پیشرفت در فناوری باتری برای سیستم های ذخیره انرژی دریایی

پیشگفتار

با تغییر جهان به سمت راه حل های انرژی سبزتر، باتری های لیتیومی توجه بیشتری را به خود جلب کرده اند. در حالی که وسایل نقلیه الکتریکی برای بیش از یک دهه در کانون توجه بوده اند، پتانسیل سیستم های ذخیره انرژی الکتریکی در محیط های دریایی نادیده گرفته شده است. با این حال، تحقیقات روی بهینه‌سازی استفاده از باتری‌های لیتیومی ذخیره‌سازی و پروتکل‌های شارژ برای کاربردهای مختلف قایق افزایش یافته است. باتری‌های چرخه عمیق لیتیوم یون فسفات در این مورد به دلیل چگالی انرژی بالا، پایداری شیمیایی خوب و عمر چرخه طولانی‌مدت تحت شرایط سختگیرانه سیستم‌های نیروی محرکه دریایی جذاب هستند.

با افزایش سرعت نصب باتری های لیتیوم ذخیره سازی، اجرای مقررات برای اطمینان از ایمنی نیز افزایش می یابد. ISO/TS 23625 یکی از این مقررات است که بر انتخاب باتری، نصب و ایمنی تمرکز دارد. توجه به این نکته ضروری است که هنگام استفاده از باتری های لیتیومی، به ویژه در مورد خطرات آتش سوزی، ایمنی بسیار مهم است.

سیستم های ذخیره انرژی دریایی

سیستم های ذخیره انرژی دریایی در حال تبدیل شدن به یک راه حل محبوب در صنعت دریایی هستند زیرا جهان به سمت آینده ای پایدارتر و دوستدار محیط زیست حرکت می کند. همانطور که از نام آن پیداست، این سیستم‌ها برای ذخیره انرژی در محیط‌های دریایی طراحی شده‌اند و می‌توانند برای اهداف مختلفی، از پیشرانی کشتی‌ها و قایق‌ها تا تامین نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری، استفاده شوند.

رایج ترین نوع سیستم ذخیره انرژی دریایی باتری لیتیوم یونی است که به دلیل چگالی انرژی بالا، قابلیت اطمینان و ایمنی آن است. باتری‌های لیتیوم یونی را نیز می‌توان برای برآورده کردن نیازهای قدرت ویژه برنامه‌های مختلف دریایی طراحی کرد.

یکی از مزایای کلیدی سیستم های ذخیره انرژی دریایی، توانایی آنها در جایگزینی ژنراتورهای دیزلی است. با استفاده از باتری‌های لیتیوم یونی، این سیستم‌ها می‌توانند یک منبع انرژی قابل اعتماد و پایدار برای کاربردهای مختلف ارائه دهند. این شامل برق کمکی، روشنایی و سایر نیازهای الکتریکی در کشتی یا کشتی است. علاوه بر این کاربردها، سیستم‌های ذخیره انرژی دریایی نیز می‌توانند برای تامین نیروی محرکه‌های الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند، که آنها را جایگزین مناسبی برای موتورهای دیزلی معمولی می‌کند. آنها به ویژه برای کشتی های کوچکتر که در یک منطقه نسبتا محدود کار می کنند مناسب هستند.

به طور کلی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی دریایی جزء کلیدی انتقال به آینده‌ای پایدارتر و سازگار با محیط زیست در صنعت دریایی هستند.

مزایای باتری های لیتیومی

یکی از بارزترین مزایای استفاده از باتری‌های لیتیومی ذخیره‌سازی در مقایسه با دیزل ژنراتور، عدم انتشار گازهای سمی و گلخانه‌ای است. اگر باتری ها با استفاده از منابع تمیز مانند پنل های خورشیدی یا توربین های بادی شارژ شوند، می تواند یک انرژی 100٪ پاک باشد. آنها همچنین از نظر تعمیر و نگهداری با قطعات کمتر هزینه کمتری دارند. آنها صدای بسیار کمتری تولید می کنند، و آنها را برای موقعیت های اسکله در نزدیکی مناطق مسکونی یا پرجمعیت ایده آل می کند.

باتری های لیتیومی ذخیره سازی تنها نوع باتری های قابل استفاده نیستند. در واقع، سیستم‌های باتری دریایی را می‌توان به باتری‌های اولیه (که قابل شارژ مجدد نیستند) و باتری‌های ثانویه (که قابلیت شارژ مداوم دارند) تقسیم کرد. مورد دوم از نظر اقتصادی در یک برنامه طولانی مدت مفیدتر است، حتی زمانی که کاهش ظرفیت در نظر گرفته شود. باتری‌های سرب اسیدی در ابتدا مورد استفاده قرار گرفتند و باتری‌های لیتیومی ذخیره‌سازی به عنوان باتری‌های نوظهور در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، تحقیقات نشان داده است که آنها چگالی انرژی بالاتر و عمر طولانی‌تری را ارائه می‌کنند، به این معنی که برای کاربردهای دوربرد و بار بالا و نیازهای با سرعت بالا مناسب‌تر هستند.

صرف نظر از این مزایا، محققان هیچ نشانه ای از رضایت از خود نشان نداده اند. در طول سال‌ها، طرح‌ها و مطالعات متعددی بر بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم ذخیره‌سازی برای بهبود کاربرد دریایی آنها متمرکز شده‌اند. این شامل ترکیبات شیمیایی جدید برای الکترودها و الکترولیت های اصلاح شده به منظور محافظت در برابر آتش سوزی و فرارهای حرارتی است.

