Mereenergia salvestamise süsteemide akutehnoloogia edusammud

Eessõna

Kuna maailm nihkub rohelisemate energialahenduste poole, on liitiumakud pälvinud suuremat tähelepanu. Kuigi elektrisõidukid on olnud tähelepanu keskpunktis üle kümne aasta, on elektrienergia salvestamise süsteemide potentsiaal merekeskkonnas jäetud tähelepanuta. Siiski on suurenenud teadusuuringud, mis keskenduvad liitiumakude kasutamise optimeerimisele ja laadimisprotokollidele erinevate paadirakenduste jaoks. Sel juhul on liitium-ioonfosfaadi süvatsükliga akud eriti atraktiivsed tänu nende suurele energiatihedusele, heale keemilisele stabiilsusele ja pikemale tsükli elueale mere jõusüsteemide rangete nõuete kohaselt.

Kuna liitiumpatareide paigaldamine kogub hoogu, muutub ka ohutust tagavate eeskirjade rakendamine. ISO/TS 23625 on üks selline määrus, mis keskendub akude valikule, paigaldamisele ja ohutusele. Oluline on märkida, et liitiumakude kasutamisel on ohutus ülimalt tähtis, eriti tuleohu osas.

Mereenergia salvestamise süsteemid

Mereenergia salvestamise süsteemid on muutumas meretööstuses üha populaarsemaks lahenduseks, kuna maailm liigub säästvama ja keskkonnasõbralikuma tuleviku suunas. Nagu nimigi viitab, on need süsteemid loodud energia salvestamiseks merekeskkonnas ja neid saab kasutada erinevatel eesmärkidel, alates laevade ja paatide liikumapanemisest kuni hädaolukorras varutoite pakkumiseni.

Kõige tavalisem mereenergia salvestussüsteemi tüüp on liitiumioonaku, mis on tingitud selle suurest energiatihedusest, töökindlusest ja ohutusest. Liitiumioonakusid saab kohandada ka erinevate mererakenduste spetsiifilistele võimsusnõuetele vastavaks.

Üks mereenergia salvestamise süsteemide peamisi eeliseid on nende võime asendada diiselgeneraatoreid. Liitium-ioonakusid kasutades võivad need süsteemid pakkuda usaldusväärset ja jätkusuutlikku toiteallikat mitmesuguste rakenduste jaoks. See hõlmab abitoidet, valgustust ja muid elektrivajadusi laeva või laeva pardal. Lisaks nendele rakendustele saab mereenergia salvestamise süsteeme kasutada ka elektriliste jõusüsteemide toiteks, muutes need elujõuliseks alternatiiviks tavalistele diiselmootoritele. Need sobivad eriti väiksematele laevadele, mis tegutsevad suhteliselt piiratud alal.

Üldiselt on mereenergia salvestamise süsteemid meretööstuse säästvamale ja keskkonnasõbralikumale tulevikule üleminekul võtmekomponent.

Liitiumakude eelised

Üks ilmsemaid liitiumakude kasutamise eeliseid diiselgeneraatoritega võrreldes on mürgiste ja kasvuhoonegaaside heitkoguste puudumine. Kui akusid laaditakse puhaste allikatega, nagu päikesepaneelid või tuuleturbiinid, võib see olla 100% puhas energia. Samuti on need vähemate komponentidega hoolduse osas odavamad. Need tekitavad palju vähem müra, muutes need ideaalseks dokkimiseks elamu- või asustatud piirkondade läheduses.

Säilitamine Liitiumakud ei ole ainsad kasutatavad akud. Tegelikult võib laeva akusüsteemid jagada primaarakudeks (mida ei saa uuesti laadida) ja sekundaarakudeks (mida saab pidevalt laadida). Viimane on pikaajalisel kasutamisel majanduslikult kasulikum, isegi kui arvestada võimsuse halvenemist. Algselt kasutati pliiakusid ja liitiumakusid peetakse uuteks akudeks. Kuid uuringud on näidanud, et need pakuvad suuremat energiatihedust ja pikemat eluiga, mis tähendab, et need sobivad paremini pikamaa rakenduste ning suure koormuse ja suure kiirusega kasutamiseks.

Vaatamata nendele eelistele ei ole teadlased näidanud rahulolu märke. Aastate jooksul on arvukad disainilahendused ja uuringud keskendunud liitiumpatareide jõudluse parandamisele, et parandada nende rakendust merel. See hõlmab uusi keemilisi segusid elektroodide jaoks ja modifitseeritud elektrolüüte, et kaitsta tulekahjude ja termilise äravoolu eest.

