Avanços na tecnologia de baterias para sistemas de armazenamento de energia marinha

Prefácio

Com a transição global para soluções energéticas mais sustentáveis, as baterias de lítio têm recebido crescente atenção. Embora os veículos elétricos estejam em destaque há mais de uma década, o potencial dos sistemas de armazenamento de energia elétrica em ambientes marítimos tem sido negligenciado. No entanto, houve um aumento significativo nas pesquisas focadas na otimização do uso de baterias de lítio e nos protocolos de carregamento para diferentes aplicações em embarcações. As baterias de íon-lítio de ciclo profundo, neste caso, são particularmente atraentes devido à sua alta densidade de energia, boa estabilidade química e longa vida útil, mesmo sob as rigorosas exigências dos sistemas de propulsão marítima.

Com o aumento da instalação de baterias de lítio para armazenamento de energia, cresce também a implementação de regulamentações para garantir a segurança. A norma ISO/TS 23625 é uma dessas regulamentações, que se concentra na seleção, instalação e segurança das baterias. É crucial ressaltar que a segurança é primordial quando se trata do uso de baterias de lítio, principalmente em relação aos riscos de incêndio.

sistemas de armazenamento de energia marinha

Os sistemas de armazenamento de energia marinha estão se tornando uma solução cada vez mais popular na indústria naval, à medida que o mundo caminha para um futuro mais sustentável e ecológico. Como o nome sugere, esses sistemas são projetados para armazenar energia em ambiente marinho e podem ser usados para diversas finalidades, desde a propulsão de navios e barcos até o fornecimento de energia de reserva em caso de emergência.

O tipo mais comum de sistema de armazenamento de energia marítima é a bateria de íon-lítio, devido à sua alta densidade energética, confiabilidade e segurança. As baterias de íon-lítio também podem ser personalizadas para atender aos requisitos específicos de energia de diferentes aplicações marítimas.

Um dos principais benefícios dos sistemas de armazenamento de energia marítima é a sua capacidade de substituir geradores a diesel. Ao utilizar baterias de íon-lítio, esses sistemas podem oferecer uma fonte de energia confiável e sustentável para diversas aplicações. Isso inclui energia auxiliar, iluminação e outras necessidades elétricas a bordo de navios ou embarcações. Além dessas aplicações, os sistemas de armazenamento de energia marítima também podem ser usados para alimentar sistemas de propulsão elétrica, tornando-os uma alternativa viável aos motores a diesel convencionais. Eles são particularmente adequados para embarcações menores que operam em áreas relativamente limitadas.

De forma geral, os sistemas de armazenamento de energia marinha são um componente fundamental na transição para um futuro mais sustentável e ecológico na indústria marítima.

Vantagens das baterias de lítio

Uma das vantagens mais evidentes do uso de baterias de lítio para armazenamento de energia, em comparação com geradores a diesel, é a ausência de emissões tóxicas e de gases de efeito estufa. Se as baterias forem carregadas utilizando fontes limpas, como painéis solares ou turbinas eólicas, isso pode constituir uma fonte de energia 100% limpa. Elas também são menos dispendiosas em termos de manutenção, com menos componentes. Além disso, produzem muito menos ruído, o que as torna ideais para atracação em áreas residenciais ou povoadas.

As baterias de lítio para armazenamento não são o único tipo de bateria que pode ser usado. Na verdade, os sistemas de baterias marítimas podem ser divididos em baterias primárias (que não podem ser recarregadas) e baterias secundárias (que podem ser recarregadas continuamente). Estas últimas são mais vantajosas economicamente em aplicações de longo prazo, mesmo considerando a degradação da capacidade. As baterias de chumbo-ácido foram inicialmente utilizadas, e as baterias de lítio para armazenamento são consideradas baterias emergentes. No entanto, pesquisas têm demonstrado que elas oferecem densidades de energia mais elevadas e vida útil prolongada, o que significa que são mais adequadas para aplicações de longo alcance e demandas de alta carga e alta velocidade.

Apesar dessas vantagens, os pesquisadores não demonstraram qualquer sinal de complacência. Ao longo dos anos, inúmeros projetos e estudos têm se concentrado em aprimorar o desempenho das baterias de lítio para melhorar sua aplicação marítima. Isso inclui novas misturas químicas para os eletrodos e eletrólitos modificados para evitar incêndios e fuga térmica.

