Fremskridt inden for batteriteknologi til marine energilagringssystemer

Forord

I takt med at verden bevæger sig mod grønnere energiløsninger, har lithiumbatterier fået øget opmærksomhed. Mens elbiler har været i søgelyset i over et årti, er potentialet i elektriske energilagringssystemer i maritime miljøer blevet overset. Der har dog været en stigning i forskning med fokus på at optimere brugen af lithium-lagringsbatterier og opladningsprotokoller til forskellige bådapplikationer. Lithium-ion-fosfat-dybcyklusbatterier er i dette tilfælde særligt attraktive på grund af deres høje energitætheder, gode kemiske stabilitet og forlængede levetid under de strenge krav til marine fremdriftssystemer.

I takt med at installationen af litiumbatterier tager fart, tager implementeringen af regler for at sikre sikkerhed også fart. ISO/TS 23625 er en sådan regel, der fokuserer på valg, installation og sikkerhed af batterier. Det er vigtigt at bemærke, at sikkerhed er altafgørende, når det kommer til brugen af litiumbatterier, især med hensyn til brandfare.

Marine energilagringssystemer

Marine energilagringssystemer bliver en stadig mere populær løsning i den maritime industri i takt med at verden bevæger sig mod en mere bæredygtig og miljøvenlig fremtid. Som navnet antyder, er disse systemer designet til at lagre energi i et maritimt miljø og kan bruges til en række forskellige formål, lige fra at fremdrive skibe og både til at levere backup-strøm i tilfælde af en nødsituation.

Den mest almindelige type maritime energilagringssystemer er et lithium-ion-batteri på grund af dets høje energitæthed, pålidelighed og sikkerhed. Lithium-ion-batterier kan også skræddersys til at opfylde de specifikke strømkrav i forskellige maritime applikationer.

En af de vigtigste fordele ved marine energilagringssystemer er deres evne til at erstatte dieselgeneratorer. Ved at bruge lithium-ion-batterier kan disse systemer tilbyde en pålidelig og bæredygtig strømkilde til en række forskellige anvendelser. Dette inkluderer hjælpestrøm, belysning og andre elektriske behov om bord på et skib eller fartøj. Ud over disse anvendelser kan marine energilagringssystemer også bruges til at drive elektriske fremdriftssystemer, hvilket gør dem til et levedygtigt alternativ til konventionelle dieselmotorer. De er især velegnede til mindre fartøjer, der opererer i et relativt begrænset område.

Samlet set er marine energilagringssystemer en nøglekomponent i overgangen til en mere bæredygtig og miljøvenlig fremtid i den maritime industri.

Fordele ved lithiumbatterier

En af de mest åbenlyse fordele ved at bruge litiumbatterier sammenlignet med dieselgeneratorer er manglen på giftige udledninger og drivhusgasser. Hvis batterierne oplades ved hjælp af rene kilder såsom solpaneler eller vindmøller, kan de udgøre 100% ren energi. De er også billigere med hensyn til vedligeholdelse med færre komponenter. De producerer meget mindre støj, hvilket gør dem ideelle til docking i nærheden af boligområder eller befolkede områder.

Lithium-akkumulatorer er ikke den eneste type batterier, der kan bruges. Faktisk kan marinebatterisystemer opdeles i primære batterier (som ikke kan genoplades) og sekundære batterier (som kan genoplades kontinuerligt). Sidstnævnte er mere økonomisk fordelagtig i en langvarig anvendelse, selv når man tager højde for kapacitetsforringelse. Blybatterier blev oprindeligt brugt, og lithium-akkumulatorer betragtes som nye batterier. Forskning har dog vist, at de giver højere energitætheder og forlænget levetid, hvilket betyder, at de er bedre egnet til langdistanceapplikationer samt høj belastning og høje hastighedskrav.

Trods disse fordele har forskerne ikke vist tegn på selvtilfredshed. Gennem årene har adskillige designs og undersøgelser fokuseret på at forbedre ydeevnen af litium-akkumulatorbatterier for at forbedre deres marine anvendelse. Dette omfatter nye kemiske blandinger til elektroderne og modificerede elektrolytter for at beskytte mod brande og termiske løb.

