Những tiến bộ trong công nghệ pin cho hệ thống lưu trữ năng lượng biển

Lời nói đầu

Khi thế giới chuyển sang các giải pháp năng lượng xanh hơn, pin lithium ngày càng được chú ý. Trong khi xe điện đã được chú ý trong hơn một thập kỷ, tiềm năng của hệ thống lưu trữ năng lượng điện ở môi trường biển vẫn bị bỏ qua. Tuy nhiên, đã có sự gia tăng nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa việc sử dụng pin lithium lưu trữ và các giao thức sạc cho các ứng dụng thuyền khác nhau. Trong trường hợp này, pin chu trình sâu lithium-ion phosphate đặc biệt hấp dẫn do mật độ năng lượng cao, độ ổn định hóa học tốt và tuổi thọ chu kỳ kéo dài theo yêu cầu nghiêm ngặt của hệ thống động cơ đẩy hàng hải.

Khi việc lắp đặt pin lithium lưu trữ ngày càng phát triển thì việc thực hiện các quy định để đảm bảo an toàn cũng tăng theo. ISO/TS 23625 là một trong những quy định tập trung vào việc lựa chọn, lắp đặt và an toàn pin. Điều quan trọng cần lưu ý là an toàn là điều tối quan trọng khi sử dụng pin lithium, đặc biệt là liên quan đến nguy cơ hỏa hoạn.

Hệ thống lưu trữ năng lượng biển

Hệ thống lưu trữ năng lượng biển đang trở thành một giải pháp ngày càng phổ biến trong ngành hàng hải khi thế giới hướng tới một tương lai bền vững và thân thiện với môi trường hơn. Đúng như tên gọi, các hệ thống này được thiết kế để lưu trữ năng lượng trong môi trường biển và có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ đẩy tàu thuyền đến cung cấp năng lượng dự phòng trong trường hợp khẩn cấp.

Loại hệ thống lưu trữ năng lượng biển phổ biến nhất là pin lithium-ion do mật độ năng lượng cao, độ tin cậy và an toàn. Pin lithium-ion cũng có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu năng lượng cụ thể của các ứng dụng hàng hải khác nhau.

Một trong những lợi ích chính của hệ thống lưu trữ năng lượng biển là khả năng thay thế máy phát điện diesel. Bằng cách sử dụng pin lithium-ion, các hệ thống này có thể cung cấp nguồn năng lượng đáng tin cậy và bền vững cho nhiều ứng dụng. Điều này bao gồm nguồn điện phụ trợ, ánh sáng và các nhu cầu điện khác trên tàu thủy. Ngoài những ứng dụng này, hệ thống lưu trữ năng lượng biển cũng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hệ thống động cơ điện, khiến chúng trở thành giải pháp thay thế khả thi cho động cơ diesel thông thường. Chúng đặc biệt phù hợp với các tàu nhỏ hơn hoạt động trong một khu vực tương đối hạn chế.

Nhìn chung, hệ thống lưu trữ năng lượng biển là thành phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang một tương lai bền vững và thân thiện với môi trường hơn trong ngành hàng hải.

Ưu điểm của pin lithium

Một trong những lợi thế rõ ràng nhất của việc sử dụng pin lithium lưu trữ so với máy phát điện diesel là không phát thải khí nhà kính và độc hại. Nếu pin được sạc bằng các nguồn sạch như tấm pin mặt trời hoặc tua bin gió, nó có thể tạo thành năng lượng sạch 100%. Chúng cũng ít tốn kém hơn về mặt bảo trì với ít thành phần hơn. Chúng tạo ra ít tiếng ồn hơn nhiều, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các tình huống lắp ghép gần khu dân cư hoặc khu đông dân cư.

Pin Lithium không phải là loại pin duy nhất có thể sử dụng được. Trên thực tế, hệ thống pin hàng hải có thể được chia thành pin sơ cấp (không thể sạc lại) và pin thứ cấp (có thể sạc lại liên tục). Loại thứ hai có lợi hơn về mặt kinh tế trong ứng dụng dài hạn, ngay cả khi xem xét suy giảm công suất. Pin axit chì ban đầu được sử dụng và pin lithium lưu trữ được coi là loại pin mới nổi. Tuy nhiên, nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn và tuổi thọ kéo dài, nghĩa là chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng tầm xa cũng như nhu cầu tải trọng và tốc độ cao.

Bất chấp những lợi thế này, các nhà nghiên cứu vẫn chưa hề tỏ ra tự mãn. Trong những năm qua, nhiều thiết kế và nghiên cứu đã tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của pin lithium lưu trữ để cải thiện ứng dụng hàng hải của chúng. Điều này bao gồm các hỗn hợp hóa học mới cho các điện cực và chất điện phân được cải tiến để bảo vệ khỏi hỏa hoạn và thoát nhiệt.

