مقدمة
مع تحول العالم نحو حلول طاقة أكثر مراعاةً للبيئة، حظيت بطاريات الليثيوم باهتمام متزايد. وبينما كانت المركبات الكهربائية محط الأنظار لأكثر من عقد، إلا أن إمكانات أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية في البيئات البحرية أُغفلت. ومع ذلك، شهدت الأبحاث زيادة كبيرة في التركيز على تحسين استخدام بطاريات الليثيوم للتخزين وبروتوكولات الشحن لمختلف تطبيقات القوارب. وتُعد بطاريات فوسفات الليثيوم-أيون ذات الدورة العميقة في هذه الحالة جذابة بشكل خاص نظرًا لكثافتها العالية من الطاقة، واستقرارها الكيميائي الجيد، وعمرها الافتراضي الطويل في ظل المتطلبات الصارمة لأنظمة الدفع البحري.
مع تزايد الاهتمام بتركيب بطاريات الليثيوم للتخزين، يتزايد تطبيق اللوائح لضمان السلامة. تُعدّ ISO/TS 23625 إحدى هذه اللوائح التي تُركّز على اختيار البطاريات وتركيبها وسلامتها. من الضروري التنويه إلى أن السلامة لها أهمية قصوى عند استخدام بطاريات الليثيوم، وخاصةً فيما يتعلق بمخاطر الحرائق.
أنظمة تخزين الطاقة البحرية
تزداد شعبية أنظمة تخزين الطاقة البحرية في قطاع النقل البحري مع توجه العالم نحو مستقبل أكثر استدامةً وصديقًا للبيئة. وكما يوحي اسمها، صُممت هذه الأنظمة لتخزين الطاقة في بيئة بحرية، ويمكن استخدامها لأغراض متنوعة، بدءًا من دفع السفن والقوارب وصولًا إلى توفير طاقة احتياطية في حالات الطوارئ.
تُعدّ بطاريات الليثيوم أيون النوع الأكثر شيوعًا من أنظمة تخزين الطاقة البحرية، نظرًا لارتفاع كثافتها وموثوقيتها وسلامتها. كما يُمكن تصميم بطاريات الليثيوم أيون لتلبية متطلبات الطاقة الخاصة بمختلف التطبيقات البحرية.
من أهم مزايا أنظمة تخزين الطاقة البحرية قدرتها على استبدال مولدات الديزل. فباستخدام بطاريات أيونات الليثيوم، توفر هذه الأنظمة مصدر طاقة موثوقًا ومستدامًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك الطاقة المساعدة والإضاءة وغيرها من الاحتياجات الكهربائية على متن السفن. بالإضافة إلى هذه التطبيقات، يمكن استخدام أنظمة تخزين الطاقة البحرية أيضًا لتشغيل أنظمة الدفع الكهربائية، مما يجعلها بديلاً عمليًا لمحركات الديزل التقليدية. وهي مناسبة بشكل خاص للسفن الصغيرة العاملة في مساحة محدودة نسبيًا.
بشكل عام، تشكل أنظمة تخزين الطاقة البحرية عنصراً أساسياً في عملية الانتقال إلى مستقبل أكثر استدامة وصديقاً للبيئة في الصناعة البحرية.
مزايا بطاريات الليثيوم
من أبرز مزايا استخدام بطاريات الليثيوم التخزينية مقارنةً بمولدات الديزل انخفاض انبعاثاتها السامة والغازات المسببة للاحتباس الحراري. فإذا شُحنت البطاريات باستخدام مصادر نظيفة، مثل الألواح الشمسية أو توربينات الرياح، يُمكن الحصول على طاقة نظيفة تمامًا. كما أنها أقل تكلفة من حيث الصيانة، وتحتوي على مكونات أقل، وتُصدر ضوضاء أقل بكثير، مما يجعلها مثالية لرسو السفن بالقرب من المناطق السكنية أو المأهولة.
بطاريات الليثيوم للتخزين ليست النوع الوحيد من البطاريات المُستخدمة. في الواقع، يُمكن تقسيم أنظمة البطاريات البحرية إلى بطاريات أساسية (لا يُمكن إعادة شحنها) وبطاريات ثانوية (يمكن إعادة شحنها باستمرار). تُعدّ البطاريات الثانوية أكثر فائدةً من الناحية الاقتصادية في التطبيقات طويلة المدى، حتى مع مراعاة انخفاض السعة. استُخدمت بطاريات الرصاص الحمضية في البداية، وتُعتبر بطاريات الليثيوم للتخزين بطاريات ناشئة حديثًا. ومع ذلك، أظهرت الأبحاث أنها تُوفر كثافات طاقة أعلى وعمرًا أطول، مما يعني أنها أكثر ملاءمةً للتطبيقات طويلة المدى، ومتطلبات الأحمال العالية والسرعات العالية.
بغض النظر عن هذه المزايا، لم يُبدِ الباحثون أي تهاون. على مر السنين، ركزت العديد من التصاميم والدراسات على تحسين أداء بطاريات الليثيوم التخزينية لتعزيز تطبيقاتها البحرية. ويشمل ذلك خلطات كيميائية جديدة للأقطاب الكهربائية، وإلكتروليتات مُعدّلة للحماية من الحرائق والتسربات الحرارية.
