Προόδους στην τεχνολογία μπαταριών για συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας

Πρόλογος

Καθώς ο κόσμος στρέφεται προς πιο πράσινες ενεργειακές λύσεις, οι μπαταρίες λιθίου έχουν κερδίσει αυξημένη προσοχή. Ενώ τα ηλεκτρικά οχήματα βρίσκονται στο επίκεντρο για πάνω από μια δεκαετία, οι δυνατότητες των συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε θαλάσσια περιβάλλοντα έχουν παραβλεφθεί. Ωστόσο, έχει σημειωθεί μια έκρηξη στην έρευνα που επικεντρώνεται στη βελτιστοποίηση της χρήσης των μπαταριών λιθίου αποθήκευσης και των πρωτοκόλλων φόρτισης για διαφορετικές εφαρμογές σκαφών. Οι μπαταρίες βαθέως κύκλου φωσφορικών ιόντων λιθίου σε αυτή την περίπτωση είναι ιδιαίτερα ελκυστικές λόγω της υψηλής ενεργειακής τους πυκνότητας, της καλής χημικής σταθερότητας και της παρατεταμένης διάρκειας ζωής κάτω από τις αυστηρές απαιτήσεις των συστημάτων θαλάσσιας πρόωσης

Καθώς η εγκατάσταση μπαταριών λιθίου αποθήκευσης αποκτά δυναμική, το ίδιο ισχύει και για την εφαρμογή των κανονισμών για τη διασφάλιση της ασφάλειας. Το ISO/TS 23625 είναι ένας τέτοιος κανονισμός που εστιάζει στην επιλογή, την εγκατάσταση και την ασφάλεια της μπαταρίας. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ασφάλεια είναι πρωταρχικής σημασίας όταν πρόκειται για τη χρήση μπαταριών λιθίου, ιδιαίτερα όσον αφορά τους κινδύνους πυρκαγιάς.

Συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας

Τα συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλής λύση στη ναυτιλιακή βιομηχανία καθώς ο κόσμος κινείται προς ένα πιο βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον μέλλον. Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτά τα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να αποθηκεύουν ενέργεια σε θαλάσσιο περιβάλλον και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορους σκοπούς, από την προώθηση πλοίων και σκαφών έως την παροχή εφεδρικής ισχύος σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.

Ο πιο κοινός τύπος συστήματος αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας είναι μια μπαταρία ιόντων λιθίου, λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, αξιοπιστίας και ασφάλειας. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν επίσης να προσαρμοστούν ώστε να ανταποκρίνονται στις ειδικές απαιτήσεις ισχύος διαφορετικών θαλάσσιων εφαρμογών.

Ένα από τα βασικά οφέλη των συστημάτων αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας είναι η ικανότητά τους να αντικαθιστούν γεννήτριες ντίζελ. Με τη χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου, αυτά τα συστήματα μπορούν να προσφέρουν μια αξιόπιστη και βιώσιμη πηγή ενέργειας για μια ποικιλία εφαρμογών. Αυτό περιλαμβάνει βοηθητική ισχύ, φωτισμό και άλλες ηλεκτρικές ανάγκες σε πλοίο ή σκάφος. Εκτός από αυτές τις εφαρμογές, τα συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία συστημάτων ηλεκτρικής πρόωσης, καθιστώντας τα μια βιώσιμη εναλλακτική λύση σε σχέση με τους συμβατικούς κινητήρες ντίζελ. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για μικρότερα πλοία που λειτουργούν σε σχετικά περιορισμένη περιοχή.

Συνολικά, τα συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας αποτελούν βασικό συστατικό της μετάβασης σε ένα πιο βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον μέλλον στη ναυτιλιακή βιομηχανία.

Πλεονεκτήματα των μπαταριών λιθίου

Ένα από τα πιο εμφανή πλεονεκτήματα της χρήσης μπαταριών λιθίου αποθήκευσης σε σύγκριση με γεννήτριες ντίζελ είναι η έλλειψη εκπομπών τοξικών και αερίων θερμοκηπίου. Εάν οι μπαταρίες φορτίζονται χρησιμοποιώντας καθαρές πηγές, όπως ηλιακούς συλλέκτες ή ανεμογεννήτριες, θα μπορούσε να αποτελέσει 100% καθαρή ενέργεια. Είναι επίσης λιγότερο δαπανηρά όσον αφορά τη συντήρηση με λιγότερα εξαρτήματα. Παράγουν πολύ λιγότερο θόρυβο, καθιστώντας τα ιδανικά για θέσεις σύνδεσης κοντά σε κατοικημένες ή κατοικημένες περιοχές.

