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先进便携式电源9种方式使世界变得更绿色、更清洁、更安全

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-12-22
 寻找可以无排放的可用电力以代替汽油发动机或柴油发动机,为便携式电源带来新应用。

据美国能源部(DOE)统计,2020年美国电力客户经历了8个多小时的电力中断。通常,当电源断开时,便携式电源可接通。传统来说,便携式电源来自由汽油(有时是柴油或天然气)内燃机驱动的发电机。低成本、高功率、携带方便的化石燃料发电机有一个主要问题,运行时造成温室气体(GHGs)排放污染。

从化石燃料转换成便携式电源为各种应用打开了领域,这些应用的规模要比以往任何时候提供的汽油发电机都要大。通过先进电池可以为一切事物提供电能,使用太阳能电池板和小型风力涡轮机为电池充电,甚至通过使用燃料电池将氢转化为电能用于野外,这些都可成为开发便携式电能概念的途径。

我们认为先进便携式电源技术能够应对各种挑战,我们专注于九种不同的应用,并介绍了新的绿色、清洁和安全解决方案。

 

 

应急电源

在停电期间提供电力是房主最熟悉的便携式电力应用。其中许多是由内燃机提供动力的,内燃机依靠天然气运行,当电网断电时会自动开启。实际上,只要燃料够用,它们就能运行,而且体积足够大,可以运行冰箱和冰柜、电灯和电视,甚至热泵空调和供暖系统。不幸的是,它们会产生大量的温室气体排放物。

代替传统发电机系统可以通过几个方法完成。大型电池,例如特斯拉Powerwall可以成为家电系统的一部分。在正常情况下,利用电网提供的能量,电池都处于满电的状态,如果停电了,电池将为家庭提供电力并且可以没有温室气体排放。(电网产生的用于为电池系统充电的电力除外)

由于内燃机发电系统不会产生有毒气体排放,所以电池电源可以在室内运行而且没有声音。然而不利方面是,为空调或热泵等大型牵引设备供电需要大且昂贵的电池,这些电池的充电寿命只有几小时而已。在电力恢复后,从电网给它们充电也是一个长时间的过程,需要很多小时。使用太阳能电池板充电也是有可能的,即使电网仍处于关闭状态,在阳光充裕的情况下充电,大多数太阳能电池板的总运行时间只会增加几个小时。

 

军队

美国军队已经意识到部署先进的便携式电源系统是一种可以拯救生命的战略。士兵在敌军领土执行最危险的任务之一是驾驶车队前往基地和哨岗。放置在公路上的炸弹和其他易爆炸装置(IEDs)可以摧毁整个油罐车,使驾驶员和队员受到严重的伤害或死亡。除了使用柴油发电机为基地供电外,还可以使用太阳能或风能发电,在夜间或者无风的情况使用已存储在电池系统的多余电量为营地供电。可再生能源大大减少需要运送燃料车队的数量,提高安全性。

便携式电源的另一用途是可以在野外成为士兵的可携带的供电设备。一名现代士兵需要佩戴120至200磅(54.43至90.72公斤)的装备。除了武器、弹药、防弹衣外,美国陆军步兵还需要携带多达25磅(11.34公斤)的电池。电池电源可以无论在夜视装备还是无线电通讯,甚至是智能手机、平板电脑和全球定位系统新技术都可以提供动力。目前的电力需求大约是12瓦,预计到2025年需要翻一番。

锂电池由于重量更轻、能量密度更高,在过去的几十年里几乎取代了士兵们携带的其他种类电池。二氧化硫锂电池(Lithium-sulfur dioxide primary batteries)的保质期长且易于存储,可以用于GPS和无线通讯等电子设备。可充电式锂离子电池可用于战术无线电(tactical radios)、热成像仪(thermal imagers)、电子雷达干涉波(ECM)、雷达波段的电子支援措施(ESM)和便携式计算机等设备。

 

建筑

你能在任何公共场所看到听到锂离子供电的工具形式的便携式电源。每种便携式钻头、锯、电灯和平面砂轮机都可以使用可充电式锂离子电池组,这些电池组通常在同一制造商生产的设备之间可互换。

这些电动工具经常用汽油发电机充电,但最近出现了新的选择。例如,福特F-150 PowerBoost混合动力皮卡上有一个Pro Power车载系统,该系统可提供2.4千瓦或可选的7.2千瓦的电力。皮卡的车内仓座有多达4个120V20A电源输出接口和一个7.2千瓦的240V30A的电源输出接口。福特指出7.2千瓦的Pro Power车载系统可以为包括等离子切割机、TiG焊机、切割锯、空气压缩机、平面砂轮机和工作灯等金属车体车间供电。

 

农业/园艺

用于农业和建筑的重工柴油驱动拖拉机现在成为了John Deere和Mahindra等行业巨头电气化的目标。在泥泞的田野里或非常崎岖地段全天工作(单次充电六小时),电动拖拉机可以携带非常大的锂离子电池组(150KW/h或更多),并且可以快速充电尽可能保证使用。