Valg af litiumbatteri

Der er flere karakteristika at overveje, når man vælger litiumbatterier til et marint litiumbatterisystem. Kapacitet er en kritisk specifikation at overveje, når man vælger et batteri til maritim energilagring. Det bestemmer, hvor meget energi det kan lagre, og dermed mængden af arbejde, der kan produceres, før det genoplades. Dette er en grundlæggende designparameter i fremdriftsapplikationer, hvor kapaciteten dikterer kilometertal eller afstanden, som båden kan tilbagelægge. I en maritim kontekst, hvor pladsen ofte er begrænset, er det vigtigt at finde et batteri med en høj energitæthed. Batterier med højere energitæthed er mere kompakte og lette, hvilket er især vigtigt på både, hvor plads og vægt er begrænset.

Spændings- og strømstyrke er også vigtige specifikationer at overveje, når man vælger litiumbatterier til marine energilagringssystemer. Disse specifikationer bestemmer, hvor hurtigt batteriet kan oplades og aflades, hvilket er vigtigt for applikationer, hvor strømbehovet kan variere hurtigt.

Det er vigtigt at vælge et batteri, der er specielt designet til maritim brug. Marinemiljøer er barske med udsættelse for saltvand, fugtighed og ekstreme temperaturer. Lithium-akkumulatorer, der er designet til maritim brug, har typisk vandtæthed og korrosionsbestandighed, samt andre funktioner såsom vibrationsmodstand og stødmodstand for at sikre pålidelig ydeevne under udfordrende forhold.

Brandsikkerhed er også afgørende. I marine applikationer er der begrænset plads til batteriopbevaring, og enhver brandspredning kan føre til udledning af giftig damp og dyre skader. Installationsforanstaltninger kan træffes for at begrænse spredningen. RoyPow, en kinesisk virksomhed, der producerer lithium-ion-batterier, er et eksempel, hvor indbyggede mikroslukkere er placeret i batteripakkens ramme. Disse slukkere aktiveres enten af et elektrisk signal eller ved at afbrænde den termiske linje. Dette aktiverer en aerosolgenerator, der kemisk nedbryder kølemidlet via en redoxreaktion og spreder det for at slukke ilden hurtigt, før den spreder sig. Denne metode er ideel til hurtige indgreb og velegnet til applikationer med trange pladsforhold, såsom marine lithium-batterier.

Sikkerhed og krav

Brugen af lithium-akkumulatorer til marine applikationer er stigende, men sikkerhed skal være en topprioritet for at sikre korrekt design og installation. Lithium-batterier er sårbare over for termisk løbskløb og brandfare, hvis de ikke håndteres korrekt, især i det barske havmiljø med saltvandseksponering og høj luftfugtighed. For at imødegå disse bekymringer er der etableret ISO-standarder og -regler. En af disse standarder er ISO/TS 23625, som giver retningslinjer for valg og installation af lithium-batterier i marine applikationer. Denne standard specificerer krav til batteridesign, installation, vedligeholdelse og overvågning for at sikre batteriets holdbarhed og sikre drift. Derudover giver ISO 19848-1 vejledning om testning og ydeevne af batterier, herunder lithium-akkumulatorer, i marine applikationer.

ISO 26262 spiller også en væsentlig rolle i den funktionelle sikkerhed af elektriske og elektroniske systemer i skibe såvel som andre køretøjer. Denne standard kræver, at batteristyringssystemet (BMS) skal være designet til at give visuelle eller hørbare advarsler til operatøren, når batteriet er ved at løbe tør for strøm, blandt andre sikkerhedskrav. Selvom overholdelse af ISO-standarder er frivillig, fremmer overholdelse af disse retningslinjer batterisystemernes sikkerhed, effektivitet og levetid.

Oversigt

Lithium-akkumulatorer er hurtigt ved at blive en foretrukken energilagringsløsning til marine applikationer på grund af deres høje energitæthed og forlængede levetid under krævende forhold. Disse batterier er alsidige og kan bruges til en række marine applikationer, lige fra at drive elektriske både til at levere backupstrøm til navigationssystemer. Derudover udvider den løbende udvikling af nye batterisystemer rækkevidden af mulige anvendelser til at omfatte dybhavsudforskning og andre udfordrende miljøer. Indførelsen af lithium-akkumulatorer i den marine industri forventes at reducere drivhusgasemissioner og revolutionere logistik og transport.