Αποθήκευση Οι μπαταρίες λιθίου δεν είναι ο μόνος τύπος μπαταριών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Στην πραγματικότητα, τα συστήματα μπαταριών θαλάσσης μπορούν να χωριστούν σε πρωτεύουσες μπαταρίες (που δεν μπορούν να επαναφορτιστούν) και δευτερεύουσες μπαταρίες (που μπορούν να επαναφορτίζονται συνεχώς). Το τελευταίο είναι πιο ωφέλιμο οικονομικά σε μια μακροπρόθεσμη εφαρμογή, ακόμη και όταν εξετάζεται η υποβάθμιση της παραγωγικής ικανότητας. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν μπαταρίες μολύβδου-οξέος και οι μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης θεωρούνται ως νεοεμφανιζόμενες μπαταρίες. Ωστόσο, η έρευνα έχει δείξει ότι παρέχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και παρατεταμένη διάρκεια ζωής, που σημαίνει ότι είναι καλύτερα κατάλληλα για εφαρμογές μεγάλης εμβέλειας και απαιτήσεις υψηλού φορτίου και υψηλής ταχύτητας.

Ανεξάρτητα από αυτά τα πλεονεκτήματα, οι ερευνητές δεν έχουν δείξει κανένα σημάδι εφησυχασμού. Με τα χρόνια, πολυάριθμα σχέδια και μελέτες έχουν επικεντρωθεί στη βελτίωση της απόδοσης των μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για τη βελτίωση της θαλάσσιας εφαρμογής τους. Αυτό περιλαμβάνει νέα χημικά μείγματα για τα ηλεκτρόδια και τροποποιημένους ηλεκτρολύτες για την προστασία από πυρκαγιές και θερμικές διαρροές.

Επιλογή μπαταρίας λιθίου

Υπάρχουν πολλά χαρακτηριστικά που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για ένα σύστημα μπαταριών λιθίου αποθήκευσης θαλάσσης. Η χωρητικότητα είναι μια κρίσιμη προδιαγραφή που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή μπαταριών για αποθήκευση θαλάσσιας ενέργειας. Καθορίζει πόση ενέργεια μπορεί να αποθηκεύσει και, στη συνέχεια, την ποσότητα εργασίας που μπορεί να παραχθεί πριν την επαναφόρτιση. Αυτή είναι μια θεμελιώδης παράμετρος σχεδιασμού σε εφαρμογές πρόωσης όπου η χωρητικότητα υπαγορεύει τα χιλιόμετρα ή την απόσταση που μπορεί να διανύσει το σκάφος. Σε ένα θαλάσσιο περιβάλλον, όπου ο χώρος είναι συχνά περιορισμένος, είναι σημαντικό να βρείτε μια μπαταρία με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα. Οι μπαταρίες υψηλότερης ενεργειακής πυκνότητας είναι πιο συμπαγείς και ελαφριές, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε σκάφη όπου ο χώρος και το βάρος είναι υψηλότερα.

Οι ονομασίες τάσης και ρεύματος είναι επίσης σημαντικές προδιαγραφές που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας. Αυτές οι προδιαγραφές καθορίζουν πόσο γρήγορα μπορεί να φορτίσει και να αποφορτιστεί η μπαταρία, κάτι που είναι σημαντικό για εφαρμογές όπου οι απαιτήσεις ισχύος μπορεί να ποικίλλουν γρήγορα.

Είναι σημαντικό να επιλέξετε μια μπαταρία που έχει σχεδιαστεί ειδικά για θαλάσσια χρήση. Τα θαλάσσια περιβάλλοντα είναι σκληρά, με έκθεση σε αλμυρό νερό, υγρασία και ακραίες θερμοκρασίες. Οι μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης που έχουν σχεδιαστεί για θαλάσσια χρήση θα διαθέτουν συνήθως στεγανοποίηση και αντοχή στη διάβρωση, καθώς και άλλα χαρακτηριστικά, όπως αντοχή σε κραδασμούς και αντοχή σε κραδασμούς για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη απόδοση σε δύσκολες συνθήκες.

