Napredek v tehnologiji baterij za pomorske sisteme za shranjevanje energije

Predgovor

Ker se svet usmerja k bolj zelenim energetskim rešitvam, so litijeve baterije pridobile večjo pozornost. Medtem ko so bila električna vozila v središču pozornosti že več kot desetletje, je bil potencial sistemov za shranjevanje električne energije v pomorskih okoljih spregledan. Vendar pa je prišlo do porasta raziskav, ki se osredotočajo na optimizacijo uporabe litijevih baterij za shranjevanje in protokole polnjenja za različne aplikacije na čolnih. Litij-ionske fosfatne baterije z globokim ciklom so v tem primeru še posebej privlačne zaradi svoje visoke energijske gostote, dobre kemične stabilnosti in podaljšane življenjske dobe pod strogimi zahtevami ladijskih pogonskih sistemov

Ko nameščanje litijevih baterij za shranjevanje pridobiva zagon, se pospešuje tudi izvajanje predpisov za zagotavljanje varnosti. ISO/TS 23625 je ena takih uredb, ki se osredotoča na izbiro, namestitev in varnost baterije. Ključnega pomena je vedeti, da je varnost najpomembnejša pri uporabi litijevih baterij, zlasti v zvezi z nevarnostjo požara.

Morski sistemi za shranjevanje energije

Sistemi za shranjevanje pomorske energije postajajo vse bolj priljubljena rešitev v pomorski industriji, saj se svet premika proti bolj trajnostni in okolju prijazni prihodnosti. Kot že ime pove, so ti sistemi zasnovani za shranjevanje energije v pomorskem okolju in se lahko uporabljajo za različne namene, od pogona ladij in čolnov do zagotavljanja rezervne energije v nujnih primerih.

Najpogostejša vrsta pomorskega sistema za shranjevanje energije je litij-ionska baterija zaradi svoje visoke energijske gostote, zanesljivosti in varnosti. Litij-ionske baterije je mogoče prilagoditi tudi za izpolnjevanje posebnih zahtev glede moči različnih pomorskih aplikacij.

Ena od ključnih prednosti pomorskih sistemov za shranjevanje energije je njihova zmožnost nadomestitve dizelskih generatorjev. Z uporabo litij-ionskih baterij lahko ti sistemi ponudijo zanesljiv in trajnosten vir energije za različne aplikacije. To vključuje pomožno napajanje, razsvetljavo in druge električne potrebe na krovu ladje ali plovila. Poleg teh aplikacij se lahko pomorski sistemi za shranjevanje energije uporabljajo tudi za napajanje električnih pogonskih sistemov, zaradi česar so izvedljiva alternativa običajnim dizelskim motorjem. Še posebej so primerni za manjša plovila, ki delujejo na razmeroma omejenem območju.

Na splošno so sistemi za shranjevanje morske energije ključna sestavina prehoda v bolj trajnostno in okolju prijazno prihodnost v pomorski industriji.

Prednosti litijevih baterij

Ena najbolj očitnih prednosti uporabe litijevih baterij za shranjevanje v primerjavi z dizelskim generatorjem je pomanjkanje emisij strupenih in toplogrednih plinov. Če se baterije polnijo s čistimi viri, kot so sončne celice ali vetrne turbine, bi to lahko pomenilo 100-odstotno čisto energijo. Prav tako so cenejši v smislu vzdrževanja z manj komponentami. Proizvajajo veliko manj hrupa, zaradi česar so idealni za priklopne situacije v bližini stanovanjskih ali naseljenih območij.

Shranjevanje Litijeve baterije niso edina vrsta baterij, ki jih je mogoče uporabiti. Pravzaprav lahko pomorske baterijske sisteme razdelimo na primarne baterije (ki jih ni mogoče polniti) in sekundarne baterije (ki jih je mogoče stalno polniti). Slednje je ekonomsko ugodnejše pri dolgoročni uporabi, tudi če upoštevamo degradacijo zmogljivosti. Sprva so bile uporabljene svinčeno-kislinske baterije, litijeve baterije za shranjevanje pa veljajo za nove baterije. Vendar pa so raziskave pokazale, da zagotavljajo večjo energijsko gostoto in podaljšano življenjsko dobo, kar pomeni, da so bolj primerni za uporabo na velike razdalje ter visoke obremenitve in zahteve po visoki hitrosti.

Ne glede na te prednosti raziskovalci niso pokazali nobenih znakov samozadovoljstva. V preteklih letih so se številni načrti in študije osredotočili na izboljšanje zmogljivosti litijevih baterij za shranjevanje, da bi izboljšali njihovo uporabo v morju. To vključuje nove kemične mešanice za elektrode in modificirane elektrolite za zaščito pred požari in toplotnimi izpusti.

