Framfarir í rafhlöðutækni fyrir orkugeymslukerfi sjávar

Formáli

Þar sem heimurinn færist í átt að grænni orkulausnum hafa litíumrafhlöður vakið aukna athygli. Þó að rafknúin ökutæki hafi verið í sviðsljósinu í meira en áratug hefur möguleikum raforkugeymslukerfa í sjóumhverfi verið gleymt. Hins vegar hefur orðið mikil aukning í rannsóknum sem beinast að því að hámarka notkun litíumgeymslurafhlöður og hleðsluferla fyrir mismunandi báta. Litíumjónafosfat djúphringrásarrafhlöður eru í þessu tilfelli sérstaklega aðlaðandi vegna mikillar orkuþéttleika, góðs efnafræðilegs stöðugleika og langs líftíma samkvæmt ströngum kröfum skipaframleiðslukerfa.

Þegar uppsetning á litíumgeymslurafhlöðum eykst, eykst einnig innleiðing reglugerða til að tryggja öryggi. ISO/TS 23625 er ein slík reglugerð sem leggur áherslu á val á rafhlöðum, uppsetningu og öryggi. Mikilvægt er að hafa í huga að öryggi er í fyrirrúmi þegar kemur að notkun litíumgeymslurafhlöða, sérstaklega hvað varðar eldhættu.

Geymslukerfi fyrir sjávarorku

Orkugeymslukerfi í sjó eru að verða sífellt vinsælli lausn í sjávarútvegi þar sem heimurinn stefnir í átt að sjálfbærari og umhverfisvænni framtíð. Eins og nafnið gefur til kynna eru þessi kerfi hönnuð til að geyma orku í sjóumhverfi og hægt er að nota þau í ýmsum tilgangi, allt frá því að knýja skip og báta til að veita varaafl í neyðartilvikum.

Algengasta gerð orkugeymslukerfa fyrir sjómenn er litíum-jón rafhlaða, vegna mikillar orkuþéttleika, áreiðanleika og öryggis. Einnig er hægt að sníða litíum-jón rafhlöður að sérstökum orkuþörfum mismunandi notkunar í sjómennsku.

Einn helsti kosturinn við orkugeymslukerfi sjávar er geta þeirra til að koma í stað dísilrafstöðva. Með því að nota litíumjónarafhlöður geta þessi kerfi boðið upp á áreiðanlega og sjálfbæra orkugjafa fyrir fjölbreytt notkun. Þetta felur í sér aukaafl, lýsingu og aðrar rafmagnsþarfir um borð í skipi eða skipi. Auk þessara nota er einnig hægt að nota orkugeymslukerfi sjávar til að knýja rafknúna framdrifskerfi, sem gerir þau að raunhæfum valkosti við hefðbundnar dísilvélar. Þau henta sérstaklega vel fyrir minni skip sem starfa á tiltölulega takmörkuðu svæði.

Í heildina eru orkugeymslukerfi í sjó lykilþáttur í umbreytingunni yfir í sjálfbærari og umhverfisvænni framtíð í sjávarútvegi.

Kostir litíumrafhlöður

Einn augljósasti kosturinn við að nota litíum-geymslurafhlöður samanborið við díselrafstöðvar er skortur á eitruðum og gróðurhúsalofttegundum. Ef rafhlöðurnar eru hlaðnar með hreinum orkugjöfum eins og sólarplötum eða vindmyllum, getur það skilað 100% hreinni orku. Þær eru einnig ódýrari hvað varðar viðhald með færri íhlutum. Þær framleiða mun minni hávaða, sem gerir þær tilvaldar fyrir tengingar nálægt íbúðar- eða þéttbýlum svæðum.

Geymslurafhlöður fyrir litíum eru ekki eina gerðin af rafhlöðum sem hægt er að nota. Reyndar má skipta rafgeymakerfum fyrir skip í aðalrafhlöður (sem ekki er hægt að endurhlaða) og aukarafhlöður (sem hægt er að endurhlaða stöðugt). Hið síðarnefnda er hagkvæmara í langtímanotkun, jafnvel þegar tekið er tillit til minnkunar á afkastagetu. Blýsýrurafhlöður voru upphaflega notaðar og geymslurafhlöður fyrir litíum eru taldar nýjar rafhlöður. Rannsóknir hafa þó sýnt að þær bjóða upp á hærri orkuþéttleika og lengri líftíma, sem þýðir að þær henta betur fyrir langdrægar notkunarleiðir, mikla álags- og hraðakröfur.

Þrátt fyrir þessa kosti hafa vísindamenn ekki sýnt nein merki um sinnuleysi. Í gegnum árin hafa fjölmargar hönnunar- og rannsóknarhönnun beinst að því að bæta afköst litíum-geymslurafhlöðu til að bæta notkun þeirra í sjó. Þetta felur í sér nýjar efnablöndur fyrir rafskautin og breytt rafvökvaefni til að verjast eldsvoða og hitauppstreymi.

