应满足在桨叶规定载荷情况下完成3次紧急顺桨动作的要求”也就是6%容量即可满足要求。

*蓄电池安全容量下限设定为50%。接近6%的8倍，在蓄电池正常放电的情况下可至少顺桨20次。结论：按原更换周期换下90%电池的容量在50%以上，可继续使用，因此，更换周期明显过于保守，存在过度更换现象。鉴于风电变桨蓄电池应用条件的特殊性和高安全性要求。2.4影响寿命主要因素研究内容1环境温度

高温可以提高铅酸蓄电池的性能，加剧铅酸蓄电池内的化学反应，但是同时不利的化学反应也会加快，会引起腐蚀、析气和活性物质脱落，从而缩短蓄电池寿命。

低温会导致蓄电池电解液粘度增大，化学反应阻力增加，可充入电量减小，放电能力降低，但一般不会影响电池寿命。

2放电深度、循环次数

每次放电容量约为2%，为浅循环，循环寿命可达数千次；按每周急停顺桨1次计算，10年内急停顺桨共计520次，远小于数千次的浅循环寿命。无影响。3充电电压

充电器主要由AEG、SSB、能健三家公司生产，采用充电电压、电流控制技术和温度补偿技术，正常浮充电压在13.5-13.7V之间。*温度是影响电池寿命和更换周期的第一要素。

2.4影响因素分析-高温研究内容

蓄电池温度与寿命关系曲线

根据蓄电池十度法则，“温度每升高10℃，蓄电池寿命降低一半”。图为松下电池不同温度下的理论使用寿命。

20℃，10年30℃，5年40℃,2.5年2.4影响因素分析-低温研究内容

对于东北、西北等低温地区，冬季受密封和环境温度过低影响，机组运行时，电池柜内温度-15℃，或电池温度尚未升高，为避免低温时，电池放电能力不能满足要求，需要适当提高更换容量限值和缩短更换周期。2.5更换周期计算方法研究内容

2.文献综述风险分散蓄电池更换周期计算方法01020304考虑低温环境影响，修正得出最终的更换周期

确定为蓄电池更换容量下限

依据温度与寿命的关系，计算在实际运行温度下蓄电池理论寿命

结合现场实测的容量数据和老化曲线验证得出更换周期

计算方法2.5更换周期计算方法研究内容

蓄电池温度与寿命关系曲线不同温度下蓄电池理论寿命加速倍数2.5更换周期计算方法研究内容吉林，19.5℃=10年？云南，17.8℃=10年？新疆，23.1℃=8年？113211.4计算结果：120月/30月=4年计算公式：1+1+1.4+3+……+1=30月2.5更换周期计算方法研究内容1调取温度数据调取2016年全年电池柜10min温度数据将温度按度取整并归类统计（<20,20,21,22……）计算某特定温度下电池运行时长（如40℃下运行130小时）将不同温度下运行时长折算为20度下运行时长（折算为20℃下为502小时）计算运行1年相当于20℃运行的时长(如运行1年相当于20℃时运行1.8年)理论使用寿命=20℃时10年寿命/时间比例系数不同温度下蓄电池理论寿命2取整归类3统计时长4时长折算6理论寿命5时间比例系数2.5更换周期计算方法研究内容

*理论寿命1.8510年5年4个月以黑龙江某风电场为例，计算结果如下：2.5更换周期计算方法研究内容

运行时长×加速倍数=折算后的运行时长2.5更换周期计算方法-低温修正研究内容

蓄电池在-15℃时可放出容量为常温时75%，因此为了确保机组低温运行安全，需要将更换容量下限调整为额定容量65%。

计算如下：65%50%低温修正周期(X月)理论计算更换(5年4个月)4年零1个月更换周期因此通过上述计算，黑龙江草原风电场的更换周期定为4年。

2.5更换周期计算方法-实测数据验证研究内容

序号区域风电场整机厂家电池品牌变桨系统抽检数量（块）容量百分比使用年限1辽宁西关远景松下MOOG3682%3年2敖力联合动力松下MOOG3685%3年3卧牛石联合动力松下能健3686%3年4黑龙江草原远景松下MOOG11279%3年5爱华远景松下MOOG11282%3年6蒙西川井联合动力松下MOOG3612%5年7和林联合动力松下能健7290%3年8甘肃公婆泉联合动力松下能健10895%4年9山东滨海联合动力松下能健5385%3年10天津马棚口联合动力松下能健13273%4年11河北吉风联合动力松下能健5467%6年12海南峨蔓远景松下MOOG2473%2.5年2443%3年13福建东山远景松下MOOG20444%3年14江苏东凌GE松下SSB4280%2.5年松下4265%3年松下4240%3.5年总计

1300

2.5更换周期计算方法-实测数据验证研究内容

加速老化试验60℃下1天相当于25℃下11.3天，相当于20℃下18天。

为评价蓄电池的状态，将铅酸蓄电池的生命周期划分为三个阶段：健康期、过渡期和危险期。

2.5更换周期计算方法-实测数据验证研究内容

以黑龙江草原风电场为例，该风场变桨蓄电池已使用3年，共计测试112块,测试结果散点图如下图所示。经统计，健康期内蓄电池为100块，占89.4%；过渡期内蓄电池6块，占5.3%；处于危险期的蓄电池6块，占5.3%。推算可用寿命2.5更换周期计算方法-实测数据验证研究内容

79%黑龙江草原风电场变桨蓄电池性能趋势进度点

所有被测蓄电池的平均容量为额定容量的79%，对照蓄电池老化试验容量变化曲线，约处于整个寿命周期的中期。如图，按照比例对应关系，以容量下降至50%为更换标准，经计算该场变桨蓄电池更换周期为4年零8个月。计算方法：当前容量已使用时间更换容量下限更换周期3年70个月(79%）102个月(50%）更换周期代入数据：4年零8个月更换周期推算可用寿命2.6更换周期差异化调整研究内容5年23年34年1该地区未使用铅酸蓄电池4注：从2-3年调整为3-5年三、主要创新点及内涵3.1主要创新点及内涵创新点寿命计算降本节能方法科学制定规范从根本解决了变桨蓄电池过度更换现象，减少了过度更换造成的大量资源浪费和因此衍生的环境污染问题。创新性提出了一套科学的关于风电机组变桨铅酸蓄电池理论寿命计算的方法，和制定更换周期的方法。该方法经行业专家评审和充分认可，可适用于所有风电场实现蓄电池更换的“精准施策”，制定更精细的更换周期标准。形成并发布了一项企业标准《风电机组变桨用铅酸蓄电池运行维护规范》并调整了更换周期，在行业内起到了探索