التقدم في تكنولوجيا البطارية لأنظمة تخزين الطاقة البحرية

مقدمة

مع تحول العالم نحو حلول الطاقة الخضراء ، اكتسبت بطاريات الليثيوم اهتمامًا متزايدًا. بينما كانت السيارات الكهربائية في دائرة الضوء لأكثر من عقد من الزمان ، تم تجاهل إمكانات أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية في الإعدادات البحرية. ومع ذلك ، كانت هناك زيادة في الأبحاث التي تركز على تحسين استخدام بطاريات الليثيوم للتخزين وشحن بروتوكولات مختلفة لتطبيقات القوارب. تعتبر بطاريات الدورة العميقة في الفوسفات الليثيوم في هذه الحالة جذابة بشكل خاص بسبب كثافاتها العالية في الطاقة ، والاستقرار الكيميائي الجيد ، وعمر الدورة المطول في ظل المتطلبات الصارمة لأنظمة الدفع البحري

مع اكتساب تركيب بطاريات الليثيوم تخزين الزخم ، وكذلك الحال مع تنفيذ اللوائح لضمان السلامة. يعد ISO/TS 23625 أحد اللائحة التي تركز على اختيار البطارية والتركيب والسلامة. من الأهمية بمكان أن نلاحظ أن السلامة ذات أهمية قصوى عندما يتعلق الأمر باستخدام بطاريات الليثيوم ، خاصة فيما يتعلق بمخاطر الحريق.

أنظمة تخزين الطاقة البحرية

أصبحت أنظمة تخزين الطاقة البحرية حلاً شائعًا بشكل متزايد في الصناعة البحرية حيث يتحرك العالم نحو مستقبل أكثر استدامة وصديقًا للبيئة. كما يوحي الاسم ، تم تصميم هذه الأنظمة لتخزين الطاقة في بيئة بحرية ويمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من الأغراض ، من السفن والقوارب إلى توفير الطاقة الاحتياطية في حالة الطوارئ.

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

واحدة من الفوائد الرئيسية لأنظمة تخزين الطاقة البحرية هي قدرتها على استبدال مولدات الديزل. من خلال استخدام بطاريات الليثيوم أيون ، يمكن أن تقدم هذه الأنظمة مصدر طاقة موثوق ومستدام لمجموعة متنوعة من التطبيقات. ويشمل ذلك الطاقة الإضافية والإضاءة والاحتياجات الكهربائية الأخرى على متن سفينة أو سفينة. 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 الأصغر التي تعمل في منطقة محدودة نسبيًا.

بشكل عام ، تعد أنظمة تخزين الطاقة البحرية عنصرًا رئيسيًا في الانتقال إلى مستقبل أكثر استدامة وصديقًا للبيئة في الصناعة البحرية.

مزايا بطاريات الليثيوم

واحدة من أكثر المزايا وضوحا لاستخدام بطاريات ليثيوم التخزين مقارنة مع مولد الديزل هو الافتقار إلى انبعاثات الغازات السامة ودفيئة. إذا تم شحن البطاريات باستخدام مصادر نظيفة مثل الألواح الشمسية أو توربينات الرياح ، فقد تشكل طاقة نظيفة بنسبة 100 ٪. كما أنها أقل تكلفة من حيث الصيانة مع عدد أقل من المكونات. أنها تنتج ضوضاء أقل بكثير ، مما يجعلها مثالية لالتحالات الإرساء بالقرب من المناطق السكنية أو المأهولة بالسكان.

بطاريات الليثيوم التخزين ليست هي النوع الوحيد من البطاريات التي يمكن استخدامها. في الواقع ، يمكن تقسيم أنظمة البطارية البحرية إلى بطاريات أولية (والتي لا يمكن إعادة شحنها) والبطاريات الثانوية (والتي يمكن إعادة شحنها بشكل مستمر). هذا الأخير أكثر فائدة اقتصاديًا في تطبيق طويل الأجل ، حتى عند النظر في تدهور القدرات. تم استخدام بطاريات حمض الرصاص في البداية ، وتعتبر بطاريات الليثيوم تخزين البطاريات الناشئة حديثًا. ومع ذلك ، فقد أظهرت الأبحاث أنها توفر كثافات طاقة أعلى وحياة طويلة ، مما يعني أنها أكثر ملاءمة للتطبيقات طويلة المدى ، والمتطلبات عالية الحمل والمتطلبات عالية السرعة.

بغض النظر عن هذه المزايا ، لم يظهر الباحثون أي علامات على الرضا عن النفس. على مر السنين ، ركزت العديد من التصميمات والدراسات على تحسين أداء بطاريات ليثيوم تخزين لتحسين تطبيقها البحري. ويشمل ذلك مزيجًا كيميائيًا جديدًا للأقطاب الكهربائية والكهارل المعدلة من أجل الحماية من الحرائق والهور الحراري.

