Akkuteknologian edistysaskel meren energian varastointijärjestelmissä

Esipuhe

Kun maailma siirtyy kohti vihreämpiä energiaratkaisuja, litiumakut ovat saaneet yhä enemmän huomiota. Vaikka sähköajoneuvot ovat olleet valokeilassa yli vuosikymmenen ajan, sähköenergian varastointijärjestelmien potentiaali merenkulussa on jäänyt huomiotta. Kuitenkin tutkimus, joka keskittyy varastoivien litiumakkujen käytön ja latausprotokollien optimointiin eri venesovelluksiin, on lisääntynyt. Litium-ionifosfaattiakut ovat tässä tapauksessa erityisen houkuttelevia korkean energiatiheyden, hyvän kemiallisen vakauden ja pidentyneen käyttöiän vuoksi laivojen propulsiojärjestelmien tiukoissa vaatimuksissa.

Kun litiumakkujen asennus vauhdittuu, myös turvallisuuden takaavien määräysten toimeenpano etenee. ISO/TS 23625 on yksi tällainen säännös, joka keskittyy akun valintaan, asennukseen ja turvallisuuteen. On tärkeää huomata, että turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää litiumakkuja käytettäessä, erityisesti palovaaran osalta.

Merienergian varastointijärjestelmät

Merienergian varastointijärjestelmistä on tulossa yhä suositumpi ratkaisu meriteollisuudessa, kun maailma on siirtymässä kohti kestävämpää ja ympäristöystävällisempää tulevaisuutta. Kuten nimestä voi päätellä, nämä järjestelmät on suunniteltu varastoimaan energiaa meriympäristössä, ja niitä voidaan käyttää useisiin eri tarkoituksiin laivojen ja veneiden kuljettamisesta varavoiman tuottamiseen hätätilanteessa.

Yleisin merienergian varastointijärjestelmä on litiumioniakku sen korkean energiatiheyden, luotettavuuden ja turvallisuuden vuoksi. Litiumioniakut voidaan myös räätälöidä vastaamaan erilaisten merisovellusten tehovaatimuksia.

Yksi merienergian varastointijärjestelmien tärkeimmistä eduista on niiden kyky korvata dieselgeneraattoreita. Litiumioniakkuja hyödyntämällä nämä järjestelmät voivat tarjota luotettavan ja kestävän virtalähteen erilaisiin sovelluksiin. Tämä sisältää apuvirran, valaistuksen ja muut sähkötarpeet laivalla tai aluksella. Näiden sovellusten lisäksi meren energian varastointijärjestelmiä voidaan käyttää myös sähkökäyttöisten propulsiojärjestelmien tehostamiseen, mikä tekee niistä varteenotettavan vaihtoehdon perinteisille dieselmoottoreille. Ne sopivat erityisesti pienempiin aluksiin, jotka liikennöivät suhteellisen rajoitetulla alueella.

Kaiken kaikkiaan meren energian varastointijärjestelmät ovat keskeinen osa meriteollisuuden siirtymistä kohti kestävämpää ja ympäristöystävällisempää tulevaisuutta.

Litiumparistojen edut

Yksi selvimmistä litiumakkujen käytön eduista dieselgeneraattoriin verrattuna on myrkyllisten ja kasvihuonekaasupäästöjen puute. Jos akut ladataan puhtailla lähteillä, kuten aurinkopaneeleilla tai tuuliturbiineilla, se voi olla 100 % puhdasta energiaa. Ne ovat myös halvempia ylläpidon kannalta vähemmillä komponenteilla. Ne tuottavat paljon vähemmän melua, joten ne sopivat ihanteellisesti telakointiin asuin- tai asutusalueiden lähellä.

Varastointi Litiumparistot eivät ole ainoita akkutyyppejä, joita voidaan käyttää. Itse asiassa laivojen akkujärjestelmät voidaan jakaa ensiökakkuihin (joita ei voi ladata uudelleen) ja toisioakkuihin (jotka voidaan ladata jatkuvasti). Jälkimmäinen on taloudellisesti hyödyllisempää pitkäaikaisessa sovelluksessa, vaikka otettaisiin huomioon kapasiteetin heikkeneminen. Alun perin käytettiin lyijyakkuja, ja varastointilitiumparistoja pidetään uusina akkuina. Tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että ne tarjoavat suuremman energiatiheyden ja pidemmän käyttöiän, mikä tarkoittaa, että ne sopivat paremmin pitkän kantaman sovelluksiin sekä suuriin kuormitus- ja nopeusvaatimuksiin.

Näistä eduista huolimatta tutkijat eivät ole osoittaneet tyytyväisyyden merkkejä. Vuosien mittaan lukuisat suunnitelmat ja tutkimukset ovat keskittyneet varastoivien litiumakkujen suorituskyvyn parantamiseen niiden merikäyttöön parantamiseksi. Tämä sisältää uusia kemiallisia sekoituksia elektrodeille ja modifioituja elektrolyyttejä, jotka suojaavat tulipaloilta ja lämpökarkauksilta.

