Jednym z najważniejszych parametrów akumulatorów stosowanych w systemach zasilania gwarantowanego i innych aplikacjach przemysłowych jest ich żywotność. Wydłużony czas eksploatacji baterii pozwala zmniejszyć ilość niebezpiecznych dla środowiska odpadów, a także zminimalizować koszty związane z częstą wymianą ogniw. Artykuł omawia te zagadnienia na przykładzie akumulatorów marki Europower oferowanych przez firmę EMU.

Akumulatory Europower to bezobsługowe (w zakresie obsługi elektrolitu) akumulatory ołowiowo-kwasowe oznaczane jako SLA (Sealed Lead-Acid – szczelne ołowiowo-kwasowe) lub VRLA (Valve Regulated Lead-Acid – ołowiowo-kwasowe regulowane zaworami). Dzięki swojej konstrukcji nie wymagają uzupełniania wody i ciągłej konserwacji elektrolitu (pomiary gęstości, poziomu itp.), są szczelne, mogą więc pracować w dowolnej pozycji i w normalnych warunkach eksploatacji praktycznie nie wydzielają gazów, są bezpieczne w eksploatacji i nieszkodliwe dla otoczenia (nie ma kwaśnych oparów i niebezpieczeństwa poparzenia kwasem siarkowym), a także nie wymagają pomieszczeń ze specjalną, wymuszoną wentylacją. Przy stosowaniu się do zaleceń instalacji oraz warunków eksploatacji, akumulatory Europower w stacjonarnych systemach zasilania awaryjnego osiągają swoją żywotność projektowaną. Jest to cecha, którą dysponują jedynie najlepsze jakościowo produkty.

Rys. 1. Dwie baterie 220 V, 800 Ah pracujące w elektrociepłowni w Częstochowie,
złożone ze 106 sztuk ogniw Europower EXL-800N każda

Na rynku obecne są produkty i marki, których rzeczywista żywotność jest zdecydowanie krótsza od deklarowanej. Przykładowo akumulatory o żywotności projektowanej 10 lat niekiedy wymagają wymiany już po 3-4 latach pracy. Bardzo często, oprócz nieefektywnej kontroli jakości w procesie produkcyjnym, ma na to wpływ wynikające z oszczędności zmniejszanie ilości ołowiu, z którego wykonane są płyty dodatnie i ujemne. Istotnym parametrem porównawczym różniącym akumulatory tanie i te o długiej żywotności rzeczywistej jest zatem także ich waga. Mniejsza ilość ołowiu oznacza mniejszą rzeczywistą pojemność i gorsze charakterystyki rozładowania, ale przede wszystkim krótszą żywotność, gdyż cieńsze płyty ołowiane są mniej odporne na korozję. Równie ważną cechą jest powtarzalność parametrów. Decyduje ona przede wszystkim o możliwościach eksploatacyjnych ogniw połączonych w baterie.

Powtarzalność parametrów

Akumulatory i ogniwa Europower charakteryzują się wysoką powtarzalnością parametrów modeli z tej samej serii produkcyjnej. Ma to decydujące znaczenie w bateriach 110 i 220 V oraz w systemach UPS, gdzie łączonych jest ze sobą szeregowo do 108 ogniw 2 V lub do kilkudziesięciu bloków 12 V ładowanych z jednego prostownika. Praktycznie identyczne rezystancje wewnętrzne ogniw lub akumulatorów pracujących w jednym systemie zapewniają równomierny rozkład napięć ładowania, co przekłada się na długą i bezawaryjną pracę baterii. W wielu systemach UPS w Polsce wciąż pracują akumulatory Europower o żywotności projektowanej na 5 lat, zainstalowane ponad 8 lat temu. Wysokie parametry produktów uzyskano m.in. dzięki umieszczeniu aż 24 punktów kontroli jakości w procesie produkcyjnym.

Rys. 2. Bateria 220 V, 200 Ah pracująca w Instytucie Energetyki w Warszawie, złożona ze 108 sztuk ogniw Europower EXL-200N

Brak powtarzalności parametrów akumulatorów ma bardzo niekorzystne konsekwencje dla ogniw łączonych w baterie. Przy nierównomiernej rezystancji wewnętrznej modeli z tej samej serii produkcyjnej rozkład napięć ładowania na poszczególnych blokach nie będzie równomierny nawet przy właściwie ustawionym napięciu ładowania. Jeśli słabsze akumulatory nie zostaną wymienione w ciągu pierwszych 6-12 miesięcy od instalacji, różnice w napięciach ładowania będą się pogłębiać. Część akumulatorów będzie niedoładowana i ulegnie zasiarczeniu, a część będzie przeładowywana i utraci elektrolit wskutek zbyt intensywnego gazowania. Znacznie przyśpiesza to utratę pojemności baterii i mocno skraca jej żywotność.

