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

Prefacio

A medida que el mundo avanza hacia soluciones energéticas más ecológicas, las baterías de litio han atraído cada vez más atención. Si bien 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 entornos marinos. Sin embargo, ha habido un aumento en la investigación centrada en optimizar el uso de baterías de litio de almacenamiento y los protocolos de carga para diferentes aplicaciones de embarcaciones. En este caso, las baterías de ciclo profundo de fosfato de iones de litio son particularmente atractivas debido a sus altas densidades de energía, buena estabilidad química y ciclo de vida prolongado 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 regulaciones para garantizar la seguridad. La ISO/TS 23625 es una de esas regulaciones que se centra en la selección, instalación y seguridad de la batería. Es fundamental tener en cuenta que la seguridad es primordial cuando se trata del uso de baterías de litio, especialmente en lo que respecta al riesgo de incendio.

Sistemas marinos de almacenamiento de energía.

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 sugiere el nombre, estos sistemas están diseñados para almacenar energía en un entorno marino y pueden usarse para una variedad de propósitos, desde propulsar barcos y embarcaciones hasta proporcionar energía de respaldo en caso de una emergencia.

El tipo más común de sistema de almacenamiento de energía marino 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 satisfacer los requisitos energéticos específicos de diferentes aplicaciones marinas.

Uno de los beneficios clave de los sistemas marinos de almacenamiento de energía es su capacidad para reemplazar los generadores diésel. 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 embarcación. Además de estas aplicaciones, los sistemas marinos de almacenamiento de energía también se pueden utilizar para alimentar sistemas de propulsión eléctrica, lo que los convierte en una alternativa viable a los motores diésel 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 hacia 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 en comparación con los generadores diésel es la ausencia de emisiones de gases tóxicos y de efecto invernadero. Si las baterías se cargan mediante 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 atraque cerca de áreas residenciales o pobladas.

Almacenamiento Las baterías de litio no son el único tipo de baterías que se pueden utilizar. De hecho, los sistemas de baterías marinas se pueden dividir en baterías primarias (que no se pueden recargar) y baterías secundarias (que se pueden recargar continuamente). Esto último es más beneficioso económicamente en una aplicación a largo plazo, incluso cuando se considera la degradación de la capacidad. Inicialmente se utilizaron baterías de plomo-ácido y las baterías de litio de almacenamiento se consideran baterías de reciente aparición. Sin embargo, las investigaciones han demostrado que proporcionan mayores densidades de energía y una vida útil más prolongada, lo que significa que son más adecuados para aplicaciones de largo alcance y demandas de alta carga y alta velocidad.

Independientemente de estas ventajas, los investigadores no han mostrado ningún signo de complacencia. A lo largo de 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 proteger contra incendios y fugas térmicas.

Selección de batería de litio.

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

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

Es importante elegir una batería diseñada específicamente para uso marino. Los ambientes marinos son hostiles, con exposición al agua salada, la humedad y temperaturas extremas. Las baterías de litio de almacenamiento diseñadas para uso marino generalmente cuentan con impermeabilización y resistencia a la corrosión, así como otras características como resistencia a vibraciones y golpes para garantizar un rendimiento confiable en condiciones difíciles.

La seguridad contra incendios también es crucial. En aplicaciones marinas, hay una cantidad limitada de espacio para el almacenamiento de baterías y cualquier propagación del fuego podría provocar emisiones de humos tóxicos y daños costosos. Se pueden tomar medidas de instalación para limitar la propagación. RoyPow, una empresa china fabricante de baterías de iones de litio, es un ejemplo en el que se colocan microextintores integrados en el marco del paquete de baterías. Estos extintores se activan mediante una señal eléctrica o quemando la línea térmica. Esto activará un generador de aerosol que descompone químicamente el refrigerante mediante una reacción redox y lo propaga para extinguir el fuego rápidamente antes de que se propague. Este método es ideal para intervenciones rápidas y muy adecuado para aplicaciones en espacios reducidos, como baterías de litio de almacenamiento marino.

Seguridad y requisitos

El uso de baterías de litio de almacenamiento para aplicaciones marinas va en aumento, pero la seguridad debe ser una prioridad absoluta para garantizar un diseño e instalación adecuados. Las baterías de litio son vulnerables a la fuga térmica y al riesgo de incendio si no se manipulan correctamente, especialmente en el duro entorno marino con exposición al agua salada y alta humedad. Para abordar estas preocupaciones, se han establecido normas y regulaciones ISO. Uno de estos estándares es ISO/TS 23625, que proporciona pautas para seleccionar e instalar baterías de litio en aplicaciones marinas. Esta norma especifica los requisitos de diseño, instalación, mantenimiento y monitoreo de la batería para garantizar su durabilidad y funcionamiento seguro. Además, la norma ISO 19848-1 proporciona orientación sobre las pruebas y el rendimiento de las baterías, incluidas las baterías de almacenamiento de litio, en aplicaciones marinas.

ISO 26262 también juega un papel importante en la seguridad funcional de los sistemas eléctricos y electrónicos dentro de embarcaciones marinas, así como en otros vehículos. Esta norma exige que el sistema de gestión de batería (BMS) debe diseñarse para proporcionar advertencias visuales o audibles al operador cuando la batería tiene poca energía, entre otros requisitos de seguridad. Si bien el cumplimiento de las normas ISO es voluntario, el cumplimiento de estas directrices promueve la seguridad, la eficiencia y la longevidad de los sistemas de baterías.

Resumen

Las baterías de litio de almacenamiento están emergiendo rápidamente como una solución de almacenamiento de energía preferida para aplicaciones marinas debido a su alta densidad de energía y su larga vida útil en condiciones exigentes. Estas baterías son versátiles y se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones marinas, desde alimentar embarcaciones eléctricas hasta proporcionar energía de respaldo para sistemas de navegación. Además, el desarrollo continuo de nuevos sistemas de baterías está ampliando la gama de posibles aplicaciones para incluir la exploración de aguas profundas y otros entornos desafiantes. Se espera que la adopción de baterías de litio de almacenamiento en la industria marina reduzca las emisiones de gases de efecto invernadero y revolucione la logística y el transporte.