Досягнення в технології акумуляторів для морських систем зберігання енергії

Передмова

У міру того, як світ переходить до більш екологічних енергетичних рішень, літієві батареї привернули все більшу увагу. Хоча електричні транспортні засоби були в центрі уваги вже більше десяти років, потенціал систем накопичення електроенергії в морських умовах не помічався. Проте спостерігається сплеск досліджень, спрямованих на оптимізацію використання накопичувальних літієвих батарей і протоколів зарядки для різних застосувань на човнах. Літій-іонні фосфатні батареї глибокого циклу в цьому випадку є особливо привабливими через їхню високу щільність енергії, гарну хімічну стабільність і тривалий термін служби за суворих вимог морських силових установок.

Оскільки встановлення літієвих батарей накопичувачів набирає обертів, також зростає впровадження правил щодо забезпечення безпеки. ISO/TS 23625 є одним із таких нормативних документів, який зосереджується на виборі, установці та безпеці батарей. Важливо відзначити, що безпека має першорядне значення, коли йдеться про використання літієвих батарей, особливо щодо небезпеки пожежі.

Морські системи зберігання енергії

Морські системи зберігання енергії стають все більш популярним рішенням у морській промисловості, оскільки світ рухається до більш стійкого та екологічного майбутнього. Як випливає з назви, ці системи призначені для зберігання енергії в морських умовах і можуть використовуватися для різних цілей, від приведення в рух кораблів і човнів до забезпечення резервного живлення в разі надзвичайної ситуації.

Найпоширенішим типом морської системи зберігання енергії є літій-іонний акумулятор завдяки його високій щільності енергії, надійності та безпеки. Літій-іонні батареї також можна налаштувати відповідно до конкретних вимог до потужності для різних морських застосувань.

Однією з ключових переваг морських систем зберігання енергії є їх здатність замінити дизель-генератори. Використовуючи літій-іонні батареї, ці системи можуть запропонувати надійне та стійке джерело живлення для різноманітних застосувань. Це включає допоміжне живлення, освітлення та інші електричні потреби на борту корабля чи судна. Окрім цих застосувань, морські системи зберігання енергії також можна використовувати для живлення електричних силових установок, що робить їх життєздатною альтернативою звичайним дизельним двигунам. Вони особливо підходять для невеликих суден, що працюють у відносно обмеженій зоні.

Загалом, морські системи накопичення енергії є ключовим компонентом переходу до більш сталого та екологічного майбутнього в морській галузі.

Переваги літієвих акумуляторів

Однією з найбільш очевидних переваг використання літієвих акумуляторів порівняно з дизель-генератором є відсутність викидів токсичних і парникових газів. Якщо батареї заряджаються за допомогою чистих джерел, таких як сонячні батареї або вітрові турбіни, це може становити 100% чисту енергію. Вони також менш дорогі з точки зору обслуговування з меншою кількістю компонентів. Вони виробляють набагато менше шуму, що робить їх ідеальними для стикування поблизу житлових чи населених пунктів.

Літієві батареї – не єдиний тип батарей, який можна використовувати. Насправді системи морських батарей можна розділити на первинні батареї (які не можна перезаряджати) і вторинні батареї (які можна постійно перезаряджати). Останній є більш економічно вигідним у довгостроковому застосуванні, навіть якщо враховувати зниження потужності. Спочатку використовувалися свинцево-кислотні акумулятори, а накопичувальні літієві акумулятори вважаються новими акумуляторами. Проте дослідження показали, що вони забезпечують більш високу щільність енергії та тривалий термін служби, тобто вони краще підходять для застосування на великих відстанях, а також потребують високого навантаження та високої швидкості.

Незважаючи на ці переваги, дослідники не показали жодних ознак самовдоволення. Протягом багатьох років численні проекти та дослідження були зосереджені на покращенні продуктивності накопичувальних літієвих батарей для покращення їх застосування на морі. Це включає в себе нові хімічні суміші для електродів і модифіковані електроліти для захисту від пожеж і теплових викидів.

