Fortschritte in der Batterietechnologie für maritime Energiespeichersysteme

Vorwort

Mit dem weltweiten Wandel hin zu umweltfreundlicheren Energielösungen gewinnen Lithiumbatterien zunehmend an Bedeutung. Während Elektrofahrzeuge seit über einem Jahrzehnt im Rampenlicht stehen, wurde das Potenzial von elektrischen Energiespeichersystemen im maritimen Bereich bislang übersehen. Es gibt jedoch eine verstärkte Forschung zur Optimierung der Nutzung von Lithium-Speicherbatterien und der Ladeprotokolle für verschiedene Bootsanwendungen. Lithium-Ionen-Phosphat-Deep-Cycle-Batterien sind in diesem Fall aufgrund ihrer hohen Energiedichte, guten chemischen Stabilität und langen Lebensdauer unter den strengen Anforderungen von Schiffsantrieben besonders attraktiv.

Mit der zunehmenden Verbreitung von Lithium-Akkumulatoren steigt auch die Zahl der Sicherheitsvorschriften. Die ISO/TS 23625 ist eine solche Verordnung, die sich mit der Auswahl, Installation und Sicherheit von Akkumulatoren befasst. Es ist wichtig zu beachten, dass die Sicherheit bei der Verwendung von Lithium-Akkus, insbesondere im Hinblick auf Brandgefahr, an erster Stelle steht.

Marine Energiespeichersysteme

Energiespeichersysteme für den Schiffsbau erfreuen sich in der Schifffahrtsbranche zunehmender Beliebtheit, da die Welt auf eine nachhaltigere und umweltfreundlichere Zukunft zusteuert. Wie der Name schon sagt, sind diese Systeme für die Speicherung von Energie im maritimen Umfeld konzipiert und können für vielfältige Zwecke eingesetzt werden, vom Antrieb von Schiffen und Booten bis hin zur Bereitstellung von Notstrom im Notfall.

Der am häufigsten verwendete Typ von Energiespeichersystemen für Schiffe ist die Lithium-Ionen-Batterie, da sie eine hohe Energiedichte, Zuverlässigkeit und Sicherheit bietet. Lithium-Ionen-Batterien können zudem an die spezifischen Leistungsanforderungen verschiedener Schiffsanwendungen angepasst werden.

Einer der Hauptvorteile von Marine-Energiespeichersystemen ist ihre Fähigkeit, Dieselgeneratoren zu ersetzen. Durch den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien bieten diese Systeme eine zuverlässige und nachhaltige Energiequelle für eine Vielzahl von Anwendungen. Dazu gehören Hilfsstromversorgung, Beleuchtung und andere elektrische Anforderungen an Bord eines Schiffes. Darüber hinaus können Marine-Energiespeichersysteme auch zum Antrieb elektrischer Antriebssysteme eingesetzt werden und stellen somit eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Dieselmotoren dar. Sie eignen sich besonders für kleinere Schiffe, die in einem relativ begrenzten Gebiet operieren.

Insgesamt sind Energiespeichersysteme für die Schifffahrt ein Schlüsselelement für den Übergang zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Zukunft in der Schifffahrtsindustrie.

Vorteile von Lithiumbatterien

Einer der offensichtlichsten Vorteile von Lithium-Akkumulatoren gegenüber Dieselgeneratoren ist die Vermeidung von Schadstoff- und Treibhausgasemissionen. Werden die Akkus mit sauberen Energiequellen wie Solarzellen oder Windkraftanlagen geladen, entsteht 100 % saubere Energie. Zudem sind sie wartungsfreundlicher und benötigen weniger Komponenten. Sie erzeugen deutlich weniger Lärm und eignen sich daher ideal für Anlegestellen in der Nähe von Wohngebieten oder besiedelten Gebieten.

Lithium-Speicherbatterien sind nicht der einzige Batterietyp, der verwendet werden kann. Tatsächlich lassen sich Schiffsbatteriesysteme in Primärbatterien (die nicht wiederaufladbar sind) und Sekundärbatterien (die kontinuierlich wiederaufladbar sind) unterteilen. Letztere sind bei langfristiger Anwendung wirtschaftlich vorteilhafter, selbst unter Berücksichtigung des Kapazitätsabbaus. Ursprünglich wurden Blei-Säure-Batterien verwendet, während Lithium-Speicherbatterien als neu aufkommende Batterietypen gelten. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass sie eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer bieten und sich daher besser für Langstreckenanwendungen sowie hohe Last- und Geschwindigkeitsanforderungen eignen.

Trotz dieser Vorteile haben sich die Forscher nicht auf ihren Lorbeeren ausgeruht. Im Laufe der Jahre konzentrierten sich zahlreiche Entwicklungen und Studien auf die Leistungssteigerung von Lithium-Speicherbatterien, um deren Einsatz in der Schifffahrt zu verbessern. Dazu gehören neue chemische Mischungen für die Elektroden und modifizierte Elektrolyte zum Schutz vor Bränden und thermischem Durchgehen.