Lựa chọn pin lithium

Có nhiều đặc điểm cần xem xét khi lựa chọn pin lithium lưu trữ cho hệ thống pin lithium lưu trữ trên biển. Công suất là thông số kỹ thuật quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn pin để lưu trữ năng lượng biển. Nó xác định lượng năng lượng có thể lưu trữ và sau đó là lượng công có thể được tạo ra trước khi sạc lại. Đây là thông số thiết kế cơ bản trong các ứng dụng động cơ đẩy trong đó công suất quyết định quãng đường hoặc khoảng cách mà thuyền có thể di chuyển. Trong bối cảnh hàng hải, nơi không gian thường bị hạn chế, điều quan trọng là phải tìm được loại pin có mật độ năng lượng cao. Pin mật độ năng lượng cao hơn sẽ nhỏ gọn và nhẹ hơn, điều này đặc biệt quan trọng trên những chiếc thuyền có không gian và trọng lượng ở mức cao.

Xếp hạng điện áp và dòng điện cũng là thông số kỹ thuật quan trọng cần xem xét khi lựa chọn pin lithium lưu trữ cho hệ thống lưu trữ năng lượng biển. Các thông số kỹ thuật này xác định tốc độ sạc và xả của pin, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng mà nhu cầu năng lượng có thể thay đổi nhanh chóng.

Điều quan trọng là chọn loại pin được thiết kế dành riêng cho sử dụng hàng hải. Môi trường biển rất khắc nghiệt, tiếp xúc với nước mặn, độ ẩm và nhiệt độ khắc nghiệt. Pin lithium lưu trữ được thiết kế để sử dụng hàng hải thường có tính năng chống thấm nước và chống ăn mòn cũng như các tính năng khác như chống rung và chống sốc để đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy trong các điều kiện đầy thách thức.

An toàn cháy nổ cũng rất quan trọng. Trong các ứng dụng hàng hải, không gian để lưu trữ pin có hạn và bất kỳ đám cháy lan rộng nào cũng có thể dẫn đến thải khói độc hại và gây thiệt hại tốn kém. Các biện pháp lắp đặt có thể được thực hiện để hạn chế sự lây lan. RoyPow, một công ty sản xuất pin lithium-ion của Trung Quốc, là một ví dụ trong đó các bình chữa cháy siêu nhỏ tích hợp được đặt trong khung bộ pin. Những bình chữa cháy này được kích hoạt bằng tín hiệu điện hoặc bằng cách đốt cháy đường dây nhiệt. Điều này sẽ kích hoạt một máy tạo khí dung phân hủy hóa học chất làm mát thông qua phản ứng oxi hóa khử và lan rộng để dập tắt đám cháy nhanh chóng trước khi nó lan rộng. Phương pháp này lý tưởng cho các biện pháp can thiệp nhanh chóng, rất phù hợp cho các ứng dụng không gian chật hẹp như pin lithium lưu trữ trên biển.

An toàn và yêu cầu

Việc sử dụng pin lithium lưu trữ cho các ứng dụng hàng hải đang gia tăng, nhưng an toàn phải được ưu tiên hàng đầu để đảm bảo thiết kế và lắp đặt phù hợp. Pin lithium dễ bị thoát nhiệt và có nguy cơ cháy nếu không được xử lý đúng cách, đặc biệt là trong môi trường biển khắc nghiệt khi tiếp xúc với nước mặn và độ ẩm cao. Để giải quyết những mối lo ngại này, các tiêu chuẩn và quy định ISO đã được thiết lập. Một trong những tiêu chuẩn này là ISO/TS 23625, đưa ra hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt pin lithium trong các ứng dụng hàng hải. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thiết kế, lắp đặt, bảo trì và giám sát pin để đảm bảo độ bền và hoạt động an toàn của pin. Ngoài ra, ISO 19848-1 còn cung cấp hướng dẫn về thử nghiệm và hoạt động của pin, bao gồm cả pin lithium lưu trữ, trong các ứng dụng hàng hải.

ISO 26262 cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chức năng của hệ thống điện và điện tử trong tàu biển cũng như các phương tiện khác. Tiêu chuẩn này yêu cầu hệ thống quản lý pin (BMS) phải được thiết kế để cung cấp cảnh báo bằng hình ảnh hoặc âm thanh cho người vận hành khi pin yếu, cùng với các yêu cầu an toàn khác. Mặc dù việc tuân thủ các tiêu chuẩn ISO là tự nguyện nhưng việc tuân thủ các nguyên tắc này sẽ thúc đẩy sự an toàn, hiệu quả và tuổi thọ của hệ thống pin.

Bản tóm tắt

Pin lithium lưu trữ đang nhanh chóng nổi lên như một giải pháp lưu trữ năng lượng được ưa chuộng cho các ứng dụng hàng hải do mật độ năng lượng cao và tuổi thọ kéo dài trong các điều kiện khắt khe. Những loại pin này rất linh hoạt và có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng hàng hải, từ cung cấp năng lượng cho thuyền điện đến cung cấp năng lượng dự phòng cho hệ thống định vị. Hơn nữa, sự phát triển liên tục của các hệ thống pin mới đang mở rộng phạm vi ứng dụng có thể bao gồm thăm dò biển sâu và môi trường thử thách khác. Việc áp dụng pin lithium lưu trữ trong ngành hàng hải dự kiến sẽ giảm lượng khí thải nhà kính và cách mạng hóa dịch vụ hậu cần và vận tải.