Mereväe energiasalvestussüsteemide akutehnoloogia edusammud

Eessõna

Kuna maailm liigub rohelisemate energialahenduste poole, on liitiumakud pälvinud üha suuremat tähelepanu. Kuigi elektriautod on olnud tähelepanu keskpunktis juba üle kümne aasta, on elektrienergia salvestussüsteemide potentsiaal merekeskkonnas tähelepanuta jäetud. Siiski on toimunud uuringute hüppeline edenemine, mis keskenduvad liitiumakude kasutamise ja laadimisprotokollide optimeerimisele erinevate paadirakenduste jaoks. Liitiumioonfosfaat-süvatsüklilised akud on antud juhul eriti atraktiivsed tänu oma suurele energiatihedusele, heale keemilisele stabiilsusele ja pikale tsüklieale mere jõuseadmete rangete nõuete kohaselt.

Liitiumakude paigaldamise hoogustumisega kasvab ka ohutusnõuete rakendamine. ISO/TS 23625 on üks selline eeskiri, mis keskendub akude valikule, paigaldamisele ja ohutusele. Oluline on märkida, et liitiumakude kasutamisel on ohutus esmatähtis, eriti tuleohtude osas.

Mereenergia salvestussüsteemid

Mereenergia salvestussüsteemid on muutumas üha populaarsemaks lahenduseks merenduses, kuna maailm liigub jätkusuutlikuma ja keskkonnasõbralikuma tuleviku poole. Nagu nimigi ütleb, on need süsteemid loodud energia salvestamiseks merekeskkonnas ning neid saab kasutada mitmesugustel eesmärkidel, alates laevade ja paatide liikumapanemisest kuni varutoite pakkumiseni hädaolukorras.

Kõige levinum mereenergia salvestussüsteem on liitiumioonaku, mis on selle kõrge energiatiheduse, töökindluse ja ohutuse tõttu väga populaarne. Liitiumioonakusid saab kohandada ka vastavalt erinevate mererakenduste spetsiifilistele energiavajadustele.

Üks mereenergia salvestussüsteemide peamisi eeliseid on nende võime asendada diiselgeneraatoreid. Liitiumioonakude kasutamisega pakuvad need süsteemid usaldusväärset ja jätkusuutlikku energiaallikat mitmesuguste rakenduste jaoks. See hõlmab abitoidet, valgustust ja muid laeva või aluse elektrivajadusi. Lisaks neile rakendustele saab mereenergia salvestussüsteeme kasutada ka elektriliste propulsioonisüsteemide toiteks, muutes need tavapäraste diiselmootorite elujõuliseks alternatiiviks. Need sobivad eriti hästi väiksematele laevadele, mis tegutsevad suhteliselt piiratud alal.

Üldiselt on mereenergia salvestussüsteemid meretööstuse jätkusuutlikuma ja keskkonnasõbralikuma tuleviku suunas ülemineku võtmekomponent.

Liitiumakude eelised

Üks ilmsemaid liitiumakude kasutamise eeliseid diiselgeneraatoritega võrreldes on mürgiste ja kasvuhoonegaaside heitkoguste puudumine. Kui akusid laadida puhaste allikate, näiteks päikesepaneelide või tuuleturbiinide abil, võib see moodustada 100% puhta energia. Need on ka hoolduse osas odavamad, kuna neil on vähem komponente. Need tekitavad palju vähem müra, mistõttu sobivad need ideaalselt dokkimisolukordadesse elamute või asustatud piirkondade lähedal.

Liitiumakud pole ainsad kasutatavad akutüübid. Tegelikult saab paadiakude süsteeme jagada primaarakudeks (mida ei saa laadida) ja sekundaarakudeks (mida saab pidevalt laadida). Viimane on pikaajalises rakenduses majanduslikult kasulikum, isegi mahtuvuse vähenemist arvestades. Algselt kasutati pliiakusid ja liitiumakuid peetakse äsja esile kerkinud akudeks. Uuringud on aga näidanud, et need pakuvad suuremat energiatihedust ja pikemat eluiga, mis tähendab, et need sobivad paremini pikamaa rakendusteks ning suure koormuse ja kiirete nõudmiste jaoks.

Vaatamata neile eelistele pole teadlased näidanud üles mingeid enesega rahulolu märke. Aastate jooksul on arvukad disainilahendused ja uuringud keskendunud liitiumakude jõudluse parandamisele, et parandada nende kasutamist merenduses. See hõlmab uusi keemilisi segusid elektroodide jaoks ja modifitseeritud elektrolüüte, et kaitsta tulekahjude ja termiliste ülekoormuste eest.

