Fortschritte in der Batterietechnologie für marine Energiespeichersysteme

Vorwort

Da sich die Welt hin zu umweltfreundlicheren Energielösungen bewegt, haben Lithiumbatterien zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen. Während Elektrofahrzeuge seit über einem Jahrzehnt im Rampenlicht stehen, wurde das Potenzial elektrischer Energiespeichersysteme in Meeresumgebungen übersehen. Es gab jedoch einen Anstieg der Forschung, die sich auf die Optimierung der Nutzung von Lithium-Speicherbatterien und der Ladeprotokolle für verschiedene Bootsanwendungen konzentrierte. Lithium-Ionen-Phosphat-Tiefzyklusbatterien sind in diesem Fall aufgrund ihrer hohen Energiedichten, guten chemischen Stabilität und längeren Zyklenlebensdauer unter den strengen Anforderungen von Schiffsantriebssystemen besonders attraktiv

Mit der zunehmenden Installation von Lithium-Speicherbatterien nimmt auch die Umsetzung von Vorschriften zur Gewährleistung der Sicherheit zu. Die ISO/TS 23625 ist eine solche Regelung, die sich auf die Auswahl, Installation und Sicherheit von Batterien konzentriert. Es ist wichtig zu beachten, dass die Sicherheit bei der Verwendung von Lithiumbatterien an erster Stelle steht, insbesondere im Hinblick auf die Brandgefahr.

Marine Energiespeichersysteme

Marine-Energiespeichersysteme werden in der Schifffahrtsindustrie immer beliebter, da sich die Welt auf eine nachhaltigere und umweltfreundlichere Zukunft zubewegt. Wie der Name schon sagt, sind diese Systeme für die Energiespeicherung im Meer konzipiert und können für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt werden, vom Antrieb von Schiffen und Booten bis hin zur Bereitstellung von Notstrom im Notfall.

Aufgrund ihrer hohen Energiedichte, Zuverlässigkeit und Sicherheit ist die gebräuchlichste Art von Schiffsenergiespeichersystemen eine Lithium-Ionen-Batterie. Lithium-Ionen-Batterien können auch maßgeschneidert werden, um den spezifischen Leistungsanforderungen verschiedener Schiffsanwendungen gerecht zu werden.

Einer der Hauptvorteile von Schiffsenergiespeichersystemen ist ihre Fähigkeit, Dieselgeneratoren zu ersetzen. Durch den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien können diese Systeme eine zuverlässige und nachhaltige Energiequelle für eine Vielzahl von Anwendungen bieten. Dazu gehören Hilfsenergie, Beleuchtung und andere elektrische Anforderungen an Bord eines Schiffes oder Schiffs. Zusätzlich zu diesen Anwendungen können Schiffsenergiespeichersysteme auch zum Antrieb elektrischer Antriebssysteme eingesetzt werden, was sie zu einer sinnvollen Alternative zu herkömmlichen Dieselmotoren macht. Sie eignen sich besonders für kleinere Schiffe, die in einem relativ begrenzten Gebiet operieren.

Insgesamt sind Meeresenergiespeichersysteme eine Schlüsselkomponente des Übergangs zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Zukunft in der Meeresindustrie.

Vorteile von Lithiumbatterien

Einer der offensichtlichsten Vorteile der Verwendung von Lithium-Speicherbatterien im Vergleich zu Dieselgeneratoren ist das Fehlen von Schadstoff- und Treibhausgasemissionen. Wenn die Batterien mit sauberen Quellen wie Sonnenkollektoren oder Windkraftanlagen aufgeladen werden, könnte es sich um 100 % saubere Energie handeln. Außerdem sind sie mit weniger Komponenten kostengünstiger in der Wartung. Sie erzeugen viel weniger Lärm und eignen sich daher ideal für Anlegestellen in der Nähe von Wohngebieten oder besiedelten Gebieten.

Speicher-Lithiumbatterien sind nicht der einzige Batterietyp, der verwendet werden kann. Tatsächlich können Schiffsbatteriesysteme in Primärbatterien (die nicht wiederaufladbar sind) und Sekundärbatterien (die kontinuierlich aufgeladen werden können) unterteilt werden. Letzteres ist bei einer Langzeitanwendung wirtschaftlich vorteilhafter, selbst wenn man einen Kapazitätsabbau berücksichtigt. Ursprünglich wurden Blei-Säure-Batterien verwendet, und Lithium-Speicherbatterien gelten als neu aufkommende Batterien. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass sie eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer bieten, was bedeutet, dass sie besser für Anwendungen mit großer Reichweite und hohen Last- und Hochgeschwindigkeitsanforderungen geeignet sind.

