Postęp w technologii akumulatorów do morskich systemów magazynowania energii

Przedmowa

Wraz ze światowym zwrotem w kierunku bardziej ekologicznych rozwiązań energetycznych, akumulatory litowe zyskują coraz większą uwagę. Podczas gdy pojazdy elektryczne od ponad dekady znajdują się w centrum uwagi, potencjał systemów magazynowania energii elektrycznej w środowisku morskim jest pomijany. Odnotowano jednak gwałtowny wzrost badań nad optymalizacją użytkowania akumulatorów litowo-jonowych i protokołów ładowania dla różnych zastosowań na łodziach. Akumulatory litowo-jonowo-fosforanowe o głębokim cyklu rozładowania są w tym przypadku szczególnie atrakcyjne ze względu na wysoką gęstość energetyczną, dobrą stabilność chemiczną i wydłużoną żywotność w rygorystycznych wymaganiach morskich systemów napędowych.

Wraz z rosnącą popularnością instalacji akumulatorów litowo-jonowych, rośnie również liczba przepisów zapewniających bezpieczeństwo. Norma ISO/TS 23625 koncentruje się na doborze, instalacji i bezpieczeństwie akumulatorów. Należy pamiętać, że bezpieczeństwo jest najważniejsze w przypadku użytkowania akumulatorów litowych, szczególnie w kontekście zagrożeń pożarowych.

Morskie systemy magazynowania energii

Morskie systemy magazynowania energii stają się coraz bardziej popularnym rozwiązaniem w branży morskiej, ponieważ świat dąży do bardziej zrównoważonej i ekologicznej przyszłości. Jak sama nazwa wskazuje, systemy te zostały zaprojektowane do magazynowania energii w środowisku morskim i mogą być wykorzystywane do różnych celów, od napędzania statków i łodzi po zapewnianie zasilania awaryjnego w sytuacjach awaryjnych.

Najpopularniejszym rodzajem morskiego systemu magazynowania energii jest akumulator litowo-jonowy, ze względu na wysoką gęstość energii, niezawodność i bezpieczeństwo. Akumulatory litowo-jonowe można również dostosować do specyficznych wymagań energetycznych różnych zastosowań morskich.

Jedną z kluczowych zalet morskich systemów magazynowania energii jest ich zdolność do zastąpienia generatorów diesla. Dzięki wykorzystaniu akumulatorów litowo-jonowych, systemy te mogą stanowić niezawodne i zrównoważone źródło energii dla różnorodnych zastosowań. Obejmuje to zasilanie pomocnicze, oświetlenie i inne potrzeby elektryczne na pokładzie statku lub jednostki pływającej. Oprócz tych zastosowań, morskie systemy magazynowania energii mogą być również wykorzystywane do zasilania elektrycznych układów napędowych, co czyni je realną alternatywą dla konwencjonalnych silników diesla. Są one szczególnie odpowiednie dla mniejszych jednostek pływających na stosunkowo ograniczonym obszarze.

Ogólnie rzecz biorąc, morskie systemy magazynowania energii stanowią kluczowy element transformacji przemysłu morskiego w kierunku bardziej zrównoważonej i przyjaznej dla środowiska przyszłości.

Zalety baterii litowych

Jedną z najbardziej oczywistych zalet stosowania akumulatorów litowo-jonowych w porównaniu z generatorami diesla jest brak emisji toksycznych substancji i gazów cieplarnianych. Ładowanie akumulatorów z czystych źródeł, takich jak panele słoneczne lub turbiny wiatrowe, może zapewnić w 100% czystą energię. Są one również tańsze w utrzymaniu i wymagają mniejszej liczby komponentów. Generują znacznie mniej hałasu, co czyni je idealnymi do cumowania w pobliżu obszarów mieszkalnych i zaludnionych.

Akumulatory litowo-jonowe to nie jedyny rodzaj akumulatorów, które można stosować. W rzeczywistości systemy akumulatorów morskich można podzielić na akumulatory pierwotne (których nie można ładować) i akumulatory wtórne (które można ładować w sposób ciągły). Te drugie są bardziej ekonomiczne w zastosowaniach długoterminowych, nawet biorąc pod uwagę spadek pojemności. Początkowo stosowano akumulatory kwasowo-ołowiowe, a akumulatory litowo-jonowe są uważane za nowe rodzaje akumulatorów. Badania wykazały jednak, że zapewniają one wyższą gęstość energii i dłuższą żywotność, co oznacza, że lepiej nadają się do zastosowań dalekiego zasięgu oraz wymagających dużego obciążenia i dużej prędkości.

Pomimo tych zalet, naukowcy nie popadają w samozadowolenie. Przez lata liczne projekty i badania koncentrowały się na poprawie wydajności akumulatorów litowo-jonowych, aby usprawnić ich zastosowanie w transporcie morskim. Obejmowały one nowe mieszanki chemiczne elektrod i modyfikowane elektrolity, chroniące przed pożarami i niekontrolowanym wzrostem temperatury.