Seleção de bateria de lítio

Existem diversas características a serem consideradas ao selecionar baterias de lítio para um sistema de armazenamento de energia em embarcações. A capacidade é uma especificação crítica na escolha de baterias para armazenamento de energia marítima. Ela determina quanta energia a bateria pode armazenar e, consequentemente, a quantidade de trabalho que pode ser produzida antes de precisar ser recarregada. Este é um parâmetro fundamental de projeto em aplicações de propulsão, onde a capacidade determina a autonomia ou a distância que a embarcação pode percorrer. Em um contexto marítimo, onde o espaço é frequentemente limitado, é importante encontrar uma bateria com alta densidade de energia. Baterias com maior densidade de energia são mais compactas e leves, o que é particularmente importante em embarcações onde espaço e peso são fatores críticos.

As especificações de tensão e corrente também são importantes a serem consideradas na seleção de baterias de lítio para sistemas de armazenamento de energia marítima. Essas especificações determinam a rapidez com que a bateria pode carregar e descarregar, o que é importante para aplicações em que a demanda de energia pode variar rapidamente.

É importante escolher uma bateria projetada especificamente para uso marítimo. Os ambientes marinhos são agressivos, com exposição à água salgada, umidade e temperaturas extremas. As baterias de lítio para armazenamento de energia projetadas para uso marítimo geralmente apresentam resistência à água e à corrosão, além de outras características como resistência à vibração e a choques, para garantir um desempenho confiável em condições adversas.

A segurança contra incêndios também é crucial. Em aplicações marítimas, o espaço para armazenamento de baterias é limitado e qualquer propagação de incêndio pode levar à liberação de gases tóxicos e danos dispendiosos. Medidas de instalação podem ser tomadas para limitar a propagação. A RoyPow, uma empresa chinesa fabricante de baterias de íon-lítio, é um exemplo de empresa que utiliza microextintores embutidos na estrutura do conjunto de baterias. Esses extintores são ativados por um sinal elétrico ou pela queima da linha térmica. Isso ativa um gerador de aerossol que decompõe quimicamente o fluido refrigerante por meio de uma reação redox e o espalha para extinguir o fogo rapidamente antes que ele se alastre. Esse método é ideal para intervenções rápidas, sendo muito adequado para aplicações em espaços confinados, como baterias de lítio para armazenamento em embarcações.

Segurança e requisitos

O uso de baterias de lítio para armazenamento em aplicações marítimas está em ascensão, mas a segurança deve ser prioridade máxima para garantir o projeto e a instalação adequados. As baterias de lítio são vulneráveis a fuga térmica e incêndios se não forem manuseadas corretamente, principalmente no ambiente marítimo adverso, com exposição à água salgada e alta umidade. Para abordar essas preocupações, foram estabelecidas normas e regulamentações ISO. Uma dessas normas é a ISO/TS 23625, que fornece diretrizes para a seleção e instalação de baterias de lítio em aplicações marítimas. Essa norma especifica os requisitos de projeto, instalação, manutenção e monitoramento da bateria para garantir sua durabilidade e operação segura. Além disso, a ISO 19848-1 fornece orientações sobre os testes e o desempenho de baterias, incluindo baterias de lítio para armazenamento, em aplicações marítimas.

A norma ISO 26262 também desempenha um papel significativo na segurança funcional de sistemas elétricos e eletrônicos em embarcações marítimas, bem como em outros veículos. Esta norma exige que o sistema de gerenciamento de baterias (BMS) seja projetado para fornecer avisos visuais ou sonoros ao operador quando a bateria estiver com pouca carga, entre outros requisitos de segurança. Embora a adesão às normas ISO seja voluntária, o cumprimento dessas diretrizes promove a segurança, a eficiência e a longevidade dos sistemas de baterias.

Resumo

As baterias de lítio para armazenamento estão se consolidando rapidamente como a solução preferencial para armazenamento de energia em aplicações marítimas, devido à sua alta densidade energética e longa vida útil em condições extremas. Essas baterias são versáteis e podem ser utilizadas em diversas aplicações marítimas, desde o fornecimento de energia para embarcações elétricas até a alimentação de sistemas de navegação. Além disso, o desenvolvimento contínuo de novos sistemas de baterias está expandindo o leque de aplicações possíveis, incluindo a exploração em águas profundas e outros ambientes desafiadores. A adoção de baterias de lítio para armazenamento na indústria marítima deverá reduzir as emissões de gases de efeito estufa e revolucionar a logística e o transporte.