التقدم في تكنولوجيا البطاريات لأنظمة تخزين الطاقة البحرية

مقدمة

مع تحول العالم نحو حلول الطاقة الأكثر مراعاة للبيئة، اكتسبت بطاريات الليثيوم اهتمامًا متزايدًا. في حين كانت السيارات الكهربائية في دائرة الضوء لأكثر من عقد من الزمن، فقد تم التغاضي عن إمكانات أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية في البيئات البحرية. ومع ذلك، كانت هناك زيادة في الأبحاث التي تركز على تحسين استخدام بطاريات الليثيوم للتخزين وبروتوكولات الشحن لتطبيقات القوارب المختلفة. تعتبر بطاريات الليثيوم أيون الفوسفات ذات الدورة العميقة في هذه الحالة جذابة بشكل خاص بسبب كثافات الطاقة العالية، والاستقرار الكيميائي الجيد، وعمر الدورة الطويل في ظل المتطلبات الصارمة لأنظمة الدفع البحرية.

مع اكتساب تركيب بطاريات الليثيوم للتخزين زخمًا، يتزايد أيضًا تنفيذ اللوائح لضمان السلامة. يعد ISO/TS 23625 أحد هذه اللوائح التي تركز على اختيار البطارية وتركيبها وسلامتها. من المهم ملاحظة أن السلامة لها أهمية قصوى عندما يتعلق الأمر باستخدام بطاريات الليثيوم، خاصة فيما يتعلق بمخاطر الحرائق.

أنظمة تخزين الطاقة البحرية

أصبحت أنظمة تخزين الطاقة البحرية حلاً شائعًا بشكل متزايد في الصناعة البحرية مع تحرك العالم نحو مستقبل أكثر استدامة وصديق للبيئة. وكما يوحي الاسم، تم تصميم هذه الأنظمة لتخزين الطاقة في بيئة بحرية ويمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من الأغراض، بدءًا من دفع السفن والقوارب وحتى توفير الطاقة الاحتياطية في حالة الطوارئ.

النوع الأكثر شيوعًا لنظام تخزين الطاقة البحرية هو بطارية الليثيوم أيون، نظرًا لكثافة الطاقة العالية والموثوقية والسلامة. يمكن أيضًا تصميم بطاريات الليثيوم أيون لتلبية متطلبات الطاقة المحددة للتطبيقات البحرية المختلفة.

إحدى الفوائد الرئيسية لأنظمة تخزين الطاقة البحرية هي قدرتها على استبدال مولدات الديزل. ومن خلال استخدام بطاريات أيون الليثيوم، يمكن لهذه الأنظمة أن توفر مصدر طاقة موثوقًا ومستدامًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات. ويشمل ذلك الطاقة المساعدة والإضاءة والاحتياجات الكهربائية الأخرى على متن السفينة أو السفينة. بالإضافة إلى هذه التطبيقات، يمكن أيضًا استخدام أنظمة تخزين الطاقة البحرية لتشغيل أنظمة الدفع الكهربائية، مما يجعلها بديلاً قابلاً للتطبيق لمحركات الديزل التقليدية. وهي مناسبة بشكل خاص للسفن الصغيرة العاملة في منطقة محدودة نسبيًا.

بشكل عام، تعد أنظمة تخزين الطاقة البحرية عنصرًا أساسيًا في التحول إلى مستقبل أكثر استدامة وصديق للبيئة في الصناعة البحرية.

مزايا بطاريات الليثيوم

واحدة من المزايا الأكثر وضوحًا لاستخدام بطاريات الليثيوم للتخزين مقارنة بمولدات الديزل هي قلة انبعاثات الغازات السامة والغازات الدفيئة. إذا تم شحن البطاريات باستخدام مصادر نظيفة مثل الألواح الشمسية أو توربينات الرياح، فإنها يمكن أن تشكل طاقة نظيفة بنسبة 100%. كما أنها أقل تكلفة من حيث الصيانة وتحتوي على مكونات أقل. إنها تنتج ضوضاء أقل بكثير، مما يجعلها مثالية لمواقف الإرساء بالقرب من المناطق السكنية أو المأهولة بالسكان.

بطاريات الليثيوم التخزينية ليست النوع الوحيد من البطاريات التي يمكن استخدامها. في الواقع، يمكن تقسيم أنظمة البطاريات البحرية إلى بطاريات أولية (لا يمكن إعادة شحنها) وبطاريات ثانوية (يمكن إعادة شحنها بشكل مستمر). وهذا الأخير هو أكثر فائدة من الناحية الاقتصادية في تطبيق طويل الأجل، حتى عند النظر في تدهور القدرة. تم استخدام بطاريات الرصاص الحمضية في البداية، وتعتبر بطاريات الليثيوم التخزينية بطاريات ناشئة حديثًا. ومع ذلك، فقد أظهرت الأبحاث أنها توفر كثافة طاقة أعلى وعمرًا أطول، مما يعني أنها أكثر ملاءمة للتطبيقات طويلة المدى، ومتطلبات الأحمال العالية والسرعة العالية.

وبغض النظر عن هذه المزايا، لم يُظهر الباحثون أي علامة على الرضا عن النفس. على مر السنين، ركزت العديد من التصاميم والدراسات على تحسين أداء بطاريات الليثيوم للتخزين لتحسين تطبيقاتها البحرية. يتضمن ذلك خلطات كيميائية جديدة للأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات المعدلة للحماية من الحرائق والهروب الحراري.

