התקדמות בטכנולוגיית סוללות למערכות אחסון אנרגיה ימיות

הַקדָמָה

ככל שהעולם עובר לפתרונות אנרגיה ירוקים יותר, סוללות ליתיום זוכות לתשומת לב גוברת. בעוד שרכבים חשמליים נמצאים באור הזרקורים כבר למעלה מעשור, הפוטנציאל של מערכות אחסון אנרגיה חשמלית בסביבות ימיות הוזנח. עם זאת, חלה עלייה במחקר המתמקד באופטימיזציה של השימוש בסוללות ליתיום אחסון ופרוטוקולי טעינה עבור יישומי סירות שונים. סוללות ליתיום-יון פוספט במחזור עמוק במקרה זה הן אטרקטיביות במיוחד בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן, יציבותן הכימית הטובה וחיי המחזור הממושכים שלהן תחת הדרישות המחמירות של מערכות הנעה ימיות.

ככל שהתקנת סוללות ליתיום אגורות צוברת תאוצה, כך גם יישום התקנות להבטחת בטיחות. תקן ISO/TS 23625 הוא אחד התקני התקנות הללו המתמקד בבחירת סוללות, התקנה ובטיחות. חשוב לציין כי בטיחות היא בעלת חשיבות עליונה בכל הנוגע לשימוש בסוללות ליתיום, במיוחד בכל הנוגע לסכנות שריפה.

מערכות אחסון אנרגיה ימיות

מערכות אגירת אנרגיה ימית הופכות לפתרון פופולרי יותר ויותר בתעשייה הימית, ככל שהעולם מתקדם לעבר עתיד בר-קיימא וידידותי לסביבה. כפי שהשם מרמז, מערכות אלו נועדו לאגור אנרגיה בסביבה ימית וניתן להשתמש בהן למגוון מטרות, החל מהנעת ספינות וסירות ועד לספק גיבוי חשמל במקרה חירום.

הסוג הנפוץ ביותר של מערכת אחסון אנרגיה ימית הוא סוללת ליתיום-יון, בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלה, אמינותה ובטיחותה. ניתן גם להתאים סוללות ליתיום-יון כדי לענות על דרישות ההספק הספציפיות של יישומים ימיים שונים.

אחד היתרונות המרכזיים של מערכות אגירת אנרגיה ימית הוא יכולתן להחליף גנרטורים של דיזל. באמצעות שימוש בסוללות ליתיום-יון, מערכות אלו יכולות להציע מקור כוח אמין ובר-קיימא למגוון יישומים. זה כולל כוח עזר, תאורה וצרכים חשמליים אחרים על סיפון ספינה או כלי שיט. בנוסף ליישומים אלו, מערכות אגירת אנרגיה ימית יכולות לשמש גם להפעלת מערכות הנעה חשמליות, מה שהופך אותן לחלופה בת קיימא למנועי דיזל קונבנציונליים. הן מתאימות במיוחד לכלי שיט קטנים יותר הפועלים באזור מוגבל יחסית.

בסך הכל, מערכות אחסון אנרגיה ימית הן מרכיב מפתח במעבר לעתיד בר-קיימא וידידותי לסביבה יותר בתעשייה הימית.

יתרונות של סוללות ליתיום

אחד היתרונות הבולטים ביותר של שימוש בסוללות ליתיום אגורות בהשוואה לגנרטור דיזל הוא היעדר פליטות גזי חממה רעילים. אם הסוללות נטענות באמצעות מקורות נקיים כמו פאנלים סולאריים או טורבינות רוח, הן יכולות להוות אנרגיה נקייה ב-100%. הן גם פחות יקרות מבחינת תחזוקה עם פחות רכיבים. הן מייצרות הרבה פחות רעש, מה שהופך אותן לאידיאליות למצבי עגינה ליד אזורים מגורים או מאוכלסים.

סוללות ליתיום אגורות אינן סוג הסוללות היחיד שניתן להשתמש בהן. למעשה, ניתן לחלק מערכות סוללות ימיות לסוללות ראשוניות (שלא ניתן לטעון אותן מחדש) וסוללות משניות (שניתן לטעון אותן מחדש באופן רציף). האחרונה מועילה יותר מבחינה כלכלית ביישום ארוך טווח, גם כאשר לוקחים בחשבון ירידה בקיבולת. בתחילה נעשה שימוש בסוללות עופרת-חומצה, וסוללות ליתיום אגורות נחשבות לסוללות חדשות. עם זאת, מחקרים הראו שהן מספקות צפיפויות אנרגיה גבוהות יותר וחיים ארוכים יותר, כלומר הן מתאימות יותר ליישומים ארוכי טווח, עומס גבוה ומהירות גבוהה.

למרות יתרונות אלה, חוקרים לא הראו סימני שאננות. במהלך השנים, עיצובים ומחקרים רבים התמקדו בשיפור ביצועי סוללות ליתיום אגורות כדי לשפר את היישום הימי שלהן. זה כולל תערובות כימיות חדשות לאלקטרודות ואלקטרוליטים שעברו שינוי על מנת להגן מפני שריפות ופריצות תרמיות.