Liitiumaku valik

Mereväe liitiumakusüsteemi liitiumakude valimisel tuleb arvestada mitmete omadustega. Mahtuvus on aku valimisel mereenergia salvestamiseks kriitilise tähtsusega näitaja. See määrab, kui palju energiat see suudab salvestada ja seega ka töö hulga, mida saab enne laadimist teha. See on jõuseadmete rakenduste puhul oluline projekteerimisparameeter, kus mahutavus dikteerib paadi läbitava vahemaa. Merenduskeskkonnas, kus ruum on sageli piiratud, on oluline leida suure energiatihedusega aku. Suurema energiatihedusega akud on kompaktsemad ja kergemad, mis on eriti oluline paatide puhul, kus ruum ja kaal on piiratud.

Mereväe energiasalvestussüsteemide liitiumakude valimisel on olulised ka pinge ja voolutugevuse näitajad. Need spetsifikatsioonid määravad, kui kiiresti aku laeb ja tühjeneb, mis on oluline rakenduste puhul, kus energiavajadus võib kiiresti muutuda.

Oluline on valida aku, mis on spetsiaalselt merel kasutamiseks mõeldud. Merekeskkond on karm, puutudes kokku soolase vee, niiskuse ja äärmuslike temperatuuridega. Merel kasutamiseks mõeldud liitiumakud on tavaliselt veekindlad ja korrosioonikindlad, aga ka muude omadustega, nagu vibratsioonikindlus ja löögikindlus, et tagada usaldusväärne jõudlus keerulistes tingimustes.

Tuleohutus on samuti ülioluline. Merenduslikes rakendustes on akude hoiustamiseks piiratud ruum ja igasugune tule levik võib põhjustada mürgiste aurude eraldumist ja kulukaid kahjusid. Leviku piiramiseks saab võtta paigaldusmeetmeid. Hiina liitiumioonakude tootev ettevõte RoyPow on üks näide sellest, kus aku raamile paigutatakse sisseehitatud mikrokustutid. Need kustuti aktiveeritakse kas elektrilise signaali või termilise joone põlemise teel. See aktiveerib aerosooligeneraatori, mis lagundab jahutusvedelikku keemiliselt redoksreaktsiooni teel ja levitab seda, et kustutada tuli enne selle levikut. See meetod sobib ideaalselt kiireks sekkumiseks ja sobib hästi kitsastes ruumides kasutamiseks, näiteks merenduses kasutatavate liitiumakude puhul.

Ohutus ja nõuded

Liitiumakude kasutamine merenduses on tõusuteel, kuid ohutus peab olema esmatähtis, et tagada nõuetekohane projekteerimine ja paigaldamine. Liitiumakud on ebaõige käsitsemise korral tundlikud termilise läbimurde ja tuleohtude suhtes, eriti karmis merekeskkonnas, kus puututakse kokku soolase veega ja on kõrge õhuniiskus. Nende probleemide lahendamiseks on kehtestatud ISO standardid ja eeskirjad. Üks neist standarditest on ISO/TS 23625, mis annab juhised liitiumakude valimiseks ja paigaldamiseks merenduses. See standard määrab kindlaks aku projekteerimise, paigaldamise, hoolduse ja jälgimise nõuded, et tagada aku vastupidavus ja ohutu töö. Lisaks annab ISO 19848-1 juhiseid akude, sealhulgas liitiumakude, testimise ja toimivuse kohta merenduses.

ISO 26262 mängib olulist rolli ka merelaevade ja teiste sõidukite elektri- ja elektroonikasüsteemide funktsionaalses ohutuses. See standard nõuab, et akuhaldussüsteem (BMS) oleks projekteeritud nii, et see annaks operaatorile visuaalseid või kuuldavaid hoiatusi aku tühjenemise korral, lisaks muudele ohutusnõuetele. Kuigi ISO standardite järgimine on vabatahtlik, edendab nende suuniste järgimine akusüsteemide ohutust, tõhusust ja pikaealisust.

Kokkuvõte

Liitiumakud on oma suure energiatiheduse ja pika eluea tõttu nõudlikes tingimustes kiiresti populaarseks energiasalvestuslahenduseks merenduses. Need akud on mitmekülgsed ja neid saab kasutada mitmesugustes merenduse rakendustes, alates elektripaatide toitest kuni navigatsioonisüsteemide varutoite pakkumiseni. Lisaks laiendab uute akusüsteemide pidev arendamine võimalike rakenduste valikut, hõlmates süvamereuuringuid ja muid keerulisi keskkondi. Liitiumakude kasutuselevõtt merenduses peaks vähendama kasvuhoonegaaside heitkoguseid ning muutma logistikat ja transporti revolutsiooniliselt.