Rys. 3. 160 sztuk akumulatorów Europower EPL 210-12 pracujących z czterema zasilaczami UPS 200 kVA w serwerowni w Warszawie

Rys. 4. Podczas kilkunastoletniego okresu eksploatacji baterii konieczna jest niekiedy nawet kilkukrotna wymiana akumulatorów, które nie dysponują odpowiednimi parametrami

Ochrona środowiska

W ostatnich latach można zaobserwować coraz krótszy cykl życia produktów. Jest to zjawisko korzystne z punktu widzenia producentów czy dystrybutorów, lecz równocześnie mające bardzo negatywny wpływ na środowisko (większa ilość odpadów i zwiększona konsumpcja energii) oraz na użytkowników (częstsze wymiany). Sytuacja ta dotyczy także akumulatorów. Z tego powodu istotne jest, aby podejmując decyzję o zakupie systemu zasilania awaryjnego uwzględnić nie tylko na żywotność projektowaną, lecz także rzeczywistą żywotność akumulatorów i referencje danego producenta.
Akumulatory typu VRLA zawierają w sobie m.in. ołów, który jest silną trucizną, odkładającą się w organizmie człowieka i stanowiącą także duże obciążenie dla środowiska naturalnego. Dlatego tak istotne jest, aby podjąć wszelkie możliwe działania w celu zmniejszenia ilości odpadów powstających ze zużytych akumulatorów. Można o to zadbać już na etapie wyboru produktu. Stosując akumulatory o wydłużonej żywotności projektowanej (np. ponad 12 lat), minimalizuje się ilość odpadów, a dodatkowo zmniejsza koszty częstych wymian.

Rys. 5. Baterie i akumulatory muszą być oznakowane  symbolem selektywnego zbierania, a w przypadku ogniw i akumulatorów ołowiowo-kwasowych dodatkowo należy umieścić symbol chemiczny ołowiu – Pb

W sytuacji, gdy bateria akumulatorów osiągnie już kres swojej żywotności, należy pamiętać, że zarówno producenta, dystrybutora jak i użytkownika obowiązuje szereg zasad stworzonych przez ustawodawcę, mających sprawić, że zużyte akumulatory zostaną poddane procesom recyklingu i odzysku.

Recykling – regulacje prawne

Ustawa o bateriach i akumulatorach z 24 kwietnia 2009 r. wprowadza podział baterii i akumulatorów na dwie grupy: przenośne i przemysłowe. Zgodnie z zamieszczoną definicją, akumulatory przeznaczone do awaryjnego lub rezerwowego zasilania energetycznego zaliczane są do akumulatorów przemysłowych. Do tej samej grupy należą akumulatory przeznaczone do współpracy z urządzeniami wykorzystującymi energię odnawialną (ogniwa fotowoltaiczne, elektrownie wiatrowe) oraz do pojazdów z napędem elektrycznym (elektryczne samochody, wózki inwalidzkie, maszyny czyszczące itp.). Nowe przepisy zwiększają odpowiedzialność wprowadzających do obrotu baterie i akumulatory, nakładając na nich obowiązek zawarcia umów z podmiotami zbierającymi i prowadzącymi zakład przetwarzania zużytych baterii i akumulatorów. Do ich obowiązków należy również zorganizowanie odrębnego systemu zbierania, gdyż są to odpady małe, o znaczącym stopniu rozproszenia. Każdy użytkownik końcowy ma natomiast obowiązek przekazywania zużytych baterii i akumulatorów podmiotowi zbierającemu tego rodzaju odpady i nie ponosi z tego tytułu żadnych dodatkowych kosztów.

Rys. 6. 288 szt. akumulatorów Europower EPS 200-12 pracujących w CMI w Gdańsku

Zgodnie z ustawą, wszystkie baterie i akumulatory muszą być oznakowane symbolem selektywnego zbierania, a w przypadku ogniw i akumulatorów ołowiowo-kwasowych (oraz wszystkich pozostałych zawierających powyżej 0,004% wagowo ołowiu), dodatkowo należy umieścić symbol chemiczny ołowiu – Pb (rys. 5).
W ustawie zdecydowano się na pozostawienie instrumentu finansowego, jakim jest opłata depozytowa, a więc rodzaju kaucji pobieranej przy sprzedaży akumulatorów kwasowo-ołowiowych (samochodowych i przemysłowych) przez sprzedawcę detalicznego tych produktów, jeżeli kupujący nie przekazał mu zużytego akumulatora. W przypadku akumulatorów przemysłowych stawka opłaty depozytowej wynosi 35 zł za sztukę. Jeżeli w terminie 30 dni od pobrania kupujący przekaże zużyty akumulator, sprzedawca detaliczny jest obowiązany do zwrotu opłaty depozytowej. Nieodebrane opłaty depozytowe pobrane w danym roku kalendarzowym sprzedawca detaliczny przekazuje na konto bankowe urzędu marszałkowskiego.

Korzyści

Zastosowanie akumulatorów o długiej rzeczywistej żywotności oznacza znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacji systemu zasilania awaryjnego. Konieczność rzadszej wymiany akumulatorów, oprócz mniejszego obciążenia środowiska naturalnego (mniej odpadów), daje także wymierne oszczędności w budżecie użytkownika systemu. Mimo wyższej ceny zakupu nowej baterii akumulatorów (np. Europower serii EPS o żywotności 10-12 lat czy EPL o żywotność ponad 12 lat), uzyskuje się pewność, że w odpowiednich warunkach będzie ona bezawaryjnie pracować przynajmniej przez okres około 10 lat.

Rafał Ciombor
Autor jest dyrektorem
techniczno-handlowym w firmie EMU