Pokrok v technologii baterií pro námořní systémy skladování energie

Předmluva

S tím, jak se svět posouvá směrem k ekologičtějším energetickým řešením, si lithiové baterie získaly zvýšenou pozornost. Zatímco elektrická vozidla jsou v centru pozornosti již více než deset let, potenciál systémů skladování elektrické energie v námořním prostředí byl přehlížen. Došlo však k prudkému nárůstu výzkumu zaměřeného na optimalizaci využití lithiových baterií a nabíjecích protokolů pro různé lodní aplikace. Lithium-iontové fosfátové baterie s hlubokým cyklem jsou v tomto případě obzvláště atraktivní díky své vysoké hustotě energie, dobré chemické stabilitě a prodloužené životnosti v rámci přísných požadavků námořních pohonných systémů.

Jak instalace akumulačních lithiových baterií nabírá na síle, tak i implementace předpisů pro zajištění bezpečnosti. ISO/TS 23625 je jedním takovým předpisem, který se zaměřuje na výběr, instalaci a bezpečnost baterií. Je důležité poznamenat, že bezpečnost je prvořadá, pokud jde o použití lithiových baterií, zejména pokud jde o nebezpečí požáru.

Systémy skladování mořské energie

Systémy skladování mořské energie se stávají stále populárnějším řešením v námořním průmyslu, protože svět směřuje k udržitelnější a ekologičtější budoucnosti. Jak název napovídá, tyto systémy jsou navrženy k ukládání energie v námořním prostředí a lze je použít pro různé účely, od pohonu lodí a člunů až po poskytování záložní energie v případě nouze.

Nejběžnějším typem systému skladování mořské energie je lithium-iontová baterie díky své vysoké hustotě energie, spolehlivosti a bezpečnosti. Lithium-iontové baterie lze také upravit tak, aby splňovaly specifické požadavky na napájení různých námořních aplikací.

Jednou z klíčových výhod systémů skladování mořské energie je jejich schopnost nahradit dieselové generátory. Díky použití lithium-iontových baterií mohou tyto systémy nabídnout spolehlivý a udržitelný zdroj energie pro různé aplikace. To zahrnuje pomocné napájení, osvětlení a další elektrické potřeby na palubě lodi nebo plavidla. Kromě těchto aplikací mohou být námořní systémy skladování energie také použity k napájení elektrických pohonných systémů, což z nich činí životaschopnou alternativu ke konvenčním dieselovým motorům. Jsou zvláště vhodné pro menší plavidla operující v relativně omezené oblasti.

Celkově jsou systémy skladování mořské energie klíčovou součástí přechodu k udržitelnější a ekologičtější budoucnosti v námořním průmyslu.

Výhody lithiových baterií

Jednou z nejviditelnějších výhod používání lithiových baterií ve srovnání s dieselovými generátory je nedostatek toxických a skleníkových plynů. Pokud jsou baterie nabíjeny pomocí čistých zdrojů, jako jsou solární panely nebo větrné turbíny, mohlo by to představovat 100% čistou energii. Jsou také méně nákladné z hlediska údržby s menším počtem součástí. Produkují mnohem méně hluku, takže jsou ideální pro dokovací situace v blízkosti obytných nebo obydlených oblastí.

Skladování Lithiové baterie nejsou jediným typem baterií, které lze použít. Ve skutečnosti lze systémy námořních baterií rozdělit na primární baterie (které nelze dobíjet) a sekundární baterie (které lze dobíjet nepřetržitě). Posledně jmenovaný je ekonomicky výhodnější při dlouhodobé aplikaci, a to i při zvažování degradace kapacity. Původně se používaly olověné baterie a akumulátorové lithiové baterie jsou považovány za nově vznikající baterie. Výzkum však ukázal, že poskytují vyšší hustotu energie a prodlouženou životnost, což znamená, že jsou vhodnější pro aplikace na dlouhé vzdálenosti a vysoké zatížení a požadavky na vysokou rychlost.

Bez ohledu na tyto výhody výzkumníci neprokázali žádné známky uspokojení. V průběhu let se četné návrhy a studie zaměřily na zlepšení výkonu akumulačních lithiových baterií, aby se zlepšila jejich námořní aplikace. To zahrnuje nové chemické směsi pro elektrody a upravené elektrolyty za účelem ochrany před požáry a tepelnými úniky.

