Pokrok v technológii batérií pre námorné systémy skladovania energie

Predslov

Ako sa svet posúva smerom k ekologickejším energetickým riešeniam, lítiové batérie si získali zvýšenú pozornosť. Zatiaľ čo elektrické vozidlá sú v centre pozornosti už viac ako desať rokov, potenciál systémov skladovania elektrickej energie v námorných prostrediach bol prehliadaný. Došlo však k prudkému nárastu výskumu zameraného na optimalizáciu používania lítiových batérií a nabíjacích protokolov pre rôzne lodné aplikácie. Lítium-iónové fosfátové batérie s hlbokým cyklom sú v tomto prípade obzvlášť atraktívne vďaka svojej vysokej hustote energie, dobrej chemickej stabilite a predĺženej životnosti cyklu podľa prísnych požiadaviek lodných pohonných systémov.

Ako inštalácia akumulačných lítiových batérií naberá na intenzite, tak aj implementácia predpisov na zaistenie bezpečnosti. ISO/TS 23625 je jedným z takýchto nariadení, ktoré sa zameriavajú na výber batérie, inštaláciu a bezpečnosť. Je dôležité poznamenať, že bezpečnosť je prvoradá, pokiaľ ide o používanie lítiových batérií, najmä pokiaľ ide o nebezpečenstvo požiaru.

Systémy skladovania morskej energie

Systémy skladovania morskej energie sa stávajú čoraz obľúbenejším riešením v námornom priemysle, keďže svet smeruje k udržateľnejšej a ekologickejšej budúcnosti. Ako už názov napovedá, tieto systémy sú určené na uchovávanie energie v námornom prostredí a môžu byť použité na rôzne účely, od pohonu lodí a člnov až po poskytovanie záložnej energie v prípade núdze.

Najbežnejším typom systému skladovania morskej energie je lítium-iónová batéria vďaka svojej vysokej hustote energie, spoľahlivosti a bezpečnosti. Lítium-iónové batérie môžu byť tiež prispôsobené tak, aby spĺňali špecifické požiadavky na napájanie rôznych námorných aplikácií.

Jednou z kľúčových výhod morských systémov skladovania energie je ich schopnosť nahradiť dieselové generátory. Využitím lítium-iónových batérií môžu tieto systémy ponúknuť spoľahlivý a udržateľný zdroj energie pre rôzne aplikácie. To zahŕňa pomocné napájanie, osvetlenie a iné elektrické potreby na palube lode alebo plavidla. Okrem týchto aplikácií je možné systémy skladovania morskej energie použiť aj na napájanie elektrických pohonných systémov, čo z nich robí životaschopnú alternatívu ku konvenčným dieselovým motorom. Sú vhodné najmä pre menšie plavidlá operujúce v relatívne obmedzenej oblasti.

Celkovo sú systémy skladovania morskej energie kľúčovou súčasťou prechodu k udržateľnejšej a ekologickejšej budúcnosti v námornom priemysle.

Výhody lítiových batérií

Jednou z najzreteľnejších výhod používania akumulátorových lítiových batérií v porovnaní s dieselovým generátorom je nedostatok toxických emisií a emisií skleníkových plynov. Ak sa batérie nabíjajú pomocou čistých zdrojov, ako sú solárne panely alebo veterné turbíny, mohlo by to predstavovať 100 % čistú energiu. Sú tiež menej nákladné z hľadiska údržby s menším počtom komponentov. Produkujú oveľa menej hluku, vďaka čomu sú ideálne pre dokovacie situácie v blízkosti obytných alebo obývaných oblastí.

Skladovanie Lítiové batérie nie sú jediným typom batérií, ktoré možno použiť. V skutočnosti možno systémy námorných batérií rozdeliť na primárne batérie (ktoré nie je možné dobíjať) a sekundárne batérie (ktoré je možné dobíjať nepretržite). Posledne menované je ekonomicky výhodnejšie pri dlhodobej aplikácii, dokonca aj pri zvažovaní degradácie kapacity. Pôvodne sa používali olovené batérie a akumulátorové lítiové batérie sa považujú za novo vznikajúce batérie. Výskum však ukázal, že poskytujú vyššiu hustotu energie a predĺženú životnosť, čo znamená, že sú vhodnejšie pre aplikácie s dlhým dosahom, vysoké zaťaženie a požiadavky na vysokú rýchlosť.

Bez ohľadu na tieto výhody výskumníci nepreukázali žiadne známky sebauspokojenia. V priebehu rokov sa početné návrhy a štúdie zamerali na zlepšenie výkonu akumulačných lítiových batérií s cieľom zlepšiť ich námornú aplikáciu. To zahŕňa nové chemické zmesi pre elektródy a upravené elektrolyty na ochranu pred požiarmi a tepelnými únikmi.

