התקדמות בטכנולוגיית סוללות למערכות אחסון אנרגיה ימית

הַקדָמָה

ככל שהעולם עובר לפתרונות אנרגיה ירוקים יותר, סוללות ליתיום זכו לתשומת לב מוגברת. בעוד שרכבים חשמליים נמצאים באור הזרקורים במשך יותר מעשור, התעלמו מהפוטנציאל של מערכות אחסון אנרגיה חשמלית בסביבה ימית. עם זאת, חלה עלייה במחקר המתמקד באופטימיזציה של השימוש בסוללות ליתיום אחסון ופרוטוקולי טעינה עבור יישומי סירה שונים. סוללות מחזור עמוק של ליתיום-יון פוספט במקרה זה אטרקטיביות במיוחד בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן, יציבות כימית טובה וחיי מחזור ממושכים תחת הדרישות המחמירות של מערכות הנעה ימיות

ככל שהתקנת סוללות ליתיום אחסון תופסת תאוצה, כך גם יישום התקנות להבטחת הבטיחות עולה. ISO/TS 23625 הוא תקנה כזו המתמקדת בבחירת סוללות, התקנה ובטיחות. חשוב לציין כי הבטיחות היא ערך עליון בכל הנוגע לשימוש בסוללות ליתיום, במיוחד לגבי סכנות אש.

מערכות אחסון אנרגיה ימית

מערכות אחסון אנרגיה ימית הופכות לפתרון פופולרי יותר ויותר בתעשייה הימית ככל שהעולם מתקדם לעבר עתיד בר-קיימא וידידותי יותר לסביבה. כפי שהשם מרמז, מערכות אלו נועדו לאגור אנרגיה בסביבה ימית וניתן להשתמש בהן למגוון מטרות, החל מהנעת ספינות וסירות ועד לספק כוח גיבוי למקרה חירום.

הסוג הנפוץ ביותר של מערכת אחסון אנרגיה ימית הוא סוללת ליתיום-יון, בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה, האמינות והבטיחות שלה. ניתן להתאים גם סוללות ליתיום-יון כדי לעמוד בדרישות ההספק הספציפיות של יישומים ימיים שונים.

אחד היתרונות המרכזיים של מערכות אחסון אנרגיה ימית הוא יכולתן להחליף גנרטורים דיזל. על ידי שימוש בסוללות ליתיום-יון, מערכות אלו יכולות להציע מקור כוח אמין ובר קיימא עבור מגוון יישומים. זה כולל כוח עזר, תאורה וצרכים חשמליים אחרים על סיפון ספינה או כלי שיט. בנוסף ליישומים אלה, מערכות אחסון אנרגיה ימיות יכולות לשמש גם להנעת מערכות הנעה חשמליות, מה שהופך אותן לחלופה בת קיימא למנועי דיזל קונבנציונליים. הם מתאימים במיוחד לכלי שיט קטנים יותר הפועלים בשטח מצומצם יחסית.

בסך הכל, מערכות אחסון אנרגיה ימית הן מרכיב מרכזי במעבר לעתיד בר-קיימא וידידותי יותר לסביבה בתעשייה הימית.

היתרונות של סוללות ליתיום

אחד היתרונות הבולטים ביותר של שימוש בסוללות ליתיום אחסון בהשוואה לגנרטור דיזל הוא היעדר פליטת רעילים וגזי חממה. אם הסוללות נטענות באמצעות מקורות נקיים כמו פאנלים סולאריים או טורבינות רוח, זה יכול להוות אנרגיה נקייה של 100%. הם גם פחות יקרים מבחינת תחזוקה עם פחות רכיבים. הם מייצרים הרבה פחות רעש, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור מצבי עגינה ליד מגורים או אזורים מיושבים.

סוללות ליתיום לאחסון הן לא הסוג היחיד של סוללות שניתן להשתמש בהן. למעשה, ניתן לחלק את מערכות הסוללות הימיות לסוללות ראשוניות (שאינן ניתנות לטעינה) ולסוללות משניות (הניתנות לטעינה רציפה). זה האחרון מועיל יותר מבחינה כלכלית ביישום ארוך טווח, גם כאשר בוחנים ירידה ביכולת. בתחילה נעשה שימוש בסוללות עופרת, וסוללות ליתיום לאחסון נחשבות לסוללות שהופיעו לאחרונה. עם זאת, מחקרים הראו שהם מספקים צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וחיים ממושכים, כלומר הם מתאימים יותר ליישומים ארוכי טווח, ולדרישות עומס גבוה ומהירות גבוהה.

ללא קשר ליתרונות אלו, החוקרים לא הראו שום סימני שאננות. במהלך השנים, עיצובים ומחקרים רבים התמקדו בשיפור הביצועים של סוללות ליתיום אחסון כדי לשפר את היישום הימי שלהן. זה כולל תערובות כימיות חדשות עבור האלקטרודות ואלקטרוליטים שעברו שינוי על מנת להגן מפני שריפות ובריחה תרמית.

