Avanços na tecnologia de baterias para sistemas de armazenamento de energia marinha

Prefácio

À medida que o mundo migra para soluções energéticas mais sustentáveis, as baterias de lítio têm ganhado cada vez mais atenção. Embora os veículos elétricos estejam em evidência há mais de uma década, o potencial dos sistemas de armazenamento de energia elétrica em ambientes marítimos tem sido negligenciado. No entanto, tem havido um aumento nas pesquisas focadas na otimização do uso de baterias de lítio e nos protocolos de carregamento para diferentes aplicações em embarcações. As baterias de ciclo profundo de fosfato de íons de lítio, neste caso, são particularmente atraentes devido às suas altas densidades de energia, boa estabilidade química e ciclo de vida prolongado, sob os rigorosos requisitos dos sistemas de propulsão marítima.

À medida que a instalação de baterias de lítio para armazenamento ganha impulso, também cresce a implementação de regulamentações para garantir a segurança. A ISO/TS 23625 é uma dessas regulamentações que se concentra na seleção, instalação e segurança de baterias. É crucial observar que a segurança é primordial no uso de baterias de lítio, especialmente no que diz respeito aos riscos de incêndio.

Sistemas de armazenamento de energia marinha

Os sistemas de armazenamento de energia marinha estão se tornando uma solução cada vez mais popular na indústria naval, à medida que o mundo caminha para um futuro mais sustentável e ecologicamente correto. Como o nome sugere, esses sistemas são projetados para armazenar energia em ambientes marinhos e podem ser usados para uma variedade de propósitos, desde a propulsão de navios e barcos até o fornecimento de energia de reserva em caso de emergência.

O tipo mais comum de sistema de armazenamento de energia marítima é a bateria de íons de lítio, devido à sua alta densidade energética, confiabilidade e segurança. As baterias de íons de lítio também podem ser adaptadas para atender aos requisitos específicos de energia de diferentes aplicações marítimas.

Um dos principais benefícios dos sistemas de armazenamento de energia marítima é sua capacidade de substituir geradores a diesel. Ao utilizar baterias de íons de lítio, esses sistemas podem oferecer uma fonte de energia confiável e sustentável para uma variedade de aplicações. Isso inclui energia auxiliar, iluminação e outras necessidades elétricas a bordo de um navio ou embarcação. Além dessas aplicações, os sistemas de armazenamento de energia marítima também podem ser usados para alimentar sistemas de propulsão elétrica, tornando-os uma alternativa viável aos motores a diesel convencionais. Eles são particularmente adequados para embarcações menores que operam em uma área relativamente limitada.

No geral, os sistemas de armazenamento de energia marinha são um componente essencial da transição para um futuro mais sustentável e ecológico na indústria marítima.

Vantagens das baterias de lítio

Uma das vantagens mais evidentes do uso de baterias de lítio em comparação com geradores a diesel é a ausência de emissões de gases tóxicos e de efeito estufa. Se as baterias forem carregadas com fontes limpas, como painéis solares ou turbinas eólicas, podem gerar energia 100% limpa. Elas também são mais econômicas em termos de manutenção, com menos componentes. Produzem muito menos ruído, o que as torna ideais para atracação perto de áreas residenciais ou populosas.

Baterias de lítio de armazenamento não são o único tipo de bateria que pode ser usado. De fato, os sistemas de baterias marítimas podem ser divididos em baterias primárias (que não podem ser recarregadas) e baterias secundárias (que podem ser recarregadas continuamente). Estas últimas são mais vantajosas economicamente em aplicações de longo prazo, mesmo considerando a degradação da capacidade. Baterias de chumbo-ácido foram inicialmente utilizadas, e as baterias de lítio de armazenamento são consideradas baterias emergentes. No entanto, pesquisas demonstraram que elas fornecem densidades de energia mais altas e vida útil prolongada, o que significa que são mais adequadas para aplicações de longo alcance e altas demandas de carga e alta velocidade.

Apesar dessas vantagens, os pesquisadores não demonstraram nenhum sinal de complacência. Ao longo dos anos, diversos projetos e estudos se concentraram em aprimorar o desempenho das baterias de lítio para armazenamento, visando aprimorar sua aplicação marítima. Isso inclui novas misturas químicas para os eletrodos e eletrólitos modificados para proteção contra incêndios e fugas térmicas.