Ungeachtet dieser Vorteile haben die Forscher keinerlei Anzeichen von Selbstgefälligkeit gezeigt. Im Laufe der Jahre konzentrierten sich zahlreiche Entwürfe und Studien auf die Verbesserung der Leistung von Lithium-Speicherbatterien, um ihre Marineanwendung 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 Schiffs-Lithium-Batteriesystem sind mehrere Merkmale zu berücksichtigen. Die Kapazität ist eine wichtige Spezifikation, die bei der Auswahl einer Batterie für die Energiespeicherung im Meer berücksichtigt werden muss. Sie bestimmt, wie viel Energie es speichern kann und wie viel Arbeit es leisten kann, bevor es wieder aufgeladen wird. Dies ist ein grundlegender Konstruktionsparameter bei Antriebsanwendungen, bei denen die Kapazität die Kilometerleistung oder Distanz bestimmt, die das Boot zurücklegen kann. Im maritimen Kontext, wo der Platz oft begrenzt ist, ist es wichtig, eine Batterie mit einer hohen Energiedichte zu finden. Batterien mit höherer Energiedichte sind kompakter und leichter, was besonders auf Booten wichtig ist, wo Platz und Gewicht knapp sind.

Spannungs- und Stromwerte sind ebenfalls wichtige Spezifikationen, die bei der Auswahl von Lithium-Speicherbatterien für Energiespeichersysteme auf See berücksichtigt werden müssen. Diese Spezifikationen bestimmen, wie schnell die Batterie geladen und entladen werden kann, was für Anwendungen wichtig ist, 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 Salzwasser, Feuchtigkeit und extremen Temperaturen ausgesetzt. Lithium-Speicherbatterien, die für den Einsatz auf See konzipiert sind, zeichnen sich in der Regel durch Wasserdichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie andere Merkmale wie Vibrations- und Stoßbeständigkeit aus, um eine zuverlässige Leistung unter schwierigen Bedingungen zu gewährleisten.

Auch der Brandschutz ist von entscheidender Bedeutung. Bei Schiffsanwendungen ist der Platz für die Batteriespeicherung begrenzt und jede Brandausbreitung könnte zur Freisetzung giftiger Dämpfe und kostspieliger Schäden führen. Um die Ausbreitung zu begrenzen, können bautechnische Maßnahmen ergriffen werden. RoyPow, ein chinesisches Unternehmen zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, ist ein Beispiel, bei dem integrierte Mikrolöscher im Rahmen des Batteriepakets angebracht sind. Diese Feuerlöscher werden entweder durch ein elektrisches Signal oder durch Durchbrennen der Thermoleitung aktiviert. Dadurch wird ein Aerosolgenerator aktiviert, der das Kühlmittel über eine Redoxreaktion chemisch zersetzt und verteilt, um den Brand schnell zu löschen, bevor er sich ausbreitet. Diese Methode ist ideal für schnelle Eingriffe und eignet sich gut für Anwendungen auf engstem Raum, wie z. B. Lithiumbatterien zur Speicherung auf See.

Sicherheit und Anforderungen

Der Einsatz von Lithium-Speicherbatterien für Schiffsanwendungen nimmt zu, aber die Sicherheit muss oberste Priorität haben, um eine ordnungsgemäße Konstruktion und Installation zu gewährleisten. Lithiumbatterien sind bei unsachgemäßer Handhabung anfällig für thermisches Durchgehen und Brandgefahr, insbesondere in der rauen Meeresumgebung mit Salzwasser und hoher Luftfeuchtigkeit. Um diese Bedenken auszuräumen, wurden ISO-Standards und -Vorschriften erstellt. Einer dieser Standards ist ISO/TS 23625, der Richtlinien für die Auswahl und Installation von Lithiumbatterien in Schiffsanwendungen bereitstellt. Diese Norm legt die Anforderungen an Batteriedesign, Installation, Wartung und Überwachung fest, um die Haltbarkeit und den sicheren Betrieb der Batterie zu gewährleisten. Darüber hinaus bietet ISO 19848-1 Leitlinien zur Prüfung und Leistung von Batterien, einschließlich Lithium-Speicherbatterien, in Schiffsanwendungen.

ISO 26262 spielt auch eine wichtige Rolle bei der funktionalen Sicherheit elektrischer und elektronischer Systeme in Seeschiffen und anderen Fahrzeugen. Diese Norm schreibt neben anderen Sicherheitsanforderungen vor, dass das Batteriemanagementsystem (BMS) so ausgelegt sein muss, dass es den Bediener optisch oder akustisch warnt, wenn die Batterie fast leer ist. Während die Einhaltung von ISO-Standards freiwillig ist, fördert die Einhaltung dieser Richtlinien die Sicherheit, Effizienz und Langlebigkeit der Batteriesysteme.

Zusammenfassung

Lithium-Speicherbatterien entwickeln sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte und längeren Lebensdauer unter anspruchsvollen Bedingungen schnell zu einer bevorzugten Energiespeicherlösung für Schiffsanwendungen. Diese Batterien sind vielseitig einsetzbar und können für eine Reihe von Marineanwendungen eingesetzt werden, vom Antrieb von Elektrobooten bis hin zur Bereitstellung von Notstrom für Navigationssysteme. Darüber hinaus erweitert die kontinuierliche Entwicklung neuer Batteriesysteme das Spektrum möglicher Anwendungen auf die Tiefseeerkundung und andere herausfordernde Umgebungen. Der Einsatz von Lithium-Speicherbatterien in der Schifffahrtsindustrie soll die Treibhausgasemissionen reduzieren und Logistik und Transport revolutionieren.