اختيار بطارية الليثيوم
هناك العديد من الخصائص التي يجب مراعاتها عند اختيار بطاريات الليثيوم للتخزين لنظام تخزين بحري. تُعد السعة معيارًا بالغ الأهمية عند اختيار بطارية لتخزين الطاقة البحرية، فهي تُحدد كمية الطاقة التي يُمكن تخزينها، وبالتالي مقدار العمل المُمكن إنتاجه قبل إعادة شحنها. تُعتبر هذه السعة معيارًا تصميميًا أساسيًا في تطبيقات الدفع، حيث تُحدد السعة المسافة التي يُمكن للقارب قطعها. في السياق البحري، حيث غالبًا ما تكون المساحة محدودة، من المهم اختيار بطارية ذات كثافة طاقة عالية. تتميز البطاريات ذات كثافة الطاقة العالية بأنها أكثر إحكامًا وخفة وزن، وهو أمر بالغ الأهمية بشكل خاص في القوارب التي تُعتبر المساحة والوزن فيها من أهم العوامل.
تُعد تصنيفات الجهد والتيار أيضًا مواصفات مهمة يجب مراعاتها عند اختيار بطاريات الليثيوم التخزينية لأنظمة تخزين الطاقة البحرية. تحدد هذه المواصفات سرعة شحن البطارية وتفريغها، وهو أمر مهم للتطبيقات التي تتفاوت فيها احتياجات الطاقة بسرعة.
من المهم اختيار بطارية مصممة خصيصًا للاستخدام البحري. فالبيئات البحرية قاسية، وتتعرض لمياه البحر المالحة والرطوبة ودرجات الحرارة العالية. تتميز بطاريات الليثيوم المخصصة للتخزين البحري عادةً بمقاومة الماء والتآكل، بالإضافة إلى ميزات أخرى مثل مقاومة الاهتزاز والصدمات، لضمان أداء موثوق في الظروف الصعبة.
السلامة من الحرائق بالغة الأهمية. ففي التطبيقات البحرية، تكون مساحة تخزين البطاريات محدودة، وأي انتشار للحريق قد يؤدي إلى انبعاث أبخرة سامة وأضرار جسيمة. يمكن اتخاذ تدابير التركيب للحد من انتشاره. ومن الأمثلة على ذلك شركة RoyPow الصينية لتصنيع بطاريات الليثيوم أيون، حيث تُوضع طفايات دقيقة مدمجة في إطار حزمة البطارية. تُفعّل هذه الطفايات إما بإشارة كهربائية أو بحرق الخط الحراري. سيؤدي ذلك إلى تنشيط مولد رذاذ يُحلل سائل التبريد كيميائيًا عبر تفاعل أكسدة-اختزال، وينشره لإطفاء الحريق بسرعة قبل انتشاره. تُعد هذه الطريقة مثالية للتدخلات السريعة، ومناسبة تمامًا لتطبيقات المساحات الضيقة مثل بطاريات الليثيوم للتخزين البحري.
السلامة والمتطلبات
يتزايد استخدام بطاريات الليثيوم للتخزين في التطبيقات البحرية، ولكن السلامة يجب أن تكون أولوية قصوى لضمان التصميم والتركيب المناسبين. بطاريات الليثيوم معرضة لمخاطر التسرب الحراري والحرائق إذا لم تُعامل بشكل صحيح، لا سيما في البيئة البحرية القاسية مع التعرض لمياه البحر المالحة والرطوبة العالية. ولمعالجة هذه المخاوف، وُضعت معايير ولوائح المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO). ومن بين هذه المعايير معيار ISO/TS 23625، الذي يقدم إرشادات لاختيار بطاريات الليثيوم وتركيبها في التطبيقات البحرية. ويحدد هذا المعيار متطلبات تصميم البطارية وتركيبها وصيانتها ومراقبتها لضمان متانتها وتشغيلها الآمن. بالإضافة إلى ذلك، يقدم معيار ISO 19848-1 إرشادات حول اختبار البطاريات وأدائها، بما في ذلك بطاريات الليثيوم للتخزين، في التطبيقات البحرية.
تلعب ISO 26262 أيضًا دورًا هامًا في السلامة الوظيفية للأنظمة الكهربائية والإلكترونية داخل السفن البحرية، وكذلك المركبات الأخرى. تُلزم هذه المواصفة بتصميم نظام إدارة البطاريات (BMS) لتوفير تحذيرات مرئية أو صوتية للمشغل عند انخفاض طاقة البطارية، بالإضافة إلى متطلبات سلامة أخرى. مع أن الالتزام بمعايير ISO طوعي، إلا أن الامتثال لهذه الإرشادات يعزز سلامة أنظمة البطاريات وكفاءتها وعمرها الافتراضي.
ملخص
تبرز بطاريات الليثيوم للتخزين بسرعة كحل مفضل لتخزين الطاقة في التطبيقات البحرية، نظرًا لكثافتها العالية من الطاقة وعمرها الافتراضي الطويل في ظل الظروف الصعبة. تتميز هذه البطاريات بتعدد استخداماتها، ويمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات البحرية، بدءًا من تشغيل القوارب الكهربائية ووصولًا إلى توفير طاقة احتياطية لأنظمة الملاحة. علاوة على ذلك، يُوسّع التطوير المستمر لأنظمة البطاريات الجديدة نطاق التطبيقات الممكنة ليشمل استكشاف أعماق البحار وغيرها من البيئات الصعبة. ومن المتوقع أن يُسهم اعتماد بطاريات الليثيوم للتخزين في الصناعة البحرية في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وإحداث ثورة في قطاعي الخدمات اللوجستية والنقل.
مقالة ذات صلة:
حققت حزمة بطارية الليثيوم ROYPOW التوافق مع نظام Victron Marine الكهربائي
مجموعة بطاريات الليثيوم الجديدة ROYPOW 24 فولت تعزز قوة المغامرات البحرية
