风力发电变桨电池(LGP12/7.2)

风力发电运行过程中，当风速发生变化时，风电机组凭借电网供电进行变桨控制，实现桨叶转速***优化。一旦电网发生断电，叶片需要立即切换到止转轴，以避免发生飞车倒塔的灾难性事故。若叶片轴部依然保持旋转，将对风机造成灾难性的损坏。一般会配备备用电源或不间断供电系统（简称UPS系统）来解决电网断电时的变桨供电。以往，人们通常采用铅酸电池作为变桨的备用电源。然而，由于铅酸电池本身的缺陷，成为风电紧急变桨系统可靠性的一大障碍。在对UPS电源失效“零容忍”的苛刻条件下，力容的超级电容器可以完胜铅酸电池。

与电池一样，超级电容作为储能元器件，可以满足风机变桨过程中的能量需求。电池通过正负极之间的电化学反应来进行能量储存和释放，而超级电容在充电时，通过电荷在平行的电极板上静电吸附这一物理过程来进行能量存储。

表1 超级电容和铅酸电池对比

超级电容内部直流电阻，称为等效串联电阻，简称ESR。ESR值的大小，决定了超容模组的倍率放电能力，限制了超容单体间的持续放电电流以及***大峰值放电电流。ESR值越低，峰值电流越高。力容的超容产品具有行业内***低的ESR，可以轻松应对紧急变桨情况下的大电流输出。

一般用直流日历寿命来衡量UPS系统中超级电容器的使用寿命。所谓直流寿命，是指模组的预期寿命，与每只电容单体的电压和工作温度有关。力容的2.7V,3000F超容产品，在2.7V额定电压和77oF下直流寿命为10年。若工作电压始终低于额定电压，综合考虑使用环境温度，直流寿命便可延长至15年以上。力容的超容产品将20%的容量衰减或100%的ESR增加定义为寿命终止，在这个定义下，产品寿命一般在10-15年以上。

力容的活化干法电极技术制备的超级电容，在可靠性和寿命方面比其他厂家的超容更具优势。其他厂家大部分使用湿法工艺进行电极制备，溶剂的残留会导致电容寿命缩短。和电池相比，力容的超容产品寿命更长(循环寿命和日历寿命)，且充放电效率更高。

和铅酸电池相比，超级电容安全性更高，无有害物质，免维护，10-15年使用寿命，温度范围宽，性能衰减缓慢。

电池箱替代方案：将电池替换为超级电容器

当前大多数风力发电变桨系统的UPS备用电源已使用超级电容取代原先使用的电池。然而一些传统制造商依旧选择使用铅酸电池，这会在数年后引起大面积的维护更换问题。

为此，力容和Windurance有限公司合作开发出一种超级电容器改装的解决方案，来替代目前GE的30Nm&20Nm风电变桨系统中的能量存储和充电系统。该系统设计为“无缝衔接”式替代，无需对原先的变桨控制系统或操作系统做任何修改，力容替超容模组和超容充电单元（简称CCU）适配于不同的变桨系统，可以使用目前备用电源所使用的安装位置和电源线。改造方案中还包括了CCU的安装支架以及用于监控和通信的附加线束。

对于这种改造方案，每个模组由6个2.7V,3000F超容单体串联而成。例如在30Nm风力变桨控制系统中，每片桨叶中会使用6个6串模组（共计36个单体）；在20Nm风力桨矩控制系统中，每片叶片中会使用4个6串模组（共计24个单体）。两个系统的工作电压分别为87V和58V，分摊到单体上，工作电压仅为2.42V，确保超级电容器有更长的使用寿命。