Izbira litijeve baterije

Pri izbiri litijevih baterij za shranjevanje za pomorski sistem litijevih baterij za shranjevanje je treba upoštevati več značilnosti. Zmogljivost je kritična specifikacija, ki jo je treba upoštevati pri izbiri baterije za shranjevanje energije v morju. Določa, koliko energije lahko shrani in posledično količino dela, ki ga je mogoče proizvesti pred ponovnim polnjenjem. To je temeljni konstrukcijski parameter v pogonskih aplikacijah, kjer zmogljivost narekuje kilometrino ali razdaljo, ki jo čoln lahko prevozi. V pomorskem okolju, kjer je prostor pogosto omejen, je pomembno najti baterijo z visoko energijsko gostoto. Akumulatorji z višjo energijsko gostoto so bolj kompaktni in lahki, kar je še posebej pomembno pri čolnih, kjer sta prostor in teža v veliki meri.

Vrednosti napetosti in toka so prav tako pomembne specifikacije, ki jih je treba upoštevati pri izbiri litijevih baterij za shranjevanje za pomorske sisteme za shranjevanje energije. Te specifikacije določajo, kako hitro se lahko baterija polni in prazni, kar je pomembno za aplikacije, kjer se lahko zahteve po energiji hitro spreminjajo.

Pomembno je, da izberete baterijo, ki je zasnovana posebej za uporabo v morju. Morsko okolje je surovo, izpostavljeno slani vodi, vlagi in ekstremnim temperaturam. Litijeve baterije za shranjevanje, ki so zasnovane za uporabo v morju, bodo običajno imele vodoodpornost in odpornost proti koroziji ter druge lastnosti, kot sta odpornost na vibracije in udarce, da zagotovijo zanesljivo delovanje v zahtevnih pogojih.

Pomembna je tudi požarna varnost. V pomorskih aplikacijah je prostor za shranjevanje baterij omejen in kakršno koli širjenje požara lahko povzroči izpust strupenih hlapov in drago škodo. Za omejitev širjenja se lahko sprejmejo namestitveni ukrepi. RoyPow, kitajsko podjetje za proizvodnjo litij-ionskih baterij, je en primer, kjer so vgrajeni mikro gasilni aparati nameščeni v okvir baterijskega paketa. Ti gasilni aparati se aktivirajo z električnim signalom ali s sežigom toplotnega voda. To bo aktiviralo generator aerosolov, ki kemično razgradi hladilno tekočino z redoks reakcijo in jo razširi, da hitro pogasi požar, preden se razširi. Ta metoda je idealna za hitre intervencije, zelo primerna za uporabo v tesnem prostoru, kot so litijeve baterije za shranjevanje na morju.

Varnost in zahteve

Uporaba litijevih baterij za shranjevanje v pomorskih aplikacijah je v porastu, vendar mora biti varnost glavna prednostna naloga, da se zagotovi pravilna zasnova in namestitev. Če z njimi ne ravnate pravilno, so litijeve baterije občutljive na toplotni izbruh in nevarnost požara, zlasti v surovem morskem okolju z izpostavljenostjo slani vodi in visoki vlažnosti. Za obravnavo teh skrbi so bili vzpostavljeni standardi in predpisi ISO. Eden od teh standardov je ISO/TS 23625, ki zagotavlja smernice za izbiro in namestitev litijevih baterij v pomorskih aplikacijah. Ta standard določa zahteve za zasnovo, namestitev, vzdrževanje in spremljanje baterije, da se zagotovi vzdržljivost in varno delovanje baterije. Poleg tega standard ISO 19848-1 zagotavlja smernice za testiranje in delovanje baterij, vključno z litijevimi baterijami za shranjevanje, v pomorskih aplikacijah.

ISO 26262 ima pomembno vlogo tudi pri funkcionalni varnosti električnih in elektronskih sistemov znotraj pomorskih plovil in drugih vozil. Ta standard določa, da mora biti sistem za upravljanje baterije (BMS) med drugimi varnostnimi zahtevami zasnovan tako, da zagotavlja vizualna ali zvočna opozorila operaterju, ko je baterija skoraj prazna. Medtem ko je upoštevanje standardov ISO prostovoljno, skladnost s temi smernicami spodbuja varnost, učinkovitost in dolgo življenjsko dobo baterijskih sistemov.

Povzetek

Litijeve baterije za shranjevanje hitro postajajo prednostna rešitev za shranjevanje energije za pomorske aplikacije zaradi njihove visoke energijske gostote in podaljšane življenjske dobe v zahtevnih pogojih. Te baterije so vsestranske in jih je mogoče uporabiti za vrsto pomorskih aplikacij, od napajanja električnih čolnov do zagotavljanja rezervnega napajanja za navigacijske sisteme. Poleg tega nenehen razvoj novih baterijskih sistemov širi obseg možnih aplikacij, da vključuje raziskovanje globokega morja in druga zahtevna okolja. Pričakuje se, da bo uporaba litijevih baterij za shranjevanje v pomorski industriji zmanjšala emisije toplogrednih plinov ter spremenila logistiko in transport.