Seleção de bateria de lítio

Há várias características a serem consideradas ao selecionar baterias de lítio para um sistema de armazenamento marítimo. A capacidade é uma especificação crítica a ser considerada ao selecionar uma bateria para armazenamento de energia marítima. Ela determina a quantidade de energia que ela pode armazenar e, consequentemente, a quantidade de trabalho que pode ser produzida antes de ser recarregada. Este é um parâmetro fundamental de projeto em aplicações de propulsão, onde a capacidade determina a quilometragem ou distância que o barco pode percorrer. Em um contexto marítimo, onde o espaço é frequentemente limitado, é importante encontrar uma bateria com alta densidade energética. Baterias com maior densidade energética são mais compactas e leves, o que é particularmente importante em barcos onde espaço e peso são essenciais.

As classificações de tensão e corrente também são especificações importantes a serem consideradas ao selecionar baterias de lítio para sistemas de armazenamento de energia marítima. Essas especificações determinam a rapidez com que a bateria pode carregar e descarregar, o que é importante para aplicações em que a demanda de energia pode variar rapidamente.

É importante escolher uma bateria projetada especificamente para uso marítimo. Os ambientes marinhos são hostis, com exposição à água salgada, umidade e temperaturas extremas. Baterias de lítio de armazenamento projetadas para uso marítimo normalmente apresentam impermeabilização e resistência à corrosão, além de outros recursos, como resistência à vibração e ao choque, para garantir um desempenho confiável em condições desafiadoras.

A segurança contra incêndio também é crucial. Em aplicações marítimas, o espaço para armazenamento de baterias é limitado e qualquer propagação de incêndio pode levar à liberação de vapores tóxicos e danos dispendiosos. Medidas de instalação podem ser tomadas para limitar a propagação. A RoyPow, uma empresa chinesa fabricante de baterias de íons de lítio, é um exemplo em que microextintores embutidos são colocados na estrutura do conjunto de baterias. Esses extintores são ativados por um sinal elétrico ou pela queima da linha térmica. Isso ativará um gerador de aerossol que decompõe quimicamente o líquido de arrefecimento por meio de uma reação redox e o espalha para extinguir o fogo rapidamente antes que ele se espalhe. Este método é ideal para intervenções rápidas, bem adequado para aplicações em espaços apertados, como baterias de lítio para armazenamento marítimo.

Segurança e requisitos

O uso de baterias de lítio para aplicações marítimas está em ascensão, mas a segurança deve ser prioridade máxima para garantir projeto e instalação adequados. Baterias de lítio são vulneráveis a fugas térmicas e riscos de incêndio se não forem manuseadas corretamente, especialmente em ambientes marinhos hostis, com exposição à água salgada e alta umidade. Para lidar com essas preocupações, normas e regulamentos ISO foram estabelecidos. Uma dessas normas é a ISO/TS 23625, que fornece diretrizes para a seleção e instalação de baterias de lítio em aplicações marítimas. Esta norma especifica os requisitos de projeto, instalação, manutenção e monitoramento da bateria para garantir sua durabilidade e operação segura. Além disso, a ISO 19848-1 fornece orientações sobre testes e desempenho de baterias, incluindo baterias de lítio para aplicações marítimas.

A ISO 26262 também desempenha um papel significativo na segurança funcional de sistemas elétricos e eletrônicos em embarcações marítimas, bem como em outros veículos. Esta norma exige que o sistema de gerenciamento de bateria (BMS) seja projetado para fornecer avisos visuais ou sonoros ao operador quando a bateria estiver com pouca carga, entre outros requisitos de segurança. Embora a adesão às normas ISO seja voluntária, o cumprimento destas diretrizes promove a segurança, a eficiência e a longevidade dos sistemas de bateria.

Resumo

Baterias de lítio para armazenamento estão emergindo rapidamente como uma solução preferencial de armazenamento de energia para aplicações marítimas devido à sua alta densidade energética e vida útil prolongada em condições exigentes. Essas baterias são versáteis e podem ser usadas em uma variedade de aplicações marítimas, desde a alimentação de barcos elétricos até o fornecimento de energia de reserva para sistemas de navegação. Além disso, o desenvolvimento contínuo de novos sistemas de baterias está expandindo a gama de aplicações possíveis para incluir exploração em águas profundas e outros ambientes desafiadores. Espera-se que a adoção de baterias de lítio para armazenamento na indústria marítima reduza as emissões de gases de efeito estufa e revolucione a logística e o transporte.