Pokroky v technologii baterií pro systémy skladování energie v mořích

Předmluva

S tím, jak se svět posouvá směrem k ekologičtějším energetickým řešením, si lithiové baterie získávají stále větší pozornost. Zatímco elektromobily jsou v centru pozornosti již více než deset let, potenciál systémů pro ukládání elektrické energie v námořním prostředí byl přehlížen. Došlo však k prudkému nárůstu výzkumu zaměřeného na optimalizaci využití lithiových baterií a nabíjecích protokolů pro různé lodní aplikace. Lithium-iontové fosfátové baterie s hlubokým cyklem jsou v tomto případě obzvláště atraktivní díky své vysoké energetické hustotě, dobré chemické stabilitě a prodloužené životnosti za přísných požadavků lodních pohonných systémů.

S rostoucí instalací lithiových baterií roste i implementace předpisů pro zajištění bezpečnosti. Norma ISO/TS 23625 je jedním z takových předpisů, které se zaměřují na výběr, instalaci a bezpečnost baterií. Je důležité si uvědomit, že bezpečnost je při používání lithiových baterií prvořadá, zejména s ohledem na nebezpečí požáru.

Systémy pro skladování energie v moři

Systémy pro ukládání energie v moři se stávají stále populárnějším řešením v námořním průmyslu, protože svět se posouvá směrem k udržitelnější a ekologičtější budoucnosti. Jak název napovídá, tyto systémy jsou navrženy k ukládání energie v námořním prostředí a lze je použít k různým účelům, od pohonu lodí a člunů až po zajištění záložního napájení v případě nouze.

Nejběžnějším typem systému pro ukládání energie v námořní dopravě je lithium-iontová baterie, a to díky své vysoké energetické hustotě, spolehlivosti a bezpečnosti. Lithium-iontové baterie lze také přizpůsobit specifickým energetickým požadavkům různých námořních aplikací.

Jednou z klíčových výhod systémů pro ukládání energie v mořích je jejich schopnost nahradit dieselové generátory. Díky využití lithium-iontových baterií mohou tyto systémy nabídnout spolehlivý a udržitelný zdroj energie pro řadu aplikací. Patří sem pomocná energie, osvětlení a další elektrické potřeby na palubě lodi nebo plavidla. Kromě těchto aplikací lze systémy pro ukládání energie v mořích použít také k napájení elektrických pohonných systémů, což z nich činí životaschopnou alternativu ke konvenčním dieselovým motorům. Jsou vhodné zejména pro menší plavidla provozovaná v relativně omezeném prostoru.

Celkově vzato jsou systémy pro skladování energie v mořích klíčovou součástí přechodu k udržitelnější a ekologičtější budoucnosti v námořním průmyslu.

Výhody lithiových baterií

Jednou z nejzřetelnějších výhod použití lithiových baterií ve srovnání s dieselovým generátorem je absence toxických emisí a emisí skleníkových plynů. Pokud se baterie nabíjejí pomocí čistých zdrojů, jako jsou solární panely nebo větrné turbíny, může se jednat o 100% čistou energii. Jsou také levnější z hlediska údržby s menším počtem komponentů. Produkují mnohem méně hluku, takže jsou ideální pro dokování v blízkosti obytných nebo obydlených oblastí.

Lithiové akumulátory nejsou jediným typem baterií, které lze použít. Ve skutečnosti lze lodní bateriové systémy rozdělit na primární baterie (které nelze dobíjet) a sekundární baterie (které lze dobíjet nepřetržitě). Sekundární baterie jsou ekonomicky výhodnější při dlouhodobém používání, a to i s ohledem na degradaci kapacity. Zpočátku se používaly olověné akumulátory a lithiové akumulátory jsou považovány za nově vznikající baterie. Výzkum však ukázal, že poskytují vyšší energetickou hustotu a delší životnost, což znamená, že jsou vhodnější pro aplikace na dlouhé vzdálenosti a pro vysoké zatížení a vysoké rychlosti.

Bez ohledu na tyto výhody výzkumníci neprojevují žádné známky uspokojení se s tímto stavem. V průběhu let se řada návrhů a studií zaměřila na zlepšení výkonu lithiových baterií s cílem zlepšit jejich využití v námořní dopravě. To zahrnuje nové chemické směsi elektrod a modifikované elektrolyty, které chrání před požáry a tepelnými úniky.

