Avances en tecnología de baterías para sistemas de almacenamiento de energía marina

Prefacio

A medida que el mundo cambia hacia soluciones energéticas más verdes, las baterías de litio han ganado una mayor atención. Mientras que los vehículos eléctricos han estado en el centro de atención durante más de una década, se ha pasado por alto el potencial de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica en configuraciones marinas. Sin embargo, ha habido un aumento en la investigación centrada en optimizar el uso de las baterías de litio de almacenamiento y los protocolos de carga para diferentes aplicaciones de botes. Las baterías de ciclos profundos de fosfato de iones de litio en este caso son particularmente atractivas debido a sus altas densidades de energía, buena estabilidad química y vida cicatrizante prolongada bajo los estrictos requisitos de los sistemas de propulsión marina

A medida que la instalación de baterías de litio de almacenamiento gana impulso, también lo hace la implementación de las regulaciones para garantizar la seguridad. El ISO/TS 23625 es una de esas regulaciones que se centra en la selección de baterías, la instalación y la seguridad. Es crucial tener en cuenta que la seguridad es primordial cuando se trata del uso de baterías de litio, particularmente con respecto a los riesgos de incendio.

Sistemas de almacenamiento de energía marina

Los sistemas de almacenamiento de energía marina se están convirtiendo en una solución cada vez más popular en la industria marina a medida que el mundo avanza hacia un futuro más sostenible y ecológico. Como su nombre indica, estos sistemas están diseñados para almacenar energía en un entorno marino y pueden usarse para una variedad de fines, desde los barcos y barcos propulsores hasta proporcionar energía de respaldo en caso de emergencia.

El tipo más común de sistema de almacenamiento de energía marina es una batería de iones de litio, debido a su alta densidad de energía, confiabilidad y seguridad. Las baterías de iones de litio también se pueden adaptar para cumplir con los requisitos de energía específicos de diferentes aplicaciones marinas.

Uno de los beneficios clave de los sistemas de almacenamiento de energía marina es su capacidad para reemplazar los generadores diesel. Al utilizar baterías de iones de litio, estos sistemas pueden ofrecer una fuente de energía confiable y sostenible para una variedad de aplicaciones. Esto incluye energía auxiliar, iluminación y otras necesidades eléctricas a bordo de un barco o buque. Además de estas aplicaciones, los sistemas de almacenamiento de energía marina también se pueden utilizar para alimentar los sistemas de propulsión eléctrica, lo que los convierte en una alternativa viable a los motores diesel convencionales. Son particularmente adecuados para embarcaciones más pequeñas que operan en un área relativamente limitada.

En general, los sistemas de almacenamiento de energía marina son un componente clave de la transición a un futuro más sostenible y ecológico en la industria marina.

Ventajas de las baterías de litio

Una de las ventajas más evidentes del uso de baterías de litio de almacenamiento en comparación con el generador de diesel es la falta de emisiones de gases tóxicos y de efecto invernadero. Si las baterías se cargan con fuentes limpias como paneles solares o turbinas eólicas, podría constituir una energía 100% limpia. También son menos costosos en términos de mantenimiento con menos componentes. Producen mucho menos ruido, lo que los hace ideales para situaciones de acoplamiento cerca de áreas residenciales o pobladas.

Las baterías de litio de almacenamiento no son el único tipo de baterías que se pueden usar. De hecho, los sistemas de batería marina se pueden dividir en baterías primarias (que no se pueden recargar) y baterías secundarias (que se pueden recargar continuamente). Este último es más económicamente beneficioso en una aplicación a largo plazo, incluso cuando se considera la degradación de la capacidad. Las baterías de plomo-ácido se usaron inicialmente, y las baterías de litio de almacenamiento se consideran baterías recientemente emergentes. Sin embargo, la investigación ha demostrado que proporcionan mayores densidades de energía y vida prolongada, lo que significa que son más adecuados para aplicaciones de largo alcance y altas demandas de carga y alta velocidad.

Independientemente de estas ventajas, los investigadores no han mostrado ningún signo de complacencia. Con los años, numerosos diseños y estudios se han centrado en mejorar el rendimiento de las baterías de litio de almacenamiento para mejorar su aplicación marina. Esto incluye nuevas mezclas químicas para los electrodos y electrolitos modificados para protegerse contra incendios y fugitivos térmicos.