Výběr lithiové baterie

Při výběru akumulačních lithiových baterií pro námořní akumulační lithiový bateriový systém je třeba vzít v úvahu několik charakteristik. Kapacita je kritickou specifikací, kterou je třeba vzít v úvahu při výběru baterie pro skladování mořské energie. Určuje, kolik energie dokáže uchovat a následně množství práce, kterou lze vykonat před dobitím. Toto je základní konstrukční parametr v pohonných aplikacích, kde kapacita určuje kilometrový výkon nebo vzdálenost, kterou může loď ujet. V námořním prostředí, kde je prostor často omezený, je důležité najít baterii s vysokou hustotou energie. Baterie s vyšší hustotou energie jsou kompaktnější a lehčí, což je zvláště důležité na lodích, kde je prostor a hmotnost na prvním místě.

Hodnoty napětí a proudu jsou také důležité specifikace, které je třeba vzít v úvahu při výběru akumulačních lithiových baterií pro námořní systémy skladování energie. Tyto specifikace určují, jak rychle se může baterie nabíjet a vybíjet, což je důležité pro aplikace, kde se požadavky na energii mohou rychle měnit.

Je důležité vybrat baterii, která je navržena speciálně pro námořní použití. Mořské prostředí je drsné, vystavené slané vodě, vlhkosti a extrémním teplotám. Skladovací lithiové baterie, které jsou určeny pro námořní použití, se obvykle vyznačují vodotěsností a odolností proti korozi, stejně jako dalšími vlastnostmi, jako je odolnost proti vibracím a odolnost proti nárazům, aby byl zajištěn spolehlivý výkon v náročných podmínkách.

Důležitá je také požární bezpečnost. V námořních aplikacích je k dispozici omezené množství prostoru pro skladování baterií a jakékoli šíření požáru by mohlo vést k uvolňování toxických výparů a nákladným škodám. K omezení šíření lze přijmout instalační opatření. RoyPow, čínská společnost vyrábějící lithium-iontové baterie, je jedním z příkladů, kde jsou vestavěné mikro hasicí přístroje umístěny v rámu baterie. Tyto hasicí přístroje se aktivují buď elektrickým signálem nebo spálením tepelného vedení. Tím se aktivuje generátor aerosolu, který chemicky rozloží chladicí kapalinu pomocí redoxní reakce a rozšíří ji, aby oheň rychle uhasil dříve, než se rozšíří. Tato metoda je ideální pro rychlé zásahy, dobře se hodí pro aplikace ve stísněných prostorech, jako jsou lithiové akumulátory pro námořní skladování.

Bezpečnost a požadavky

Používání akumulačních lithiových baterií pro námořní aplikace je na vzestupu, ale bezpečnost musí být nejvyšší prioritou pro zajištění správného návrhu a instalace. Lithiové baterie jsou citlivé na tepelný únik a nebezpečí požáru, pokud se s nimi nezachází správně, zejména v drsném mořském prostředí s vystavením slané vodě a vysoké vlhkosti. K řešení těchto problémů byly vytvořeny normy a předpisy ISO. Jednou z těchto norem je ISO/TS 23625, která poskytuje pokyny pro výběr a instalaci lithiových baterií v námořních aplikacích. Tato norma specifikuje požadavky na konstrukci, instalaci, údržbu a monitorování baterie, aby byla zajištěna její odolnost a bezpečný provoz. ISO 19848-1 navíc poskytuje návod na testování a výkon baterií, včetně akumulátorových lithiových baterií, v námořních aplikacích.

ISO 26262 také hraje významnou roli ve funkční bezpečnosti elektrických a elektronických systémů v námořních plavidlech a dalších vozidlech. Tato norma nařizuje, že systém řízení baterie (BMS) musí být navržen tak, aby kromě jiných bezpečnostních požadavků poskytoval obsluze vizuální nebo akustické varování, když je baterie vybitá. Zatímco dodržování norem ISO je dobrovolné, dodržování těchto pokynů podporuje bezpečnost, účinnost a životnost bateriových systémů.

Shrnutí

Akumulační lithiové baterie se rychle objevují jako preferované řešení pro skladování energie pro námořní aplikace kvůli jejich vysoké hustotě energie a prodloužené životnosti v náročných podmínkách. Tyto baterie jsou univerzální a lze je použít pro celou řadu námořních aplikací, od napájení elektrických člunů až po poskytování záložního napájení pro navigační systémy. Kromě toho neustálý vývoj nových bateriových systémů rozšiřuje řadu možných aplikací, aby zahrnovaly průzkum hlubin moře a jiná náročná prostředí. Očekává se, že zavedení akumulačních lithiových baterií v námořním průmyslu sníží emise skleníkových plynů a způsobí revoluci v logistice a dopravě.