Wybór baterii litowej

Przy wyborze akumulatorów litowo-jonowych do morskiego systemu magazynowania energii należy wziąć pod uwagę wiele cech. Pojemność to kluczowy parametr, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze akumulatora do morskiego magazynowania energii. Określa ona, ile energii akumulator może zmagazynować, a co za tym idzie, ile pracy można wykonać przed ponownym naładowaniem. Jest to fundamentalny parametr projektowy w zastosowaniach napędowych, gdzie pojemność dyktuje przebieg lub dystans, jaki może pokonać łódź. W zastosowaniach morskich, gdzie przestrzeń jest często ograniczona, ważne jest znalezienie akumulatora o wysokiej gęstości energii. Akumulatory o wyższej gęstości energii są bardziej kompaktowe i lekkie, co jest szczególnie ważne na łodziach, gdzie przestrzeń i masa są kluczowe.

Parametry napięcia i prądu to również ważne parametry, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze akumulatorów litowo-jonowych do morskich systemów magazynowania energii. Parametry te określają, jak szybko akumulator może się ładować i rozładowywać, co jest istotne w przypadku zastosowań, w których zapotrzebowanie na energię może się szybko zmieniać.

Ważne jest, aby wybrać akumulator zaprojektowany specjalnie do użytku morskiego. Środowiska morskie są trudne, narażone na działanie słonej wody, wilgoci i ekstremalnych temperatur. Akumulatory litowe przeznaczone do użytku morskiego zazwyczaj charakteryzują się wodoodpornością i odpornością na korozję, a także innymi cechami, takimi jak odporność na wibracje i wstrząsy, co zapewnia niezawodną pracę w trudnych warunkach.

Bezpieczeństwo przeciwpożarowe jest również kluczowe. W zastosowaniach morskich przestrzeń do przechowywania akumulatorów jest ograniczona, a rozprzestrzenianie się ognia może prowadzić do uwolnienia toksycznych oparów i kosztownych szkód. Można podjąć środki instalacyjne, aby ograniczyć rozprzestrzenianie się ognia. RoyPow, chińska firma produkująca akumulatory litowo-jonowe, to jeden z przykładów, w którym wbudowane mikrogaśnice są umieszczane w ramie akumulatora. Gaśnice te są aktywowane za pomocą sygnału elektrycznego lub poprzez przepalenie przewodu termicznego. Powoduje to aktywację generatora aerozolu, który chemicznie rozkłada chłodziwo w reakcji redoks i rozprzestrzenia je, szybko gasząc pożar, zanim zdąży się rozprzestrzenić. Ta metoda jest idealna do szybkich interwencji i dobrze sprawdza się w zastosowaniach w ciasnych przestrzeniach, takich jak przechowywanie akumulatorów litowych w środowisku morskim.

Bezpieczeństwo i wymagania

Zastosowanie akumulatorów litowo-jonowych w zastosowaniach morskich stale rośnie, ale bezpieczeństwo musi być priorytetem, aby zapewnić ich prawidłowe projektowanie i instalację. Akumulatory litowe są narażone na niekontrolowany wzrost temperatury i pożar, jeśli nie są prawidłowo użytkowane, szczególnie w trudnych warunkach morskich, z narażeniem na słoną wodę i wysoką wilgotnością. Aby rozwiązać te problemy, opracowano normy i przepisy ISO. Jedną z nich jest ISO/TS 23625, która zawiera wytyczne dotyczące doboru i instalacji akumulatorów litowych w zastosowaniach morskich. Norma ta określa wymagania dotyczące konstrukcji, instalacji, konserwacji i monitorowania akumulatorów, aby zapewnić ich trwałość i bezpieczną eksploatację. Ponadto norma ISO 19848-1 zawiera wytyczne dotyczące testowania i wydajności akumulatorów, w tym akumulatorów litowo-jonowych, w zastosowaniach morskich.

Norma ISO 26262 odgrywa również istotną rolę w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego systemów elektrycznych i elektronicznych na statkach morskich, a także w innych pojazdach. Norma ta nakłada, między innymi, obowiązek zaprojektowania systemu zarządzania akumulatorem (BMS) w taki sposób, aby zapewniał operatorowi wizualne lub dźwiękowe ostrzeżenia o niskim poziomie naładowania akumulatora. Chociaż przestrzeganie norm ISO jest dobrowolne, przestrzeganie tych wytycznych sprzyja bezpieczeństwu, wydajności i trwałości systemów akumulatorowych.

Streszczenie

Akumulatory litowo-jonowe szybko zyskują na popularności jako preferowane rozwiązanie do magazynowania energii w zastosowaniach morskich ze względu na wysoką gęstość energii i wydłużoną żywotność w wymagających warunkach. Akumulatory te są wszechstronne i mogą być wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań morskich, od zasilania łodzi elektrycznych po zasilanie awaryjne systemów nawigacyjnych. Ponadto, ciągły rozwój nowych systemów akumulatorowych poszerza zakres możliwych zastosowań, obejmując eksplorację głębin morskich i inne trudne warunki. Oczekuje się, że wprowadzenie akumulatorów litowo-jonowych w przemyśle morskim zmniejszy emisję gazów cieplarnianych oraz zrewolucjonizuje logistykę i transport.