انتخاب باتری لیتیومی

هنگام انتخاب باتری‌های لیتیوم ذخیره‌سازی برای یک سیستم باتری لیتیوم ذخیره‌سازی دریایی، ویژگی‌های متعددی باید در نظر گرفته شود. ظرفیت یک ویژگی حیاتی است که هنگام انتخاب باتری برای ذخیره انرژی دریایی باید در نظر گرفته شود. تعیین می کند که چه مقدار انرژی می تواند ذخیره کند و متعاقباً، مقدار کاری که می تواند قبل از شارژ مجدد آن تولید شود. در یک محیط دریایی، جایی که فضا اغلب محدود است، پیدا کردن باتری با چگالی انرژی بالا مهم است. باتری‌های با چگالی انرژی بیشتر فشرده‌تر و سبک‌تر هستند، که مخصوصاً در قایق‌هایی که فضا و وزن آن‌ها در بالاترین حد است، مهم است.

رتبه بندی ولتاژ و جریان نیز مشخصات مهمی هستند که باید هنگام انتخاب باتری های لیتیوم ذخیره سازی برای سیستم های ذخیره انرژی دریایی در نظر گرفته شوند. این مشخصات تعیین می‌کنند که باتری با چه سرعتی می‌تواند شارژ و دشارژ شود، که برای برنامه‌هایی که تقاضای برق می‌تواند به سرعت تغییر کند، مهم است.

مهم است که باتری را انتخاب کنید که به طور خاص برای استفاده دریایی طراحی شده باشد. محیط های دریایی خشن هستند و در معرض آب شور، رطوبت و دماهای شدید قرار دارند. باتری‌های لیتیومی ذخیره‌سازی که برای مصارف دریایی طراحی شده‌اند، معمولاً دارای ضد آب و مقاومت در برابر خوردگی و همچنین ویژگی‌های دیگری مانند مقاومت در برابر لرزش و مقاومت در برابر ضربه هستند تا از عملکرد قابل اعتماد در شرایط چالش‌برانگیز اطمینان حاصل کنند.

ایمنی در برابر آتش نیز بسیار مهم است. در کاربردهای دریایی، فضای محدودی برای ذخیره باتری وجود دارد و هرگونه گسترش آتش می تواند منجر به انتشار دود سمی و خسارات پرهزینه شود. اقدامات نصب می تواند برای محدود کردن گسترش انجام شود. RoyPow، یک شرکت چینی تولید باتری لیتیوم یونی، نمونه ای است که خاموش کننده های میکرو داخلی در قاب بسته باتری قرار داده شده اند. این خاموش کننده ها یا با سیگنال الکتریکی یا با سوزاندن خط حرارتی فعال می شوند. این یک ژنراتور آئروسل را فعال می کند که مایع خنک کننده را از طریق واکنش ردوکس به طور شیمیایی تجزیه می کند و آن را پخش می کند تا آتش را به سرعت قبل از گسترش آن خاموش کند. این روش برای مداخلات سریع ایده آل است و برای کاربردهای فضایی تنگ مانند باتری های لیتیومی ذخیره سازی دریایی مناسب است.

ایمنی و الزامات

استفاده از باتری‌های لیتیوم ذخیره‌سازی برای کاربردهای دریایی در حال افزایش است، اما ایمنی باید اولویت اصلی باشد تا از طراحی و نصب مناسب اطمینان حاصل شود. باتری‌های لیتیومی در صورت عدم استفاده صحیح، به‌ویژه در محیط‌های خشن دریایی با قرار گرفتن در معرض آب شور و رطوبت بالا، نسبت به فرار حرارتی و خطرات آتش‌سوزی آسیب‌پذیر هستند. برای رفع این نگرانی ها، استانداردها و مقررات ISO ایجاد شده است. یکی از این استانداردها ISO/TS 23625 است که دستورالعمل هایی را برای انتخاب و نصب باتری های لیتیومی در کاربردهای دریایی ارائه می دهد. این استاندارد الزامات طراحی، نصب، نگهداری و نظارت را برای اطمینان از دوام باتری و عملکرد ایمن مشخص می کند. علاوه بر این، ISO 19848-1 راهنمایی در مورد آزمایش و عملکرد باتری ها، از جمله باتری های لیتیوم ذخیره سازی، در کاربردهای دریایی ارائه می دهد.

ISO 26262 همچنین نقش مهمی در ایمنی عملکردی سیستم های الکتریکی و الکترونیکی در کشتی های دریایی و همچنین سایر وسایل نقلیه ایفا می کند. این استاندارد مقرر می‌دارد که سیستم مدیریت باتری (BMS) باید به گونه‌ای طراحی شود که در کنار سایر الزامات ایمنی، هشدارهای دیداری یا شنیداری را به اپراتور هنگام کم بودن شارژ باتری ارائه کند. در حالی که رعایت استانداردهای ISO داوطلبانه است، پیروی از این دستورالعمل ها ایمنی، کارایی و طول عمر سیستم های باتری را افزایش می دهد.

خلاصه

باتری‌های لیتیومی ذخیره‌سازی به دلیل چگالی انرژی بالا و طول عمر طولانی در شرایط سخت به سرعت به عنوان یک راه‌حل ذخیره انرژی ترجیحی برای کاربردهای دریایی در حال ظهور هستند. این باتری‌ها همه کاره هستند و می‌توانند برای طیف وسیعی از کاربردهای دریایی، از تامین انرژی قایق‌های الکتریکی گرفته تا تامین نیروی پشتیبان برای سیستم‌های ناوبری استفاده شوند. محیط های چالش برانگیز دیگر انتظار می‌رود استفاده از باتری‌های لیتیومی ذخیره‌سازی در صنایع دریایی باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای شود و انقلابی در لجستیک و حمل‌ونقل ایجاد کند.