Výběr lithiové baterie

Při výběru lithiových baterií pro lodní systém skladování lithiových baterií je třeba zvážit několik charakteristik. Kapacita je kritickým parametrem, který je třeba při výběru baterie pro skladování energie v lodním prostředí zvážit. Určuje, kolik energie může baterie uložit, a následně množství práce, které lze vykonat před jejím opětovným nabitím. Toto je základní konstrukční parametr v pohonných aplikacích, kde kapacita určuje počet najetých kilometrů nebo vzdálenost, kterou loď urazí. V námořním prostředí, kde je prostor často omezený, je důležité najít baterii s vysokou hustotou energie. Baterie s vyšší hustotou energie jsou kompaktnější a lehčí, což je zvláště důležité na lodích, kde je prostor a hmotnost omezená.

Jmenovité napětí a proud jsou také důležité specifikace, které je třeba zvážit při výběru lithiových baterií pro lodní systémy skladování energie. Tyto specifikace určují, jak rychle se baterie nabije a vybije, což je důležité pro aplikace, kde se požadavky na energii mohou rychle měnit.

Je důležité vybrat baterii, která je určena speciálně pro použití na moři. Mořské prostředí je drsné, vystavené slané vodě, vlhkosti a extrémním teplotám. Lithiové akumulátory určené pro použití na moři se obvykle vyznačují vodotěsností a odolností proti korozi, stejně jako dalšími vlastnostmi, jako je odolnost proti vibracím a nárazům, které zajišťují spolehlivý výkon v náročných podmínkách.

Důležitá je také požární bezpečnost. V námořních aplikacích je omezený prostor pro uložení baterií a jakékoli šíření ohně by mohlo vést k úniku toxických výparů a nákladným škodám. K omezení šíření ohně lze přijmout instalační opatření. RoyPow, čínská společnost vyrábějící lithium-iontové baterie, je jedním z příkladů, kde jsou do rámu bateriového bloku umístěny vestavěné mikrohasicí přístroje. Tyto hasicí přístroje se aktivují buď elektrickým signálem, nebo spálením tepelného potrubí. Tím se aktivuje generátor aerosolu, který chemicky rozkládá chladicí kapalinu redoxní reakcí a šíří ji, aby rychle uhasil požár dříve, než se rozšíří. Tato metoda je ideální pro rychlé zásahy a je vhodná pro aplikace v těsných prostorách, jako jsou například lithiové baterie pro skladování v lodích.

Bezpečnost a požadavky

Používání lithiových baterií pro námořní aplikace je na vzestupu, ale bezpečnost musí být nejvyšší prioritou pro zajištění správného návrhu a instalace. Lithiové baterie jsou náchylné k tepelnému úniku a nebezpečí požáru, pokud se s nimi nesprávně zachází, zejména v drsném mořském prostředí s vystavením slané vodě a vysoké vlhkosti. Pro řešení těchto obav byly stanoveny normy a předpisy ISO. Jednou z těchto norem je ISO/TS 23625, která poskytuje pokyny pro výběr a instalaci lithiových baterií v námořních aplikacích. Tato norma specifikuje požadavky na návrh, instalaci, údržbu a monitorování baterií, aby byla zajištěna jejich trvanlivost a bezpečný provoz. Norma ISO 19848-1 dále poskytuje pokyny pro testování a výkon baterií, včetně lithiových baterií, v námořních aplikacích.

Norma ISO 26262 hraje také významnou roli ve funkční bezpečnosti elektrických a elektronických systémů v námořních plavidlech a dalších vozidlech. Tato norma mimo jiné bezpečnostní požadavky nařizuje, aby systém správy baterií (BMS) poskytoval obsluze vizuální nebo zvuková varování v případě nízkého nabití baterie. Dodržování norem ISO je sice dobrovolné, ale podporuje bezpečnost, účinnost a dlouhou životnost bateriových systémů.

Shrnutí

Lithiové baterie se rychle stávají preferovaným řešením pro ukládání energie v námořních aplikacích díky své vysoké energetické hustotě a prodloužené životnosti v náročných podmínkách. Tyto baterie jsou všestranné a lze je použít pro řadu námořních aplikací, od napájení elektrických lodí až po záložní napájení navigačních systémů. Neustálý vývoj nových bateriových systémů navíc rozšiřuje škálu možných aplikací, které zahrnují i hlubinný průzkum a další náročná prostředí. Očekává se, že zavedení lithiových baterií v námořním průmyslu sníží emise skleníkových plynů a způsobí revoluci v logistice a dopravě.