Εξελίξεις στην τεχνολογία μπαταριών για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας στη θάλασσα

Πρόλογος

Καθώς ο κόσμος στρέφεται προς πιο πράσινες ενεργειακές λύσεις, οι μπαταρίες λιθίου έχουν τραβήξει αυξανόμενη προσοχή. Ενώ τα ηλεκτρικά οχήματα βρίσκονται στο προσκήνιο για πάνω από μια δεκαετία, οι δυνατότητες των συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε θαλάσσιες συνθήκες έχουν παραβλεφθεί. Ωστόσο, έχει σημειωθεί μια αύξηση στην έρευνα που επικεντρώνεται στη βελτιστοποίηση της χρήσης μπαταριών λιθίου αποθήκευσης και στα πρωτόκολλα φόρτισης για διαφορετικές εφαρμογές σκαφών. Οι μπαταρίες βαθιάς κυκλοφορίας ιόντων λιθίου-φωσφορικού σε αυτή την περίπτωση είναι ιδιαίτερα ελκυστικές λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, της καλής χημικής σταθερότητας και της παρατεταμένης διάρκειας ζωής τους υπό τις αυστηρές απαιτήσεις των συστημάτων θαλάσσιας πρόωσης.

Καθώς η εγκατάσταση μπαταριών λιθίου αποθήκευσης κερδίζει έδαφος, αυξάνεται και η εφαρμογή κανονισμών για την εξασφάλιση της ασφάλειας. Το ISO/TS 23625 είναι ένας τέτοιος κανονισμός που εστιάζει στην επιλογή, την εγκατάσταση και την ασφάλεια των μπαταριών. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ασφάλεια είναι ύψιστης σημασίας όσον αφορά τη χρήση μπαταριών λιθίου, ιδίως όσον αφορά τους κινδύνους πυρκαγιάς.

Συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας στη θάλασσα γίνονται μια ολοένα και πιο δημοφιλής λύση στη ναυτιλιακή βιομηχανία, καθώς ο κόσμος κινείται προς ένα πιο βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον μέλλον. Όπως υποδηλώνει και το όνομα, αυτά τα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να αποθηκεύουν ενέργεια σε θαλάσσιο περιβάλλον και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μια ποικιλία σκοπών, από την προώθηση πλοίων και σκαφών έως την παροχή εφεδρικής ενέργειας σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.

Ο πιο συνηθισμένος τύπος συστήματος αποθήκευσης ενέργειας στη θάλασσα είναι μια μπαταρία ιόντων λιθίου, λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, αξιοπιστίας και ασφάλειας. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν επίσης να προσαρμοστούν ώστε να καλύπτουν τις συγκεκριμένες απαιτήσεις ισχύος διαφορετικών θαλάσσιων εφαρμογών.

Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας στη θάλασσα είναι η ικανότητά τους να αντικαθιστούν τις γεννήτριες ντίζελ. Χρησιμοποιώντας μπαταρίες ιόντων λιθίου, αυτά τα συστήματα μπορούν να προσφέρουν μια αξιόπιστη και βιώσιμη πηγή ενέργειας για μια ποικιλία εφαρμογών. Αυτό περιλαμβάνει βοηθητική ισχύ, φωτισμό και άλλες ηλεκτρικές ανάγκες σε ένα πλοίο ή σκάφος. Εκτός από αυτές τις εφαρμογές, τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας στη θάλασσα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία ηλεκτρικών συστημάτων πρόωσης, καθιστώντας τα μια βιώσιμη εναλλακτική λύση σε σχέση με τους συμβατικούς κινητήρες ντίζελ. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για μικρότερα σκάφη που λειτουργούν σε σχετικά περιορισμένη περιοχή.

Συνολικά, τα συστήματα αποθήκευσης θαλάσσιας ενέργειας αποτελούν βασικό στοιχείο της μετάβασης σε ένα πιο βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον μέλλον στη ναυτιλιακή βιομηχανία.

Πλεονεκτήματα των μπαταριών λιθίου

Ένα από τα πιο εμφανή πλεονεκτήματα της χρήσης μπαταριών λιθίου αποθήκευσης σε σύγκριση με τις γεννήτριες ντίζελ είναι η έλλειψη τοξικών εκπομπών και αερίων του θερμοκηπίου. Εάν οι μπαταρίες φορτίζονται με καθαρές πηγές όπως ηλιακούς συλλέκτες ή ανεμογεννήτριες, θα μπορούσαν να αποτελέσουν 100% καθαρή ενέργεια. Είναι επίσης λιγότερο δαπανηρές όσον αφορά τη συντήρηση με λιγότερα εξαρτήματα. Παράγουν πολύ λιγότερο θόρυβο, καθιστώντας τες ιδανικές για χώρους σύνδεσης κοντά σε κατοικημένες ή κατοικημένες περιοχές.

