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

Prefácio

À medida que o mundo muda para soluções energéticas mais ecológicas, as baterias de lítio ganham cada vez mais atenção. Embora os veículos eléctricos estejam no centro das atenções há mais de uma década, o potencial dos sistemas de armazenamento de energia eléctrica em ambientes marítimos tem sido negligenciado. No entanto, tem havido um aumento nas pesquisas com foco na otimização do uso de baterias de lítio para armazenamento e protocolos de carregamento para diferentes aplicações em barcos. As baterias de ciclo profundo de fosfato de íon-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 armazenamento de lítio ganha impulso, também aumenta a implementação de regulamentos para garantir a segurança. A ISO/TS 23625 é uma dessas regulamentações que se concentra na seleção, instalação e segurança da bateria. É fundamental observar que a segurança é fundamental quando se trata do uso de baterias de lítio, principalmente no que diz respeito aos riscos de incêndio.

Sistemas de armazenamento de energia marítima

Os sistemas de armazenamento de energia marítima estão a tornar-se uma solução cada vez mais popular na indústria naval à medida que o mundo avança em direção a um futuro mais sustentável e ecológico. Como o nome sugere, estes sistemas são concebidos para armazenar energia num ambiente marítimo e podem ser utilizados para uma variedade de finalidades, desde a propulsão de navios e barcos até ao fornecimento de energia de reserva em caso de emergência.

O tipo mais comum de sistema de armazenamento de energia marítima é uma bateria de íons de lítio, devido à sua alta densidade de energia, 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 a 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 diversas aplicações. Isso inclui energia auxiliar, iluminação e outras necessidades elétricas a bordo de um navio ou embarcação. Além destas aplicações, os sistemas de armazenamento de energia marítima também podem ser utilizados para alimentar sistemas de propulsão elétrica, tornando-os uma alternativa viável aos motores diesel convencionais. Eles são particularmente adequados para embarcações menores que operam em uma área relativamente limitada.

Globalmente, os sistemas de armazenamento de energia marinha são uma componente chave da transição para um futuro mais sustentável e ecológico na indústria naval.

Vantagens das baterias de lítio

Uma das vantagens mais evidentes da utilização de baterias de armazenamento de lítio em comparação com o gerador 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, poderá constituir uma energia 100% limpa. Eles também são menos dispendiosos em termos de manutenção com menos componentes. Produzem muito menos ruído, tornando-os ideais para situações de ancoragem perto de áreas residenciais ou povoadas.

Armazenamento As baterias de lítio não são o único tipo de bateria que pode ser usado. Na verdade, os sistemas de baterias marítimas podem ser divididos em baterias primárias (que não podem ser recarregadas) e baterias secundárias (que podem ser recarregadas continuamente). Este último é economicamente mais benéfico numa aplicação a longo prazo, mesmo quando se considera a degradação da capacidade. Baterias de chumbo-ácido foram inicialmente usadas, e baterias de armazenamento de lítio são consideradas baterias emergentes. No entanto, a investigação demonstrou que proporcionam densidades de energia mais elevadas e vida útil prolongada, o que significa que são mais adequados para aplicações de longo alcance e exigências de carga elevada e alta velocidade.

Independentemente destas vantagens, os investigadores não mostraram quaisquer sinais de complacência. Ao longo dos anos, numerosos projetos e estudos concentraram-se na melhoria do desempenho das baterias de armazenamento de lítio para melhorar a sua aplicação marítima. Isto inclui novas misturas químicas para os eletrodos e eletrólitos modificados, a fim de proteger contra incêndios e fugas térmicas.

Seleção de bateria de lítio

Existem várias características a serem consideradas ao selecionar baterias de armazenamento de lítio para um sistema de bateria de lítio de armazenamento marítimo. A capacidade é uma especificação crítica a ser considerada ao selecionar uma bateria para armazenamento de energia marítima. Ele determina quanta energia pode armazenar e, subsequentemente, a quantidade de trabalho que pode ser produzido antes de recarregá-lo. Este é um parâmetro de projeto fundamental em aplicações de propulsão onde a capacidade determina a quilometragem ou distância que o barco pode percorrer. Num contexto marítimo, onde o espaço é muitas vezes limitado, é importante encontrar uma bateria com elevada densidade energética. As baterias de maior densidade energética são mais compactas e leves, o que é particularmente importante em barcos onde o espaço e o peso são escassos.

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. Estas especificações determinam a rapidez com que a bateria pode carregar e descarregar, o que é importante para aplicações onde as exigências de energia podem variar rapidamente.

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

A segurança contra incêndio também é crucial. Em aplicações marítimas, há uma quantidade limitada de espaço para armazenamento de baterias e qualquer propagação de incêndio pode levar à liberação de gases tóxicos e danos dispendiosos. Podem ser tomadas medidas de instalação para limitar a propagação. A RoyPow, uma empresa chinesa de fabricação de baterias de íons de lítio, é um exemplo em que microextintores integrados são colocados na estrutura da bateria. Esses extintores são acionados por um sinal elétrico ou pela queima da linha térmica. Isto ativará um gerador de aerossol que decompõe quimicamente o refrigerante através de uma reação redox e o espalha para extinguir o fogo rapidamente antes que ele se espalhe. Este método é ideal para intervenções rápidas, adequado para aplicações em espaços apertados, como baterias de lítio para armazenamento marítimo.

Segurança e requisitos

O uso de baterias de armazenamento de lítio para aplicações marítimas está aumentando, mas a segurança deve ser uma prioridade para garantir um projeto e instalação adequados. As baterias de lítio são vulneráveis a fugas térmicas e riscos de incêndio se não forem manuseadas corretamente, especialmente em ambientes marinhos adversos com exposição à água salgada e alta umidade. Para responder a estas preocupações, foram estabelecidas normas e regulamentos ISO. Uma dessas normas é a ISO/TS 23625, que fornece diretrizes para seleção e instalação de baterias de lítio em aplicações marítimas. Este padrão especifica os requisitos de projeto, instalação, manutenção e monitoramento da bateria para garantir a durabilidade e operação segura da bateria. Além disso, a ISO 19848-1 fornece orientação sobre testes e desempenho de baterias, incluindo baterias de armazenamento de lítio, em 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 determina 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, a conformidade com estas diretrizes promove a segurança, a eficiência e a longevidade dos sistemas de baterias.

Resumo

As baterias de lítio para armazenamento estão emergindo rapidamente como uma solução preferida de armazenamento de energia para aplicações marítimas devido à sua alta densidade de energia e vida útil prolongada sob condições exigentes. Estas baterias são versáteis e podem ser usadas para 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 a exploração em alto mar e outros ambientes desafiadores. Espera-se que a adoção de baterias de armazenamento de lítio na indústria naval reduza as emissões de gases de efeito estufa e revolucione a logística e o transporte.