Val á litíum rafhlöðu

Það eru margir eiginleikar sem þarf að hafa í huga þegar litíum-rafhlöður eru valdar fyrir litíum-rafhlöðukerfi í sjóflutningum. Afkastageta er mikilvæg forskrift sem þarf að hafa í huga þegar rafhlaða er valin fyrir orkugeymslu í sjóflutningum. Hún ákvarðar hversu mikla orku hún getur geymt og þar af leiðandi magn vinnu sem hægt er að framleiða áður en hún er endurhlaðin. Þetta er grundvallarhönnunarbreyta í knúningsaðgerðum þar sem afkastageta ræður kílómetrafjölda eða vegalengd sem báturinn getur siglt. Í sjóflutningum, þar sem pláss er oft takmarkað, er mikilvægt að finna rafhlöðu með mikla orkuþéttleika. Rafhlöður með hærri orkuþéttleika eru þéttari og léttari, sem er sérstaklega mikilvægt á bátum þar sem pláss og þyngd eru af skornum skammti.

Spenna og straumgildi eru einnig mikilvægar forskriftir sem þarf að hafa í huga þegar litíum rafhlöður eru valdar fyrir orkugeymslukerfi í sjó. Þessar forskriftir ákvarða hversu hratt rafhlaðan getur hlaðist og tæmt, sem er mikilvægt fyrir notkun þar sem orkuþörf getur breyst hratt.

Það er mikilvægt að velja rafhlöðu sem er sérstaklega hönnuð fyrir notkun á sjó. Umhverfi á sjó er erfitt, þar sem það verður fyrir miklum áhrifum af saltvatni, raka og miklum hita. Geymslurafhlöður fyrir litíum sem eru hannaðar til notkunar á sjó eru yfirleitt vatnsheldar og tæringarþolnar, auk annarra eiginleika eins og titrings- og höggþols til að tryggja áreiðanlega afköst við krefjandi aðstæður.

Brunavarnir eru einnig mikilvægar. Í skipaumhverfi er takmarkað pláss fyrir rafhlöðugeymslu og útbreiðsla elds gæti leitt til losunar eitraðra gufa og kostnaðarsamra tjóna. Hægt er að grípa til uppsetningarráðstafana til að takmarka útbreiðsluna. RoyPow, kínverskt fyrirtæki sem framleiðir litíum-jón rafhlöður, er eitt dæmi þar sem innbyggðir örslökkvitæki eru settir í rafhlöðugrindina. Þessi slökkvitæki eru virkjuð annað hvort með rafmagnsmerki eða með því að brenna hitaleiðsluna. Þetta virkjar úðabrúsa sem brotnar niður kælivökvann efnafræðilega með oxunar-afoxunarviðbrögðum og dreifir honum til að slökkva eldinn fljótt áður en hann breiðist út. Þessi aðferð er tilvalin fyrir skjót inngrip og hentar vel fyrir notkun í þröngum rýmum eins og í skipaumhverfi með litíum-jón rafhlöðum.

Öryggi og kröfur

Notkun litíum-geymslurafhlöður í skipaumhverfi er að aukast, en öryggi verður að vera forgangsverkefni til að tryggja rétta hönnun og uppsetningu. Litíum-rafhlöður eru viðkvæmar fyrir hitaupphlaupi og eldhættu ef þær eru ekki meðhöndlaðar rétt, sérstaklega í erfiðu sjávarumhverfi með útsetningu fyrir saltvatni og miklum raka. Til að takast á við þessar áhyggjur hafa ISO-staðlar og reglugerðir verið settar. Einn af þessum stöðlum er ISO/TS 23625, sem veitir leiðbeiningar um val og uppsetningu litíum-rafhlöður í skipaumhverfi. Þessi staðall tilgreinir kröfur um hönnun, uppsetningu, viðhald og eftirlit með rafhlöðum til að tryggja endingu og örugga notkun rafhlöðunnar. Að auki veitir ISO 19848-1 leiðbeiningar um prófanir og afköst rafhlöðu, þar á meðal litíum-geymslurafhlöður, í skipaumhverfi.

ISO 26262 gegnir einnig mikilvægu hlutverki í virkniöryggi rafmagns- og rafeindakerfa í skipum, sem og öðrum ökutækjum. Þessi staðall kveður á um að rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) verði að vera hannað til að veita rekstraraðila sjónrænar eða hljóðrænar viðvaranir þegar rafhlaðan er að tæmast, ásamt öðrum öryggiskröfum. Þó að fylgni við ISO-staðla sé valfrjáls, stuðlar fylgni við þessar leiðbeiningar að öryggi, skilvirkni og endingu rafhlöðukerfa.

Yfirlit

Lithium-geymslur eru ört að ryðja sér til rúms sem ákjósanleg lausn til orkugeymslu fyrir notkun í sjóflutningum vegna mikillar orkuþéttleika þeirra og langs líftíma við krefjandi aðstæður. Þessar rafhlöður eru fjölhæfar og hægt er að nota þær í ýmsum notkunarsviðum á sjó, allt frá því að knýja rafmagnsbáta til að veita varaafl fyrir leiðsögukerfi. Ennfremur eykur stöðug þróun nýrra rafhlöðukerfa úrval mögulegra notkunarmöguleika, þar á meðal djúpsjávarkönnun og önnur krefjandi umhverfi. Gert er ráð fyrir að notkun litíum-geymslurafhlöða í sjávarútvegi muni draga úr losun gróðurhúsalofttegunda og gjörbylta flutningum og flutningum.