大型企业的另一个目标是自动电动汽车。这些自动电动汽车将能够在没有司机在场的情况下耕种、播种、施肥和喷洒农田。

除了减少排放,电动驾驶系统要比柴油发动机更加耐用,从而减少维护成本和因机械故障导致的停工时间。

便携式电池设备也在家庭庭院和花园市场找到了使用方法。没有什么是比汽油驱动的鼓风机造成的噪音更令人厌烦的了。幸运的是,电动鼓风机已经上市超过10年了,使用锂离子电池组可以使用30至90分钟。虽然这对大多数房主来说已经足够了,但商业用户需要的电池组是可以持续更久的,在下一步电动鼓风机成为发展方向。

无线电动割草机最初与许多电池驱动设备面临同样的限制,然而锂离子电池的出现为房主带来了更加实用的机器。无限电动割草器在噪音和温室气体排放上的优势远高于汽油动力割草机。

 

露营

露营地发电机发出的嗡嗡声是更糟糕的。房车和露营拖车可以提供舒适的空间,但这一切都需要有电源才可以实现。没有岸电系统,发动机只能靠柴油、汽油或天然气供电,从而造成噪音和环境污染。 

相反,我们可以使用便携式发电站。这种发电站类似于微波炉大小,是一种大型可充电电池,可以通过家用电流充电或与便携式太阳能电网连接充电。

该便携式发电站可以在短时间内为小型应用提供足够电量,而且不会有传动发电机产生的噪音和烟雾。

 

重大事件

重大事件需要很多电量。例如,2021年9月24至26日第43届莱德杯(Ryder Cup)高尔夫锦标赛在美国威斯康星洲Whistling Straits golf course召开,现场需要电源、加热以及制冷等超过100个设施,其中包括看台、餐饮接待、大型观众视频屏幕、操作建筑,PGA锦标赛高尔夫商店、国际馆以及开幕式和闭幕式。

为了满足电力需求,安装了100个发电机总共发电23,000千瓦,其中一台20千瓦的丙烷发电机(propane generator)在莱德杯办事处内代替了传统的柴油发电机,减少了19公吨的二氧化碳排放并降低30%的燃料成本。

另外还准备了4个30千瓦的电池在日间使用,可以最小化发动机的使用时间,将噪音水平保持最低,使球迷们可以更好的观看比赛,并且还可以额外减少24公吨的二氧化碳排放。

 

海洋环境

船舶需要特殊电力,因为潮湿并且通常含盐的海洋环境会对海洋电子设备造成严重破坏。在商业规模上,港口的空气污染是一个首要的环境问题,例如污染直接影响附近居民。电气化轮船和港口机械因此受到了极大关注。

游艇也需要大量的电力,因为游艇上设有无线电、全球定位系统和其他导航设备、雷达、探测仪以及各种娱乐、空调和制热设备。传统的船只的电池是由运行中的发动机上的发电机充电,然而,在甲板和机舱顶部安装太阳能电池板,以便在不产生温室气体排放的情况下提供充电。一些帆船已经完全取消了汽油或柴油发动机,而是使用锂离子电池组的电动机代替,锂离子电池组可以通过太阳能充电或在航行中使用电动机作为发电机充电。

 

医药 

我们通常不认为用于医药设备的电池是便携式电源,但从助听器到心脏起搏器的一切都有可能便携式的。一整套电池化学成分都用于医疗用途,包括镍铬电池(Ni-Cd)、镍氢电池(NiMH)和碱性锰电池(alkaline-manganese)。许多医疗设备都是用不可充电的一次电池。例如,锌空气电池被常用于助听器中。这些一次性电池可以提供高能量密度,而且重量很轻,制造成本相对低。这些材料在环境中处置也相对安全。

锂离子电池作为电动汽车、个人电子产品和电网规模越来越大电力存储设备的选择,越来越受欢迎。美国美敦力公司(Medtronic)是另一家自2004年欣然接受锂离子电池的公司,美敦力所有可充电电池都是锂离子电池。该公司使用感应充电系统,可以佩戴于患者身上,并通过皮肤充电。

长期以来,医疗电池的特殊性使开发和制造的成本增加。随着目前正在大力开发不断改进、更强大、更可靠的电池,特别是锂离子电池,例如,用于个人电子设备和电动汽车的应用,医疗电池市场将受益。

 

旅行

手持导航设备,例如全球定位系统,使许多户外类型的徒步旅行和自行车旅行更安全。此外,便携式紧急定位信标和卫星电话可以在紧急情况下救命。便携式紧急定位信标和卫星电话通过锂离子电池组具有可靠的运行能力,这是个人电脑和其他电子设备发展的结果。

充电系统允许为智能手机充电,但只有口袋大小的体积使旅途变得更加轻松。

 

 

中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

2021.12.20


 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有530多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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