Litiumpariston valinta

On useita ominaisuuksia, jotka on otettava huomioon valittaessa litiumakkuja merikäyttöön tarkoitettua litiumakkujärjestelmää varten. Kapasiteetti on kriittinen ominaisuus, joka on otettava huomioon valittaessa akkua merienergian varastointiin. Se määrittää, kuinka paljon energiaa se pystyy varastoimaan ja sen jälkeen työmäärän, joka voidaan tuottaa ennen sen lataamista. Tämä on perustavanlaatuinen suunnitteluparametri käyttövoimasovelluksissa, joissa kapasiteetti sanelee ajokilometrin tai matkan, jonka vene voi kulkea. Meriympäristössä, jossa tilaa on usein rajoitetusti, on tärkeää löytää akku, jolla on korkea energiatiheys. Suuremman energiatiheyden akut ovat kompakteja ja kevyempiä, mikä on erityisen tärkeää veneissä, joissa tilaa ja painoa ei tarvita.

Jännite- ja virtaarvot ovat myös tärkeitä määrityksiä, jotka on otettava huomioon valittaessa litiumakkuja merienergian varastointijärjestelmiin. Nämä tekniset tiedot määrittävät, kuinka nopeasti akku voi latautua ja purkaa, mikä on tärkeää sovelluksissa, joissa virrantarve voi vaihdella nopeasti.

On tärkeää valita akku, joka on suunniteltu erityisesti merikäyttöön. Meriympäristöt ovat ankarat, ja ne altistuvat suolavedelle, kosteudelle ja äärimmäisille lämpötiloille. Säilytettävät litiumakut, jotka on suunniteltu merikäyttöön, sisältävät yleensä vedenpitävyyden ja korroosionkestävyyden sekä muita ominaisuuksia, kuten tärinänkestävyyden ja iskunkeston luotettavan suorituskyvyn varmistamiseksi haastavissa olosuhteissa.

Myös paloturvallisuus on tärkeää. Merisovelluksissa akkujen säilytystilaa on rajoitetusti, ja palon leviäminen voi johtaa myrkyllisten savukaasujen vapautumiseen ja kalliisiin vaurioihin. Asennustoimenpiteillä voidaan rajoittaa leviämistä. Kiinalainen litiumioniakkuja valmistava yritys RoyPow on yksi esimerkki, jossa sisäänrakennetut mikrosammuttimet sijoitetaan akun runkoon. Nämä sammuttimet aktivoituvat joko sähköisellä signaalilla tai polttamalla lämpöjohto. Tämä aktivoi aerosoligeneraattorin, joka hajottaa jäähdytysnesteen kemiallisesti redox-reaktion kautta ja levittää sitä sammuttaakseen tulen nopeasti ennen sen leviämistä. Tämä menetelmä on ihanteellinen nopeisiin toimenpiteisiin, ja se soveltuu hyvin ahtaisiin tiloihin, kuten laivojen litiumakkuihin.

Turvallisuus ja vaatimukset

Varastoivien litiumakkujen käyttö merisovelluksissa on kasvussa, mutta turvallisuuden on oltava etusijalla oikean suunnittelun ja asennuksen varmistamiseksi. Litiumakut ovat alttiita lämpökarkauksille ja palovaaralle, jos niitä ei käsitellä oikein, erityisesti ankarissa meriympäristöissä, joissa suolavesi altistuu ja kosteus on korkea. Näiden huolenaiheiden ratkaisemiseksi on laadittu ISO-standardeja ja -määräyksiä. Yksi näistä standardeista on ISO/TS 23625, joka antaa ohjeita litiumakkujen valinnasta ja asentamisesta merisovelluksiin. Tämä standardi määrittelee akun suunnittelu-, asennus-, huolto- ja valvontavaatimukset akun kestävyyden ja turvallisen toiminnan varmistamiseksi. Lisäksi ISO 19848-1 antaa ohjeita akkujen, mukaan lukien varastointilitiumparistojen, testaamiseen ja suorituskykyyn merisovelluksissa.

ISO 26262:lla on myös merkittävä rooli merialusten ja muiden ajoneuvojen sähkö- ja elektroniikkajärjestelmien toiminnallisessa turvallisuudessa. Tämä standardi edellyttää, että akunhallintajärjestelmä (BMS) on muun muassa suunniteltava varoittamaan käyttäjää visuaalisesti tai äänimerkillä, kun akun virta on vähissä. Vaikka ISO-standardien noudattaminen on vapaaehtoista, näiden ohjeiden noudattaminen edistää akkujärjestelmien turvallisuutta, tehokkuutta ja pitkäikäisyyttä.

Yhteenveto

Varastointilitiumparistot ovat nopeasti nousemassa suosituksi energian varastointiratkaisuksi merisovelluksiin korkean energiatiheyden ja pidentyneen käyttöiän vuoksi vaativissa olosuhteissa. Nämä akut ovat monipuolisia, ja niitä voidaan käyttää useisiin merenkulkusovelluksiin sähköveneiden tehosta navigointijärjestelmien varavirran tarjoamiseen. Lisäksi uusien akkujärjestelmien jatkuva kehittäminen laajentaa mahdollisten sovellusten valikoimaa sisältämään syvänmeren etsintä- ja muissa haastavissa ympäristöissä. Varastoivien litiumakkujen käyttöönoton meriteollisuudessa odotetaan vähentävän kasvihuonekaasupäästöjä ja mullistavan logistiikan ja kuljetuksen.