Liitiumaku valik

Laeva liitiumpatareide süsteemi jaoks mõeldud liitiumakude valimisel tuleb arvestada mitmete omadustega. Mahutavus on oluline näitaja, mida tuleb mereenergia salvestamiseks aku valimisel arvestada. See määrab, kui palju energiat see suudab salvestada ja seejärel tööhulga, mida saab teha enne selle laadimist. See on põhiline konstruktsiooniparameeter tõukejõurakendustes, kus võimsus määrab läbisõidu või vahemaa, mille paat suudab läbida. Merekeskkonnas, kus ruum on sageli piiratud, on oluline leida suure energiatihedusega aku. Suurema energiatihedusega akud on kompaktsemad ja kergemad, mis on eriti oluline paatide puhul, kus ruumi ja kaal on üliolulised.

Pinge ja voolutugevus on samuti olulised näitajad, mida tuleb arvestada liitiumpatareide valimisel mereenergia salvestussüsteemide jaoks. Need spetsifikatsioonid määravad, kui kiiresti aku saab laadida ja tühjeneda, mis on oluline rakenduste jaoks, kus energiavajadus võib kiiresti muutuda.

Oluline on valida spetsiaalselt meresõiduks mõeldud aku. Merekeskkond on karm, kokkupuude soolase vee, niiskuse ja äärmuslike temperatuuridega. Laevanduses kasutamiseks mõeldud liitiumakudel on tavaliselt veekindlus ja korrosioonikindlus ning muud omadused, nagu vibratsioonikindlus ja põrutuskindlus, et tagada usaldusväärne jõudlus keerulistes tingimustes.

Samuti on ülioluline tuleohutus. Mererakendustes on aku hoidmiseks ruumi piiratud ja tule levik võib põhjustada mürgiste aurude eraldumist ja kulukaid kahjustusi. Leviku piiramiseks võib võtta paigaldusmeetmeid. Hiina liitiumioonakusid tootev ettevõte RoyPow on üks näide, kus sisseehitatud mikrokustutid on paigutatud akupaki raami. Need kustutid aktiveeritakse kas elektrilise signaali või termilise liini põletamise teel. See aktiveerib aerosooligeneraatori, mis lagundab jahutusvedeliku keemiliselt redoksreaktsiooni kaudu ja levitab seda, et kustutada tulekahju kiiresti enne selle levikut. See meetod sobib ideaalselt kiireteks sekkumisteks ja sobib hästi kitsastes ruumides, näiteks laevaliitiumpatareides.

Ohutus ja nõuded

Liitiumpatareide kasutamine mererakendustes on tõusuteel, kuid ohutus peab olema õige projekteerimise ja paigaldamise tagamiseks esmatähtis. Kui liitiumpatareid ei käsitse õigesti, on liitiumpatareid haavatavad termiliste ja tuleohtude suhtes, eriti karmis merekeskkonnas, kus on kokkupuude soolase veega ja kõrge õhuniiskus. Nende probleemide lahendamiseks on kehtestatud ISO standardid ja eeskirjad. Üks neist standarditest on ISO/TS 23625, mis annab juhised liitiumakude valimiseks ja paigaldamiseks mererakendustes. See standard määrab kindlaks aku konstruktsiooni, paigalduse, hoolduse ja järelevalve nõuded, et tagada aku vastupidavus ja ohutu töö. Lisaks annab ISO 19848-1 juhiseid akude, sealhulgas liitiumpatareide testimiseks ja toimimiseks merenduses.

ISO 26262 mängib olulist rolli ka merelaevade ja muude sõidukite elektri- ja elektroonikasüsteemide funktsionaalses ohutuses. See standard näeb ette, et akuhaldussüsteem (BMS) peab muude ohutusnõuete hulgas olema konstrueeritud nii, et see annaks operaatorile visuaalseid või helilisi hoiatusi, kui aku on tühi. Kuigi ISO standardite järgimine on vabatahtlik, suurendab nende juhiste järgimine akusüsteemide ohutust, tõhusust ja pikaealisust.

Kokkuvõte

Liitiumakud on kiiresti muutumas eelistatud energiasalvestuslahenduseks mererakendustes, kuna neil on suur energiatihedus ja pikenenud eluiga nõudlikes tingimustes. Need akud on mitmekülgsed ja neid saab kasutada mitmesugustes mererakendustes, alates elektripaatide toitest kuni navigatsioonisüsteemide varutoite pakkumiseni. Lisaks laiendab uute akusüsteemide pidev arendamine võimalike rakenduste valikut, hõlmates süvamere uuringuid ja muud väljakutset pakkuvad keskkonnad. Eeldatakse, et liitiumpatareide kasutuselevõtt meretööstuses vähendab kasvuhoonegaaside heitkoguseid ning muudab logistika ja transpordi revolutsiooniliseks.