בחירת סוללת ליתיום

ישנם מספר מאפיינים שיש לקחת בחשבון בעת בחירת סוללות ליתיום לאגירת אנרגיה ימית. קיבולת היא מפרט קריטי שיש לקחת בחשבון בעת בחירת סוללה לאגירת אנרגיה ימית. היא קובעת כמה אנרגיה היא יכולה לאגור וכתוצאה מכך, את כמות העבודה שניתן לייצר לפני טעינתה מחדש. זהו פרמטר עיצוב בסיסי ביישומי הנעה שבהם הקיבולת מכתיבה את הקילומטראז' או המרחק שהסירה יכולה לשוט. בהקשר ימי, שבו המקום מוגבל לעתים קרובות, חשוב למצוא סוללה עם צפיפות אנרגיה גבוהה. סוללות בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה יותר הן קומפקטיות וקלות משקל יותר, דבר שחשוב במיוחד בסירות שבהן המקום והמשקל הם בעלי חשיבות עליונה.

דירוגי מתח וזרם הם גם מפרטים חשובים שיש לקחת בחשבון בעת בחירת סוללות ליתיום לאחסון אנרגיה ימית. מפרטים אלה קובעים את מהירות טעינתם ופריקה של הסוללה, דבר שחשוב עבור יישומים בהם דרישות החשמל יכולות להשתנות במהירות.

חשוב לבחור סוללה שתוכננה במיוחד לשימוש ימי. סביבות ימיות הן קשות, עם חשיפה למים מלוחים, לחות וטמפרטורות קיצוניות. סוללות ליתיום אחסון המיועדות לשימוש ימי יציעו בדרך כלל עמידות בפני מים וקורוזיה, כמו גם תכונות אחרות כגון עמידות בפני רעידות ועמידות בפני זעזועים כדי להבטיח ביצועים אמינים בתנאים מאתגרים.

בטיחות אש היא גם קריטית. ביישומים ימיים, יש כמות מוגבלת של מקום לאחסון סוללות וכל התפשטות אש עלולה להוביל לשחרור אדים רעילים ולנזקים יקרים. ניתן לנקוט באמצעי התקנה כדי להגביל את ההתפשטות. RoyPow, חברה סינית לייצור סוללות ליתיום-יון, היא דוגמה אחת שבה מטפים מיקרו מובנים ממוקמים במסגרת חבילת הסוללות. מטפים אלה מופעלים על ידי אות חשמלי או על ידי שריפת קו תרמי. פעולה זו תפעיל מחולל אירוסול שמפרק כימית את נוזל הקירור באמצעות תגובת חמצון-חיזור ומפזר אותו כדי לכבות את האש במהירות לפני שהיא מתפשטת. שיטה זו אידיאלית להתערבויות מהירות, ומתאימה היטב ליישומים במקומות צרים כמו סוללות ליתיום לאחסון ימיות.

בטיחות ודרישות

השימוש בסוללות ליתיום אחסון עבור יישומים ימיים נמצא במגמת עלייה, אך בטיחות חייבת להיות בראש סדר העדיפויות כדי להבטיח תכנון והתקנה נכונים. סוללות ליתיום פגיעות לדליפות תרמיות ולסכנות אש אם לא מטופלות כראוי, במיוחד בסביבה ימית קשה עם חשיפה למי מלח ולחות גבוהה. כדי לטפל בחששות אלה, נקבעו תקני ותקנות ISO. אחד התקנים הללו הוא ISO/TS 23625, המספק הנחיות לבחירה והתקנה של סוללות ליתיום ביישומים ימיים. תקן זה מציין את דרישות התכנון, ההתקנה, התחזוקה והניטור של הסוללה כדי להבטיח את עמידות הסוללה ותפעולה בטוחה. בנוסף, ISO 19848-1 מספק הנחיות לגבי בדיקה וביצועים של סוללות, כולל סוללות ליתיום אחסון, ביישומים ימיים.

לתקן ISO 26262 תפקיד משמעותי גם בבטיחות התפקודית של מערכות חשמליות ואלקטרוניות בכלי שיט ימיים, כמו גם בכלי רכב אחרים. תקן זה קובע כי מערכת ניהול הסוללות (BMS) חייבת להיות מתוכננת לספק אזהרות חזותיות או קוליות למפעיל כאשר הסוללה עומדת להתרוקן, בין היתר דרישות בטיחות. בעוד שההקפדה על תקני ISO היא התנדבותית, עמידה בהנחיות אלו מקדמת בטיחות, יעילות ואריכות ימים של מערכות הסוללות.

תַקצִיר

סוללות ליתיום אגורות הופכות במהירות לפתרון אגירת אנרגיה מועדף עבור יישומים ימיים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן ותוחלת החיים הממושכת שלהן בתנאים תובעניים. סוללות אלו הן רב-תכליתיות וניתן להשתמש בהן עבור מגוון יישומים ימיים, החל מהפעלת סירות חשמליות ועד לספק גיבוי למערכות ניווט. יתר על כן, הפיתוח המתמשך של מערכות סוללות חדשות מרחיב את מגוון היישומים האפשריים וכולל חקר ים עמוק וסביבות מאתגרות אחרות. אימוץ סוללות ליתיום אגורות בתעשייה הימית צפוי להפחית את פליטות גזי החממה ולחולל מהפכה בלוגיסטיקה ובתחבורה.