Auswahl der Lithiumbatterie

Bei der Auswahl von Lithium-Speicherbatterien für ein maritimes Lithium-Speicherbatteriesystem sind mehrere Eigenschaften zu berücksichtigen. Die Kapazität ist ein entscheidender Faktor bei der Auswahl einer Batterie für die Energiespeicherung im Schiffsbau. Sie bestimmt, wie viel Energie gespeichert werden kann und wie viel Arbeit vor dem erneuten Aufladen geleistet werden kann. Dies ist ein grundlegender Konstruktionsparameter bei Antriebsanwendungen, bei denen die Kapazität die Reichweite bzw. Distanz des Bootes bestimmt. Im maritimen Kontext, wo der Platz oft begrenzt ist, ist es wichtig, eine Batterie mit hoher Energiedichte zu finden. Batterien mit höherer Energiedichte sind kompakter und leichter, was besonders auf Booten wichtig ist, bei denen Platz und Gewicht eine wichtige Rolle spielen.

Spannungs- und Stromstärken sind ebenfalls wichtige Spezifikationen bei der Auswahl von Lithium-Speicherbatterien für maritime Energiespeichersysteme. Diese Spezifikationen bestimmen, wie schnell die Batterie geladen und entladen werden kann. Dies ist wichtig für Anwendungen, bei denen der Strombedarf schnell schwanken kann.

Es ist wichtig, eine Batterie zu wählen, die speziell für den Einsatz auf See konzipiert ist. Die Meeresumgebung ist rau und unterliegt Salzwasser, Feuchtigkeit und extremen Temperaturen. Lithium-Speicherbatterien, die für den Einsatz auf See konzipiert sind, sind in der Regel wasserdicht und korrosionsbeständig sowie vibrations- und stoßfest, um eine zuverlässige Leistung unter schwierigen Bedingungen zu gewährleisten.

Auch der Brandschutz ist entscheidend. In Schiffsanwendungen steht nur begrenzt Platz für die Batterielagerung zur Verfügung, und jede Brandausbreitung kann zur Freisetzung giftiger Dämpfe und kostspieliger Schäden führen. Installationsmaßnahmen können die Ausbreitung begrenzen. RoyPow, ein chinesischer Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien, ist ein Beispiel dafür. Hier werden Mikro-Feuerlöscher in den Batteriepackrahmen eingebaut. Diese Feuerlöscher werden entweder durch ein elektrisches Signal oder durch das Verbrennen der Thermoleitung aktiviert. Dadurch wird ein Aerosolgenerator aktiviert, der das Kühlmittel durch eine Redoxreaktion chemisch zersetzt und verteilt, um das Feuer schnell zu löschen, bevor es sich ausbreitet. Diese Methode eignet sich ideal für schnelle Interventionen und gut für Anwendungen auf engstem Raum, wie z. B. bei Lithium-Speicherbatterien für Schiffe.

Sicherheit und Anforderungen

Der Einsatz von Lithium-Akkumulatoren in der Schifffahrt nimmt zu, doch die Sicherheit muss oberste Priorität haben, um eine ordnungsgemäße Konstruktion und Installation zu gewährleisten. Lithium-Akkus sind bei unsachgemäßer Handhabung anfällig für thermisches Durchgehen und Brandgefahr, insbesondere in der rauen Meeresumgebung mit Salzwasser und hoher Luftfeuchtigkeit. Um diesen Problemen zu begegnen, wurden ISO-Normen und -Vorschriften geschaffen. Eine dieser Normen ist ISO/TS 23625, die Richtlinien für die Auswahl und Installation von Lithium-Akkus in Schiffsanwendungen bereitstellt. Diese Norm legt die Anforderungen an Batteriekonstruktion, Installation, Wartung und Überwachung fest, um die Haltbarkeit und den sicheren Betrieb der Batterie zu gewährleisten. Darüber hinaus bietet ISO 19848-1 Leitlinien für die Prüfung und Leistung von Batterien, einschließlich Lithium-Akkumulatoren, in Schiffsanwendungen.

Die ISO 26262 spielt auch eine wichtige Rolle für die funktionale Sicherheit elektrischer und elektronischer Systeme in Schiffen und anderen Fahrzeugen. Diese Norm schreibt unter anderem vor, dass das Batteriemanagementsystem (BMS) so konzipiert sein muss, dass es den Bediener bei niedrigem Batterieladestand optisch oder akustisch warnt. Die Einhaltung der ISO-Normen ist zwar freiwillig, fördert aber die Sicherheit, Effizienz und Langlebigkeit der Batteriesysteme.

Zusammenfassung

Lithium-Speicherbatterien entwickeln sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer unter anspruchsvollen Bedingungen schnell zu einer bevorzugten Energiespeicherlösung für maritime Anwendungen. Diese Batterien sind vielseitig einsetzbar und können für eine Reihe von maritimen Anwendungen eingesetzt werden, vom Antrieb von Elektrobooten bis zur Notstromversorgung von Navigationssystemen. Darüber hinaus erweitert die kontinuierliche Entwicklung neuer Batteriesysteme das Anwendungsspektrum um die Tiefseeforschung und andere anspruchsvolle Umgebungen. Der Einsatz von Lithium-Speicherbatterien in der Schifffahrtsindustrie dürfte die Treibhausgasemissionen reduzieren und Logistik und Transport revolutionieren.