Вибір літієвої батареї

Вибираючи літієві батареї для морської системи зберігання літієвих батарей, слід враховувати кілька характеристик. Ємність є критично важливою специфікацією, яку слід враховувати при виборі батареї для зберігання енергії на морі. Він визначає, скільки енергії він може накопичити, а згодом і кількість роботи, яку можна виконати до його перезарядки. Це фундаментальний конструктивний параметр у двигунах, де ємність визначає пробіг або відстань, яку може подолати човен. У морському контексті, де простір часто обмежений, важливо знайти батарею з високою щільністю енергії. Акумулятори з вищою щільністю енергії більш компактні та легкі, що особливо важливо на човнах, де простір і вага обмежені.

Номінальна напруга та струм також є важливими специфікаціями, які слід враховувати при виборі накопичувальних літієвих батарей для морських систем зберігання енергії. Ці специфікації визначають, як швидко акумулятор може заряджатися та розряджатися, що важливо для програм, де потреба в електроенергії може швидко змінюватися.

Важливо вибрати акумулятор, розроблений спеціально для морського використання. Морське середовище є суворим із впливом солоної води, вологості та екстремальних температур. Літієві батареї, призначені для морського використання, зазвичай мають водонепроникність і стійкість до корозії, а також інші характеристики, такі як стійкість до вібрації та ударостійкість, щоб забезпечити надійну роботу в складних умовах.

Пожежна безпека також має вирішальне значення. У морському застосуванні існує обмежений простір для зберігання акумуляторів, і будь-яке поширення вогню може призвести до виділення токсичних парів і коштовних збитків. Щоб обмежити розповсюдження, можна вжити інсталяційних заходів. RoyPow, китайська компанія з виробництва літій-іонних акумуляторів, є одним із прикладів, коли вбудовані мікровогнегасники розміщені в рамі акумуляторної батареї. Ці вогнегасники активуються або електричним сигналом, або спалюванням теплової лінії. Це активує аерозольний генератор, який хімічно розкладає теплоносій за допомогою окисно-відновної реакції та поширює його, щоб швидко загасити вогонь, перш ніж він пошириться. Цей метод ідеально підходить для швидкого втручання, добре підходить для застосувань у обмеженому просторі, таких як морські літієві батареї.

Техніка безпеки та вимоги

Використання накопичувальних літієвих батарей для морських застосувань зростає, але безпека має бути головним пріоритетом для забезпечення належного проектування та встановлення. Літієві батареї вразливі до перегріву та пожежі, якщо з ними поводитись неправильно, особливо в суворих морських умовах із солоною водою та високою вологістю. Щоб вирішити ці проблеми, були створені стандарти та правила ISO. Одним із таких стандартів є ISO/TS 23625, який містить вказівки щодо вибору та встановлення літієвих батарей у морському застосуванні. Цей стандарт визначає конструкцію батареї, встановлення, технічне обслуговування та вимоги до моніторингу для забезпечення довговічності та безпечної роботи батареї. Крім того, ISO 19848-1 надає вказівки щодо тестування та продуктивності батарей, у тому числі накопичувальних літієвих батарей, у морському застосуванні.

ISO 26262 також відіграє важливу роль у функціональній безпеці електричних та електронних систем на морських суднах, а також інших транспортних засобах. Цей стандарт передбачає, що система керування батареєю (BMS) повинна бути розроблена для надання візуальних або звукових попереджень оператору, коли батарея розряджається, серед інших вимог безпеки. Хоча дотримання стандартів ISO є добровільним, дотримання цих вказівок сприяє безпеці, ефективності та довговічності акумуляторних систем.

Резюме

Літієві батареї швидко стають кращими рішеннями для накопичення енергії для морських застосувань через їхню високу щільність енергії та подовжений термін служби в складних умовах. Ці батареї є універсальними та можуть використовуватися для різноманітних морських застосувань, від живлення електричних човнів до забезпечення резервного живлення для навігаційних систем. Крім того, безперервний розвиток нових батарейних систем розширює спектр можливих застосувань, включаючи глибоководні дослідження та інші складні умови. Очікується, що впровадження літієвих акумуляторів у морській промисловості зменшить викиди парникових газів і зробить революцію в логістиці та транспорті.