מבחר סוללת ליתיום

ישנם מספר מאפיינים שיש לקחת בחשבון בעת בחירת סוללות ליתיום לאחסון עבור מערכת סוללות ליתיום לאחסון ימי. הקיבולת היא מפרט קריטי שיש לקחת בחשבון בעת בחירת סוללה לאחסון אנרגיה ימית. הוא קובע כמה אנרגיה הוא יכול לאגור ולאחר מכן, את כמות העבודה שניתן לייצר לפני הטעינה מחדש. זהו פרמטר עיצובי בסיסי ביישומי הנעה שבהם הקיבולת מכתיבה את הקילומטראז' או המרחק שהסירה יכולה לעבור. בהקשר ימי, שבו המקום מוגבל לעתים קרובות, חשוב למצוא סוללה עם צפיפות אנרגיה גבוהה. סוללות בצפיפות אנרגיה גבוהה יותר הן קומפקטיות וקלות משקל יותר, מה שחשוב במיוחד בסירות שבהן החלל והמשקל נמוכים יותר.

דירוגי מתח וזרם הם גם מפרטים חשובים שיש לקחת בחשבון בעת בחירת סוללות ליתיום אחסון למערכות אחסון אנרגיה ימית. מפרטים אלה קובעים באיזו מהירות הסוללה יכולה להיטען ולהתרוקן, מה שחשוב ליישומים שבהם דרישות הספק עשויות להשתנות במהירות.

חשוב לבחור סוללה שתוכננה במיוחד לשימוש ימי. סביבות ימיות קשות, עם חשיפה למים מלוחים, לחות וטמפרטורות קיצוניות. סוללות ליתיום לאחסון המיועדות לשימוש ימי יציגו בדרך כלל איטום ועמידות בפני קורוזיה, כמו גם תכונות אחרות כגון עמידות בפני רעידות ועמידות בפני זעזועים כדי להבטיח ביצועים אמינים בתנאים מאתגרים.

גם בטיחות אש היא קריטית. ביישומים ימיים, יש כמות מוגבלת של מקום לאחסון סוללות וכל התפשטות אש עלולה להוביל לשחרור אדים רעילים ולנזקים יקרים. ניתן לנקוט באמצעי התקנה כדי להגביל את ההתפשטות. RoyPow, חברה סינית לייצור סוללות ליתיום-יון, היא דוגמה אחת שבה ממוקמים מיקרו-מטפים מובנים במסגרת מארז הסוללות. מטפים אלה מופעלים על ידי אות חשמלי או על ידי שריפת הקו התרמי. זה יפעיל מחולל אירוסול שמפרק כימית את נוזל הקירור באמצעות תגובת חיזור ומפיץ אותו כדי לכבות את האש במהירות לפני שהיא מתפשטת. שיטה זו אידיאלית להתערבויות מהירות, מתאימה היטב ליישומי שטח צרים כמו סוללות ליתיום לאחסון ימי.

בטיחות ודרישות

השימוש בסוללות ליתיום אחסון עבור יישומים ימיים נמצא בעלייה, אך הבטיחות חייבת להיות בראש סדר העדיפויות כדי להבטיח תכנון והתקנה נאותים. סוללות ליתיום חשופות לבריחה תרמית ולסכנות שריפה אם אינן מטופלות בצורה נכונה, במיוחד בסביבה הימית הקשה עם חשיפה למים מלוחים ולחות גבוהה. כדי להתמודד עם החששות הללו, נקבעו תקני ISO ותקנות. אחד מהסטנדרטים הללו הוא ISO/TS 23625, המספק הנחיות לבחירה והתקנה של סוללות ליתיום ביישומים ימיים. תקן זה מפרט את דרישות התכנון, ההתקנה, התחזוקה והניטור של הסוללה כדי להבטיח את עמידות הסוללה ותפעול בטוח. בנוסף, ISO 19848-1 מספק הנחיות לגבי בדיקות וביצועים של סוללות, כולל סוללות ליתיום אחסון, ביישומים ימיים.

ISO 26262 גם ממלא תפקיד משמעותי בבטיחות התפקודית של מערכות חשמליות ואלקטרוניקות בכלי שיט ימיים, כמו גם בכלי רכב אחרים. תקן זה מחייב שמערכת ניהול הסוללה (BMS) חייבת להיות מתוכננת כך שתספק אזהרות חזותיות או קוליות למפעיל כאשר הסוללה נחלשת, בין שאר דרישות הבטיחות. בעוד שההקפדה על תקני ISO היא וולונטרית, עמידה בהנחיות אלה מקדמת בטיחות, יעילות ואריכות ימים של מערכות הסוללה.

תַקצִיר

סוללות ליתיום לאחסון מופיעות במהירות כפתרון אחסון אנרגיה מועדף ליישומים ימיים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן ותוחלת החיים הממושכת שלהן בתנאים תובעניים. סוללות אלו מגוונות וניתן להשתמש בהן עבור מגוון יישומים ימיים, החל מהפעלת סירות חשמליות ועד אספקת כוח גיבוי למערכות ניווט. יתר על כן, הפיתוח המתמשך של מערכות סוללות חדשות מרחיב את מגוון היישומים האפשריים כדי לכלול חקר ים עמוק ו סביבות מאתגרות אחרות. אימוץ סוללות ליתיום אחסון בתעשייה הימית צפוי להפחית את פליטת גזי חממה ולחולל מהפכה בלוגיסטיקה ותחבורה.