Οι μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης δεν είναι ο μόνος τύπος μπαταριών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Στην πραγματικότητα, τα συστήματα μπαταριών θαλάσσης μπορούν να χωριστούν σε πρωτογενείς μπαταρίες (οι οποίες δεν μπορούν να επαναφορτιστούν) και δευτερογενείς μπαταρίες (οι οποίες μπορούν να επαναφορτιστούν συνεχώς). Η τελευταία είναι πιο οικονομικά συμφέρουσα σε μια μακροπρόθεσμη εφαρμογή, ακόμη και αν ληφθεί υπόψη η υποβάθμιση της χωρητικότητας. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν μπαταρίες μολύβδου-οξέος και οι μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης θεωρούνται νέες μπαταρίες. Ωστόσο, η έρευνα έχει δείξει ότι παρέχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και παρατεταμένη διάρκεια ζωής, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πιο κατάλληλες για εφαρμογές μεγάλης εμβέλειας και απαιτήσεις υψηλού φορτίου και υψηλής ταχύτητας.

Ανεξάρτητα από αυτά τα πλεονεκτήματα, οι ερευνητές δεν έχουν δείξει κανένα σημάδι εφησυχασμού. Με την πάροδο των ετών, πολυάριθμοι σχεδιασμοί και μελέτες έχουν επικεντρωθεί στη βελτίωση της απόδοσης των μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για τη βελτίωση της ναυτιλιακής τους εφαρμογής. Αυτό περιλαμβάνει νέα χημικά μείγματα για τα ηλεκτρόδια και τροποποιημένους ηλεκτρολύτες για την προστασία από πυρκαγιές και θερμικές διαρροές.

Επιλογή μπαταρίας λιθίου

Υπάρχουν πολλά χαρακτηριστικά που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για ένα σύστημα μπαταριών λιθίου θαλάσσιας αποθήκευσης. Η χωρητικότητα είναι μια κρίσιμη προδιαγραφή που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή μιας μπαταρίας για την αποθήκευση ενέργειας στη θάλασσα. Καθορίζει πόση ενέργεια μπορεί να αποθηκεύσει και, στη συνέχεια, την ποσότητα έργου που μπορεί να παραχθεί πριν από την επαναφόρτισή της. Αυτή είναι μια θεμελιώδης παράμετρος σχεδιασμού σε εφαρμογές πρόωσης όπου η χωρητικότητα υπαγορεύει τα χιλιόμετρα ή την απόσταση που μπορεί να διανύσει το σκάφος. Σε ένα θαλάσσιο περιβάλλον, όπου ο χώρος είναι συχνά περιορισμένος, είναι σημαντικό να βρείτε μια μπαταρία με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα. Οι μπαταρίες υψηλότερης ενεργειακής πυκνότητας είναι πιο συμπαγείς και ελαφριές, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε σκάφη όπου ο χώρος και το βάρος είναι σημαντικά.

Οι ονομαστικές τιμές τάσης και ρεύματος είναι επίσης σημαντικές προδιαγραφές που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας στη θάλασσα. Αυτές οι προδιαγραφές καθορίζουν πόσο γρήγορα μπορεί να φορτίσει και να αποφορτιστεί η μπαταρία, κάτι που είναι σημαντικό για εφαρμογές όπου οι απαιτήσεις ισχύος μπορεί να ποικίλλουν γρήγορα.

Είναι σημαντικό να επιλέξετε μια μπαταρία που έχει σχεδιαστεί ειδικά για θαλάσσια χρήση. Τα θαλάσσια περιβάλλοντα είναι σκληρά, με έκθεση σε αλμυρό νερό, υγρασία και ακραίες θερμοκρασίες. Οι μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης που έχουν σχεδιαστεί για θαλάσσια χρήση συνήθως διαθέτουν αντοχή στην στεγανοποίηση και τη διάβρωση, καθώς και άλλα χαρακτηριστικά όπως αντοχή σε κραδασμούς και κραδασμούς, για να εξασφαλίζουν αξιόπιστη απόδοση σε δύσκολες συνθήκες.