Výber lítiovej batérie

Pri výbere úložných lítiových batérií pre námorný úložný lítiový batériový systém je potrebné zvážiť viacero charakteristík. Kapacita je kritickou špecifikáciou, ktorú treba zvážiť pri výbere batérie na skladovanie morskej energie. Určuje, koľko energie dokáže akumulovať a následne množstvo práce, ktorú je možné vyrobiť pred jej dobitím. Toto je základný konštrukčný parameter v pohonných aplikáciách, kde kapacita určuje počet najazdených kilometrov alebo vzdialenosť, ktorú môže loď prejsť. V námornom prostredí, kde je priestor často obmedzený, je dôležité nájsť batériu s vysokou hustotou energie. Batérie s vyššou hustotou energie sú kompaktnejšie a ľahšie, čo je obzvlášť dôležité na lodiach, kde je priestor a hmotnosť na prvom mieste.

Hodnoty napätia a prúdu sú tiež dôležitými špecifikáciami, ktoré je potrebné zvážiť pri výbere lítiových batérií pre námorné skladovacie systémy. Tieto špecifikácie určujú, ako rýchlo sa môže batéria nabíjať a vybíjať, čo je dôležité pre aplikácie, kde sa požiadavky na energiu môžu rýchlo meniť.

Je dôležité vybrať batériu, ktorá je navrhnutá špeciálne pre námorné použitie. Morské prostredie je drsné, vystavené slanej vode, vlhkosti a extrémnym teplotám. Akumulačné lítiové batérie, ktoré sú určené na námorné použitie, sa zvyčajne vyznačujú vodotesnosťou a odolnosťou proti korózii, ako aj ďalšími vlastnosťami, ako je odolnosť proti vibráciám a nárazom, aby sa zabezpečil spoľahlivý výkon v náročných podmienkach.

Dôležitá je aj požiarna bezpečnosť. V námorných aplikáciách je obmedzený priestor na skladovanie batérií a akékoľvek šírenie požiaru by mohlo viesť k uvoľňovaniu toxických výparov a nákladným škodám. Na obmedzenie šírenia je možné prijať inštalačné opatrenia. RoyPow, čínska spoločnosť vyrábajúca lítium-iónové batérie, je jedným z príkladov, kde sú vstavané mikro hasiace prístroje umiestnené v ráme batérie. Tieto hasiace prístroje sa aktivujú buď elektrickým signálom alebo spálením tepelného vedenia. Tým sa aktivuje generátor aerosólu, ktorý chemicky rozkladá chladiacu kvapalinu prostredníctvom redoxnej reakcie a šíri ju, aby oheň rýchlo uhasil skôr, ako sa rozšíri. Táto metóda je ideálna pre rýchle zásahy, dobre sa hodí pre aplikácie v tesnom priestore, ako sú námorné skladovacie lítiové batérie.

Bezpečnosť a požiadavky

Používanie akumulačných lítiových batérií pre námorné aplikácie je na vzostupe, ale bezpečnosť musí byť najvyššou prioritou, aby sa zabezpečil správny dizajn a inštalácia. Lítiové batérie sú citlivé na tepelný únik a nebezpečenstvo požiaru, ak sa s nimi nesprávne zaobchádza, najmä v drsnom morskom prostredí s vystavením slanej vode a vysokej vlhkosti. Na riešenie týchto problémov boli zavedené normy a predpisy ISO. Jednou z týchto noriem je ISO/TS 23625, ktorá poskytuje usmernenia pre výber a inštaláciu lítiových batérií v námorných aplikáciách. Táto norma špecifikuje požiadavky na konštrukciu, inštaláciu, údržbu a monitorovanie batérie, aby sa zabezpečila jej životnosť a bezpečná prevádzka. Okrem toho, ISO 19848-1 poskytuje návod na testovanie a výkon batérií, vrátane akumulátorových lítiových batérií, v námorných aplikáciách.

ISO 26262 tiež zohráva významnú úlohu vo funkčnej bezpečnosti elektrických a elektronických systémov v námorných plavidlách, ako aj v iných vozidlách. Táto norma stanovuje, že systém riadenia batérie (BMS) musí byť okrem iných bezpečnostných požiadaviek navrhnutý tak, aby poskytoval vizuálne alebo zvukové varovania operátorovi, keď je batéria takmer vybitá. Zatiaľ čo dodržiavanie noriem ISO je dobrovoľné, dodržiavanie týchto smerníc podporuje bezpečnosť, efektívnosť a životnosť batériových systémov.

Zhrnutie

Akumulačné lítiové batérie sa rýchlo objavujú ako preferované riešenie na ukladanie energie pre námorné aplikácie vďaka ich vysokej hustote energie a predĺženej životnosti v náročných podmienkach. Tieto batérie sú všestranné a možno ich použiť na celý rad námorných aplikácií, od napájania elektrických člnov až po poskytovanie záložnej energie pre navigačné systémy. Okrem toho neustály vývoj nových batériových systémov rozširuje rozsah možných aplikácií tak, aby zahŕňali prieskum na hlbinách a iné náročné prostredia. Očakáva sa, že prijatie skladovacích lítiových batérií v námornom priemysle zníži emisie skleníkových plynov a spôsobí revolúciu v logistike a doprave.