اختيار بطارية الليثيوم

هناك خصائص متعددة يجب مراعاتها عند اختيار بطاريات الليثيوم للتخزين لنظام بطارية الليثيوم البحري. السعة هي مواصفات حاسمة يجب مراعاتها عند اختيار abattery لتخزين الطاقة البحرية. إنه يحدد مقدار الطاقة التي يمكن أن تخزنها ، وبعد ذلك ، كمية العمل التي يمكن إنتاجها قبل إعادة شحنها. هذه معلمة تصميم أساسية في تطبيقات الدفع حيث تملي السعة الأميال أو المسافة التي يمكن أن يسافرها القارب. في سياق بحري ، حيث تكون المساحة محدودة في كثير من الأحيان ، من المهم العثور على بطارية ذات كثافة عالية الطاقة. بطاريات كثافة الطاقة الأعلى أكثر إحكاما وخفيفة الوزن ، وهو أمر مهم بشكل خاص على القوارب التي يكون فيها المساحة والوزن قسطًا.

تعد الجهد والتصنيفات الحالية مواصفات مهمة 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. ستتميز بطاريات الليثيوم بالتخزين المصممة للاستخدام البحري عادةً مقاومة تسرب المياه ومقاومة التآكل ، بالإضافة إلى ميزات أخرى مثل مقاومة الاهتزاز ومقاومة الصدمة لضمان أداء موثوق به في الظروف الصعبة.

السلامة من الحرائق هي أيضا أمر بالغ الأهمية. في التطبيقات البحرية ، هناك مساحة محدودة لتخزين البطارية وقد يؤدي أي انتشار للحريق إلى إصدارات الدخان السامة والأضرار المكلفة. يمكن اتخاذ تدابير التثبيت للحد من الانتشار. تعد Roypow ، وهي شركة لتصنيع بطاريات الليثيوم أيون الصينية ، أحد الأمثلة التي يتم فيها وضع طفايات صغيرة مدمجة في إطار حزمة البطارية. يتم تنشيط 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 عن طريق تفاعل الأكسدة والاختزال وينشره لإطفاء الحريق بسرعة قبل أن ينتشر. هذه الطريقة مثالية للتدخلات السريعة ، وهي مناسبة تمامًا لتطبيقات المساحة الضيقة مثل بطاريات ليثيوم التخزين البحري.

السلامة والمتطلبات

يتزايد استخدام بطاريات الليثيوم للتخزين للتطبيقات البحرية ، ولكن يجب أن تكون السلامة أولوية قصوى لضمان التصميم والتركيب المناسبين. تعتبر بطاريات الليثيوم عرضة لمخاطر الهروب الحرارية ومخاطر الحرائق إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح ، خاصة في البيئة البحرية القاسية مع التعرض للمياه المالحة والرطوبة العالية. لمعالجة هذه المخاوف ، تم إنشاء معايير ولوائح ISO. أحد هذه المعايير هو ISO/TS 23625 ، والذي يوفر إرشادات لاختيار وتثبيت بطاريات الليثيوم في التطبيقات البحرية. يحدد هذا المعيار متطلبات تصميم البطارية وتركيبها وصيانتها ومراقبة متطلباتها لضمان متانة البطارية وتشغيلها الآمن. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر ISO 19848-1 إرشادات حول اختبار وأداء البطاريات ، بما في ذلك بطاريات ليثيوم التخزين ، في التطبيقات البحرية.

يلعب ISO 26262 أيضًا دورًا مهمًا في السلامة الوظيفية للأنظمة الكهربائية والإلكترونية داخل الأوعية البحرية ، وكذلك المركبات الأخرى. ينشئ هذا المعيار أن نظام إدارة البطارية (BMS) يجب أن يكون مصممًا لتوفير تحذيرات بصرية أو مسموعة للمشغل عندما تكون البطارية منخفضة الطاقة ، من بين متطلبات السلامة الأخرى. في حين أن الالتزام بمعايير ISO طوعية ، فإن الامتثال لهذه الإرشادات يعزز السلامة والكفاءة وطول العمر لأنظمة البطارية.

ملخص

تظهر بطاريات الليثيوم للتخزين بسرعة كحل تخزين الطاقة المفضل للتطبيقات البحرية بسبب كثافة الطاقة العالية وعمرها الممتد في ظل الظروف الصعبة. هذه البطاريات متعددة الاستخدامات ويمكن استخدامها لمجموعة من التطبيقات البحرية ، من تشغيل القوارب الكهربائية إلى توفير الطاقة الاحتياطية لأنظمة الملاحة. بيئات صعبة أخرى. من المتوقع أن يقلل اعتماد بطاريات ليثيوم تخزين في الصناعة البحرية من انبعاثات غازات الدفيئة وإحداث ثورة في الخدمات اللوجستية والنقل.