Η πυρασφάλεια είναι επίσης ζωτικής σημασίας. Στις θαλάσσιες εφαρμογές, υπάρχει περιορισμένος χώρος για την αποθήκευση μπαταριών και οποιαδήποτε εξάπλωση της φωτιάς θα μπορούσε να οδηγήσει σε απελευθέρωση τοξικών αναθυμιάσεων και δαπανηρές ζημιές. Μπορούν να ληφθούν μέτρα εγκατάστασης για τον περιορισμό της εξάπλωσης. Η RoyPow, μια κινεζική εταιρεία κατασκευής μπαταριών ιόντων λιθίου, είναι ένα παράδειγμα όπου ενσωματωμένοι μικροπυροσβεστήρες τοποθετούνται στο πλαίσιο της συστοιχίας μπαταριών. Αυτοί οι πυροσβεστήρες ενεργοποιούνται είτε από ένα ηλεκτρικό σήμα είτε από την καύση της θερμικής γραμμής. Αυτό θα ενεργοποιήσει μια γεννήτρια αερολύματος που αποσυνθέτει χημικά το ψυκτικό μέσο μέσω μιας οξειδοαναγωγικής αντίδρασης και το διασπείρει για να σβήσει γρήγορα τη φωτιά πριν εξαπλωθεί. Αυτή η μέθοδος είναι ιδανική για γρήγορες επεμβάσεις, κατάλληλη για εφαρμογές περιορισμένου χώρου, όπως οι μπαταρίες λιθίου θαλάσσιας αποθήκευσης.

Ασφάλεια και απαιτήσεις

Η χρήση μπαταριών λιθίου αποθήκευσης για θαλάσσιες εφαρμογές αυξάνεται, αλλά η ασφάλεια πρέπει να αποτελεί ύψιστη προτεραιότητα για να διασφαλιστεί ο σωστός σχεδιασμός και η εγκατάσταση. Οι μπαταρίες λιθίου είναι ευάλωτες σε θερμική διαρροή και κινδύνους πυρκαγιάς εάν δεν χειρίζονται σωστά, ιδιαίτερα στο σκληρό θαλάσσιο περιβάλλον με έκθεση σε αλμυρό νερό και υψηλή υγρασία. Για την αντιμετώπιση αυτών των ανησυχιών, έχουν θεσπιστεί πρότυπα και κανονισμοί ISO. Ένα από αυτά τα πρότυπα είναι το ISO/TS 23625, το οποίο παρέχει οδηγίες για την επιλογή και την εγκατάσταση μπαταριών λιθίου σε θαλάσσιες εφαρμογές. Αυτό το πρότυπο καθορίζει τις απαιτήσεις σχεδιασμού, εγκατάστασης, συντήρησης και παρακολούθησης των μπαταριών για να διασφαλιστεί η ανθεκτικότητα και η ασφαλής λειτουργία της μπαταρίας. Επιπλέον, το ISO 19848-1 παρέχει οδηγίες σχετικά με τη δοκιμή και την απόδοση των μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών λιθίου αποθήκευσης, σε θαλάσσιες εφαρμογές.

Το πρότυπο ISO 26262 παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην λειτουργική ασφάλεια των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων εντός θαλάσσιων σκαφών, καθώς και άλλων οχημάτων. Αυτό το πρότυπο ορίζει ότι το σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) πρέπει να έχει σχεδιαστεί ώστε να παρέχει οπτικές ή ηχητικές προειδοποιήσεις στον χειριστή όταν η στάθμη της μπαταρίας είναι χαμηλή, μεταξύ άλλων απαιτήσεων ασφαλείας. Ενώ η τήρηση των προτύπων ISO είναι προαιρετική, η συμμόρφωση με αυτές τις οδηγίες προάγει την ασφάλεια, την αποδοτικότητα και τη μακροζωία των συστημάτων μπαταριών.

Περίληψη

Οι μπαταρίες λιθίου αποθήκευσης αναδύονται ραγδαία ως μια προτιμώμενη λύση αποθήκευσης ενέργειας για θαλάσσιες εφαρμογές λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας και της εκτεταμένης διάρκειας ζωής τους υπό απαιτητικές συνθήκες. Αυτές οι μπαταρίες είναι ευέλικτες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μια σειρά θαλάσσιων εφαρμογών, από την τροφοδοσία ηλεκτρικών σκαφών έως την παροχή εφεδρικής ενέργειας για συστήματα πλοήγησης. Επιπλέον, η συνεχής ανάπτυξη νέων συστημάτων μπαταριών διευρύνει το φάσμα των πιθανών εφαρμογών ώστε να περιλαμβάνει την εξερεύνηση βαθέων υδάτων και άλλα απαιτητικά περιβάλλοντα. Η υιοθέτηση μπαταριών λιθίου αποθήκευσης στη ναυτιλιακή βιομηχανία αναμένεται να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και να φέρει επανάσταση στην εφοδιαστική και τις μεταφορές.