Progressi nella tecnologia delle batterie per i sistemi di stoccaggio dell'energia marina

Prefazione

Mentre il mondo si sposta verso soluzioni energetiche più ecologiche, le batterie al litio hanno guadagnato maggiore attenzione. Sebbene i veicoli elettrici siano sotto i riflettori da oltre un decennio, il potenziale dei sistemi di stoccaggio dell’energia elettrica in ambienti marini è stato trascurato. Tuttavia, c’è stato un aumento della ricerca incentrata sull’ottimizzazione dell’utilizzo delle batterie al litio di accumulo e dei protocolli di ricarica per diverse applicazioni sulle imbarcazioni. Le batterie a ciclo profondo agli ioni di litio fosfato in questo caso sono particolarmente attraenti grazie alla loro elevata densità di energia, alla buona stabilità chimica e alla durata del ciclo prolungata secondo i severi requisiti dei sistemi di propulsione marina

Con l’aumento dell’installazione di batterie al litio di accumulo, aumenta anche l’implementazione delle normative per garantire la sicurezza. La norma ISO/TS 23625 è una di queste normative che si concentra sulla selezione, installazione e sicurezza delle batterie. È fondamentale notare che la sicurezza è fondamentale quando si tratta dell’uso delle batterie al litio, in particolare per quanto riguarda i rischi di incendio.

Sistemi di accumulo dell'energia marina

I sistemi di stoccaggio dell’energia marina stanno diventando una soluzione sempre più popolare nel settore marino mentre il mondo si muove verso un futuro più sostenibile ed ecologico. Come suggerisce il nome, questi sistemi sono progettati per immagazzinare energia in un ambiente marino e possono essere utilizzati per vari scopi, dalla propulsione di navi e imbarcazioni alla fornitura di energia di riserva in caso di emergenza.

Il tipo più comune di sistema di accumulo dell'energia marina è una batteria agli ioni di litio, grazie alla sua elevata densità di energia, affidabilità e sicurezza. Le batterie agli ioni di litio possono anche essere personalizzate per soddisfare i requisiti di alimentazione specifici di diverse applicazioni marine.

Uno dei principali vantaggi dei sistemi di stoccaggio dell’energia marina è la loro capacità di sostituire i generatori diesel. Utilizzando batterie agli ioni di litio, questi sistemi possono offrire una fonte di energia affidabile e sostenibile per una varietà di applicazioni. Ciò include l'alimentazione ausiliaria, l'illuminazione e altre esigenze elettriche a bordo di una nave o di un'imbarcazione. Oltre a queste applicazioni, i sistemi di stoccaggio dell’energia marina possono essere utilizzati anche per alimentare i sistemi di propulsione elettrica, rendendoli una valida alternativa ai motori diesel convenzionali. Sono particolarmente adatti alle navi più piccole che operano in un'area relativamente limitata.

Nel complesso, i sistemi di stoccaggio dell’energia marina sono una componente chiave della transizione verso un futuro più sostenibile ed ecocompatibile nel settore marino.

Vantaggi delle batterie al litio

Uno dei vantaggi più evidenti dell’utilizzo di batterie al litio di accumulo rispetto al generatore diesel è l’assenza di emissioni di gas tossici e serra. Se le batterie venissero caricate utilizzando fonti pulite come pannelli solari o turbine eoliche, si potrebbe ottenere energia pulita al 100%. Sono anche meno costosi in termini di manutenzione con meno componenti. Producono molto meno rumore, il che li rende ideali per le situazioni di attracco vicino ad aree residenziali o popolate.

Conservazione Le batterie al litio non sono l'unico tipo di batterie che può essere utilizzato. Infatti i sistemi di batterie marine possono essere suddivisi in batterie primarie (che non possono essere ricaricate) e batterie secondarie (che possono essere ricaricate continuamente). Quest'ultimo è economicamente più vantaggioso in un'applicazione a lungo termine, anche se si considera il degrado della capacità. Inizialmente sono state utilizzate batterie al piombo e le batterie al litio di accumulo sono considerate batterie emergenti. Tuttavia, la ricerca ha dimostrato che forniscono densità di energia più elevate e una durata prolungata, il che significa che sono più adatti per applicazioni a lungo raggio e requisiti di carico elevato e alta velocità.

Nonostante questi vantaggi, i ricercatori non hanno mostrato alcun segno di compiacenza. Nel corso degli anni, numerosi progetti e studi si sono concentrati sul miglioramento delle prestazioni delle batterie al litio di accumulo per migliorarne l’applicazione marina. Ciò include nuove miscele chimiche per gli elettrodi ed elettroliti modificati per proteggerli da incendi e sbalzi termici.