Selección de batería de litio

Hay múltiples características a considerar al seleccionar baterías de litio de almacenamiento para un sistema de batería de litio de almacenamiento marino. La capacidad es una especificación crítica a considerar al seleccionar la abatrería para el almacenamiento de energía marina. Determina cuánta energía puede almacenar y, posteriormente, la cantidad de trabajo que se puede producir antes de recargarla. Este es un parámetro de diseño fundamental en aplicaciones de propulsión donde la capacidad dicta el kilometraje o la distancia que el barco puede viajar. En un contexto marino, donde el espacio a menudo es limitado, es importante encontrar una batería con una alta densidad de energía. Las baterías de mayor densidad de energía son más compactas y livianas, lo cual es particularmente importante en los barcos donde el espacio y el peso son muy importantes.

Las clasificaciones de voltaje y corriente también son especificaciones importantes a considerar al seleccionar baterías de litio de almacenamiento para sistemas de almacenamiento de energía marina. Estas especificaciones determinan qué tan rápido la batería puede cargar y descargar, lo cual es importante para las aplicaciones donde las demandas de energía pueden variar rápidamente.

Es importante elegir una batería diseñada específicamente para uso marino. Los ambientes marinos son duros, con exposición al agua salada, la humedad y las temperaturas extremas. Las baterías de litio de almacenamiento que están diseñadas para uso marino típicamente contarán con impermeabilización y resistencia a la corrosión, así como otras características, como la resistencia a la vibración y la resistencia al choque para garantizar un rendimiento confiable en condiciones desafiantes.

La seguridad contra incendios también es crucial. En aplicaciones marinas, hay una cantidad limitada de espacio para el almacenamiento de la batería y cualquier propagación de incendio podría provocar liberaciones de humo tóxicos y daños costosos. Se pueden tomar medidas de instalación para limitar la propagación. Roypow, una empresa de fabricación de baterías de iones de litio chino, es un ejemplo en el que se colocan micro extintores incorporados en el marco de la batería. Estos extintores se activan mediante una señal eléctrica o quemando la línea térmica. Esto activará un generador de aerosol que descompone químicamente el refrigerante a través de una reacción redox y lo extiende para extinguir el fuego rápidamente antes de que se propague. Este método es ideal para intervenciones rápidas, muy adecuadas para aplicaciones de espacio estrecho como las baterías de litio de almacenamiento marino.

Seguridad y requisitos

El uso de baterías de litio de almacenamiento para aplicaciones marinas está en aumento, pero la seguridad debe ser una prioridad máxima para garantizar un diseño e instalación adecuados. Las baterías de litio son vulnerables al fugitivo térmico y los riesgos de fuego si no se manejan correctamente, particularmente en el entorno marino duro con exposición al agua salada y alta humedad. Para abordar estas preocupaciones, se han establecido estándares y regulaciones ISO. Uno de estos estándares es ISO/TS 23625, que proporciona pautas para seleccionar e instalar baterías de litio en aplicaciones marinas. Este estándar especifica los requisitos de diseño, instalación, mantenimiento y monitoreo de la batería para garantizar la durabilidad y la operación segura de la batería. Además, ISO 19848-1 proporciona orientación sobre la prueba y el rendimiento de las baterías, incluidas las baterías de litio de almacenamiento, en aplicaciones marinas.

ISO 26262 también juega un papel importante en la seguridad funcional de los sistemas eléctricos y electrónicos dentro de los buques marinos, así como otros vehículos. Este estándar exige que el sistema de gestión de la batería (BMS) debe estar diseñado para proporcionar advertencias visuales o audibles al operador cuando la batería tiene baja potencia, entre otros requisitos de seguridad. Si bien el cumplimiento de los estándares ISO es voluntario, el cumplimiento de estas pautas promueve la seguridad, la eficiencia y la longevidad de los sistemas de batería.

Resumen

Las baterías de litio de almacenamiento están surgiendo rápidamente como una solución de almacenamiento de energía preferida para aplicaciones marinas debido a su alta densidad de energía y su vida útil prolongada en condiciones exigentes. Estas baterías son versátiles y pueden usarse para una variedad de aplicaciones marinas, desde alimentar barcos eléctricos hasta proporcionar energía de respaldo para sistemas de navegación. otros entornos desafiantes. Se espera la adopción de baterías de litio de almacenamiento en la industria marina para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y revolucionar la logística y el transporte.