Η πυρασφάλεια είναι επίσης ζωτικής σημασίας. Στις θαλάσσιες εφαρμογές, υπάρχει περιορισμένος χώρος για αποθήκευση μπαταριών και οποιαδήποτε εξάπλωση πυρκαγιάς θα μπορούσε να οδηγήσει σε απελευθέρωση τοξικών αναθυμιάσεων και δαπανηρές ζημιές. Μπορούν να ληφθούν μέτρα εγκατάστασης για τον περιορισμό της εξάπλωσης. Η RoyPow, μια κινεζική εταιρεία κατασκευής μπαταριών ιόντων λιθίου, είναι ένα παράδειγμα όπου οι ενσωματωμένοι μικρο πυροσβεστήρες τοποθετούνται στο πλαίσιο της μπαταρίας. Αυτοί οι πυροσβεστήρες ενεργοποιούνται είτε με ηλεκτρικό σήμα είτε με καύση της θερμικής γραμμής. Αυτό θα ενεργοποιήσει μια γεννήτρια αερολύματος που αποσυνθέτει χημικά το ψυκτικό μέσω μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής και το εξαπλώνει για να σβήσει γρήγορα τη φωτιά πριν εξαπλωθεί. Αυτή η μέθοδος είναι ιδανική για γρήγορες επεμβάσεις, κατάλληλη για εφαρμογές σε στενούς χώρους όπως μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης θαλάσσης.

Ασφάλεια και απαιτήσεις

Η χρήση μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για θαλάσσιες εφαρμογές βρίσκεται σε άνοδο, αλλά η ασφάλεια πρέπει να είναι κορυφαία προτεραιότητα για να διασφαλιστεί ο σωστός σχεδιασμός και εγκατάσταση. Οι μπαταρίες λιθίου είναι ευάλωτες σε κινδύνους θερμικής διαφυγής και πυρκαγιάς εάν δεν χρησιμοποιούνται σωστά, ιδιαίτερα στο σκληρό θαλάσσιο περιβάλλον με έκθεση σε αλμυρό νερό και υψηλή υγρασία. Για την αντιμετώπιση αυτών των ανησυχιών, έχουν θεσπιστεί πρότυπα και κανονισμοί ISO. Ένα από αυτά τα πρότυπα είναι το ISO/TS 23625, το οποίο παρέχει οδηγίες για την επιλογή και την εγκατάσταση μπαταριών λιθίου σε θαλάσσιες εφαρμογές. Αυτό το πρότυπο καθορίζει τις απαιτήσεις σχεδιασμού, εγκατάστασης, συντήρησης και παρακολούθησης της μπαταρίας για τη διασφάλιση της ανθεκτικότητας και της ασφαλούς λειτουργίας της μπαταρίας. Επιπλέον, το ISO 19848-1 παρέχει καθοδήγηση σχετικά με τη δοκιμή και την απόδοση των μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών λιθίου αποθήκευσης, σε θαλάσσιες εφαρμογές.

Το ISO 26262 διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη λειτουργική ασφάλεια των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων εντός θαλάσσιων σκαφών, καθώς και άλλων οχημάτων. Αυτό το πρότυπο ορίζει ότι το σύστημα διαχείρισης μπαταρίας (BMS) πρέπει να είναι σχεδιασμένο ώστε να παρέχει οπτικές ή ηχητικές προειδοποιήσεις στον χειριστή όταν η μπαταρία είναι χαμηλή σε ισχύ, μεταξύ άλλων απαιτήσεων ασφαλείας. Ενώ η συμμόρφωση με τα πρότυπα ISO είναι εθελοντική, η συμμόρφωση με αυτές τις οδηγίες προάγει την ασφάλεια, την αποτελεσματικότητα και τη μακροζωία των συστημάτων μπαταριών.

Περίληψη

Οι μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης αναδεικνύονται γρήγορα ως προτιμώμενη λύση αποθήκευσης ενέργειας για θαλάσσιες εφαρμογές λόγω της υψηλής ενεργειακής τους πυκνότητας και της εκτεταμένης διάρκειας ζωής τους υπό απαιτητικές συνθήκες. Αυτές οι μπαταρίες είναι ευέλικτες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μια σειρά θαλάσσιων εφαρμογών, από την τροφοδοσία ηλεκτρικών σκαφών έως την παροχή εφεδρικής ισχύος για συστήματα πλοήγησης. Επιπλέον, η συνεχής ανάπτυξη νέων συστημάτων μπαταριών επεκτείνει το φάσμα των πιθανών εφαρμογών για εξερεύνηση βαθέων υδάτων και άλλα απαιτητικά περιβάλλοντα. Η υιοθέτηση μπαταριών λιθίου αποθήκευσης στη ναυτιλιακή βιομηχανία αναμένεται να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και να φέρει επανάσταση στα logistics και στις μεταφορές.