Selezione della batteria al litio

Ci sono molteplici caratteristiche da considerare quando si selezionano le batterie al litio di accumulo per un sistema di batterie al litio di accumulo marino. La capacità è una specifica fondamentale da considerare quando si seleziona una batteria per lo stoccaggio dell'energia marina. Determina la quantità di energia che può immagazzinare e, di conseguenza, la quantità di lavoro che può essere prodotta prima di ricaricarla. Questo è un parametro di progettazione fondamentale nelle applicazioni di propulsione in cui la capacità determina il chilometraggio o la distanza che l'imbarcazione può percorrere. In un contesto marino, dove lo spazio è spesso limitato, è importante trovare una batteria con un'elevata densità di energia. Le batterie a densità energetica più elevata sono più compatte e leggere, il che è particolarmente importante sulle imbarcazioni dove lo spazio e il peso sono importanti.

Anche i valori di tensione e corrente sono specifiche importanti da considerare quando si selezionano le batterie al litio per i sistemi di stoccaggio dell'energia marina. Queste specifiche determinano la velocità con cui la batteria può caricarsi e scaricarsi, il che è importante per le applicazioni in cui le richieste di energia possono variare rapidamente.

È importante scegliere una batteria progettata specificamente per l'uso marino. Gli ambienti marini sono difficili, con esposizione ad acqua salata, umidità e temperature estreme. Le batterie al litio di stoccaggio progettate per l'uso marino sono generalmente caratterizzate da impermeabilità e resistenza alla corrosione, nonché altre caratteristiche come resistenza alle vibrazioni e resistenza agli urti per garantire prestazioni affidabili in condizioni difficili.

Fondamentale è anche la sicurezza antincendio. Nelle applicazioni marine, lo spazio per lo stoccaggio delle batterie è limitato e qualsiasi propagazione di un incendio potrebbe causare il rilascio di fumi tossici e danni costosi. È possibile adottare misure di installazione per limitare la diffusione. RoyPow, un'azienda cinese produttrice di batterie agli ioni di litio, è un esempio di microestintori integrati nel telaio del pacco batteria. Questi estintori vengono attivati tramite un segnale elettrico o bruciando la linea termica. Ciò attiverà un generatore di aerosol che decompone chimicamente il refrigerante tramite una reazione redox e lo diffonde per estinguere rapidamente l'incendio prima che si diffonda. Questo metodo è ideale per interventi rapidi, adatto per applicazioni in spazi ristretti come le batterie al litio per lo stoccaggio marittimo.

Sicurezza e requisiti

L’uso di batterie al litio per applicazioni marine è in aumento, ma la sicurezza deve essere una priorità assoluta per garantire una corretta progettazione e installazione. Le batterie al litio sono vulnerabili alla fuga termica e al rischio di incendio se non maneggiate correttamente, in particolare nel difficile ambiente marino con esposizione all'acqua salata ed elevata umidità. Per affrontare queste preoccupazioni, sono stati stabiliti standard e regolamenti ISO. Uno di questi standard è ISO/TS 23625, che fornisce linee guida per la selezione e l'installazione delle batterie al litio nelle applicazioni marine. Questo standard specifica i requisiti di progettazione, installazione, manutenzione e monitoraggio della batteria per garantire la durata e il funzionamento sicuro della batteria. Inoltre, la norma ISO 19848-1 fornisce indicazioni sui test e sulle prestazioni delle batterie, comprese le batterie al litio di accumulo, nelle applicazioni marine.

La norma ISO 26262 svolge anche un ruolo significativo nella sicurezza funzionale dei sistemi elettrici ed elettronici all'interno delle navi e di altri veicoli. Questo standard impone che il sistema di gestione della batteria (BMS) sia progettato per fornire avvisi visivi o acustici all'operatore quando la batteria è scarica, oltre ad altri requisiti di sicurezza. Sebbene l’adesione agli standard ISO sia volontaria, il rispetto di queste linee guida promuove la sicurezza, l’efficienza e la longevità dei sistemi di batterie.

Riepilogo

Le batterie al litio di accumulo stanno rapidamente emergendo come soluzione di accumulo di energia preferita per le applicazioni marine grazie alla loro elevata densità di energia e alla durata di vita estesa in condizioni difficili. Queste batterie sono versatili e possono essere utilizzate per una vasta gamma di applicazioni marine, dall'alimentazione di imbarcazioni elettriche alla fornitura di energia di riserva per i sistemi di navigazione. Inoltre, il continuo sviluppo di nuovi sistemi di batterie sta ampliando la gamma di possibili applicazioni per includere l'esplorazione delle profondità marine e altri ambienti difficili. Si prevede che l’adozione di batterie al litio nel settore marittimo ridurrà le emissioni di gas serra e rivoluzionerà la logistica e i trasporti.