اختيار بطارية الليثيوم

هناك خصائص متعددة يجب مراعاتها عند اختيار بطاريات الليثيوم للتخزين لنظام بطاريات الليثيوم للتخزين البحري. تعد السعة من المواصفات المهمة التي يجب مراعاتها عند اختيار بطارية لتخزين الطاقة البحرية. وهي تحدد مقدار الطاقة التي يمكن تخزينها، وبالتالي مقدار العمل الذي يمكن إنتاجه قبل إعادة شحنها. وهذه معلمة تصميم أساسية في تطبيقات الدفع حيث تحدد السعة المسافة المقطوعة أو المسافة التي يمكن للقارب قطعها. في السياق البحري، حيث تكون المساحة محدودة غالبًا، من المهم العثور على بطارية ذات كثافة طاقة عالية. تعد البطاريات ذات كثافة الطاقة العالية أكثر إحكاما وخفة الوزن، وهو أمر مهم بشكل خاص على القوارب حيث تكون المساحة والوزن في أعلى مستوياتها.

تعد تقييمات الجهد والتيار أيضًا من المواصفات المهمة التي يجب مراعاتها عند اختيار بطاريات الليثيوم للتخزين لأنظمة تخزين الطاقة البحرية. تحدد هذه المواصفات مدى سرعة شحن البطارية وتفريغها، وهو أمر مهم للتطبيقات التي يمكن أن تختلف فيها متطلبات الطاقة بسرعة.

من المهم اختيار بطارية مصممة خصيصًا للاستخدام البحري. البيئات البحرية قاسية، مع التعرض للمياه المالحة والرطوبة ودرجات الحرارة القصوى. عادةً ما تتميز بطاريات الليثيوم التخزينية المصممة للاستخدام البحري بالعزل المائي والمقاومة للتآكل، بالإضافة إلى ميزات أخرى مثل مقاومة الاهتزاز ومقاومة الصدمات لضمان أداء موثوق به في الظروف الصعبة.

السلامة من الحرائق أمر بالغ الأهمية أيضا. في التطبيقات البحرية، توجد مساحة محدودة لتخزين البطاريات وأي انتشار للحريق يمكن أن يؤدي إلى انبعاث أبخرة سامة وأضرار باهظة الثمن. يمكن اتخاذ تدابير التثبيت للحد من الانتشار. تعد شركة RoyPow، وهي شركة صينية لتصنيع بطاريات الليثيوم أيون، أحد الأمثلة على وضع طفايات صغيرة مدمجة في إطار حزمة البطارية. يتم تفعيل هذه الطفايات إما عن طريق إشارة كهربائية أو عن طريق حرق الخط الحراري. سيؤدي ذلك إلى تنشيط مولد الهباء الجوي الذي يحلل سائل التبريد كيميائيًا عبر تفاعل الأكسدة والاختزال وينشره لإطفاء الحريق بسرعة قبل أن ينتشر. تعتبر هذه الطريقة مثالية للتدخلات السريعة، ومناسبة تمامًا لتطبيقات المساحات الضيقة مثل بطاريات الليثيوم للتخزين البحري.

السلامة والمتطلبات

إن استخدام بطاريات الليثيوم للتخزين للتطبيقات البحرية آخذ في الارتفاع، ولكن يجب أن تكون السلامة أولوية قصوى لضمان التصميم والتركيب المناسبين. تكون بطاريات الليثيوم عرضة للتسرب الحراري ومخاطر الحرائق إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح، خاصة في البيئة البحرية القاسية مع التعرض للمياه المالحة والرطوبة العالية. ولمعالجة هذه المخاوف، تم وضع معايير ولوائح ISO. أحد هذه المعايير هو ISO/TS 23625، الذي يوفر إرشادات لاختيار وتركيب بطاريات الليثيوم في التطبيقات البحرية. تحدد هذه المواصفة القياسية متطلبات تصميم البطارية وتركيبها وصيانتها ومراقبتها لضمان متانة البطارية وتشغيلها الآمن. بالإضافة إلى ذلك، يوفر المعيار ISO 19848-1 إرشادات حول اختبار وأداء البطاريات، بما في ذلك بطاريات الليثيوم للتخزين، في التطبيقات البحرية.

يلعب ISO 26262 أيضًا دورًا مهمًا في السلامة الوظيفية للأنظمة الكهربائية والإلكترونية داخل السفن البحرية، فضلاً عن المركبات الأخرى. ينص هذا المعيار على أن نظام إدارة البطارية (BMS) يجب أن يتم تصميمه لتوفير تحذيرات مرئية أو مسموعة للمشغل عندما تكون طاقة البطارية منخفضة، من بين متطلبات السلامة الأخرى. في حين أن الالتزام بمعايير ISO أمر طوعي، فإن الامتثال لهذه الإرشادات يعزز السلامة والكفاءة وطول عمر أنظمة البطاريات.

ملخص

تظهر بطاريات الليثيوم للتخزين بسرعة كحل مفضل لتخزين الطاقة للتطبيقات البحرية نظرًا لكثافة الطاقة العالية وعمرها الطويل في ظل الظروف الصعبة. هذه البطاريات متعددة الاستخدامات ويمكن استخدامها لمجموعة من التطبيقات البحرية، بدءًا من تشغيل القوارب الكهربائية وحتى توفير الطاقة الاحتياطية لأنظمة الملاحة. علاوة على ذلك، فإن التطوير المستمر لأنظمة البطاريات الجديدة يعمل على توسيع نطاق التطبيقات الممكنة لتشمل استكشاف أعماق البحار و البيئات الصعبة الأخرى. ومن المتوقع أن يؤدي اعتماد بطاريات الليثيوم للتخزين في الصناعة البحرية إلى تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة وإحداث ثورة في مجال الخدمات اللوجستية والنقل.

حزمة بطارية ليثيوم ROYPOW تحقق التوافق مع نظام Victron الكهربائي البحري

تعمل حزمة بطارية الليثيوم ROYPOW 24 V الجديدة على رفع قوة المغامرات البحرية