Progrese în tehnologia bateriilor pentru sistemele de stocare a energiei marine

Prefaţă

Pe măsură ce lumea se îndreaptă către soluții energetice mai ecologice, bateriile cu litiu au câștigat o atenție sporită. În timp ce vehiculele electrice au fost în centrul atenției timp de peste un deceniu, potențialul sistemelor de stocare a energiei electrice în mediile marine a fost trecut cu vederea. Cu toate acestea, a existat o creștere a cercetărilor axate pe optimizarea utilizării bateriilor cu litiu și a protocoalelor de încărcare pentru diferite aplicații nautice. Bateriile cu ciclu profund litiu-ion fosfat sunt, în acest caz, deosebit de atractive datorită densităților lor energetice ridicate, stabilității chimice bune și duratei de viață prelungite în condițiile cerințelor stricte ale sistemelor de propulsie marină.

Pe măsură ce instalarea bateriilor de stocare cu litiu prinde avânt, la fel crește și implementarea reglementărilor pentru asigurarea siguranței. ISO/TS 23625 este o astfel de reglementare care se concentrează pe selecția, instalarea și siguranța bateriilor. Este esențial de reținut că siguranța este primordială atunci când vine vorba de utilizarea bateriilor cu litiu, în special în ceea ce privește riscurile de incendiu.

Sisteme de stocare a energiei marine

Sistemele de stocare a energiei marine devin o soluție din ce în ce mai populară în industria maritimă, pe măsură ce lumea se îndreaptă către un viitor mai sustenabil și mai ecologic. După cum sugerează și numele, aceste sisteme sunt concepute pentru a stoca energie într-un mediu marin și pot fi utilizate într-o varietate de scopuri, de la propulsarea navelor și ambarcațiunilor până la furnizarea de energie de rezervă în caz de urgență.

Cel mai comun tip de sistem de stocare a energiei marine este o baterie litiu-ion, datorită densității sale energetice ridicate, fiabilității și siguranței. Bateriile litiu-ion pot fi, de asemenea, adaptate pentru a satisface cerințele specifice de putere ale diferitelor aplicații marine.

Unul dintre avantajele cheie ale sistemelor de stocare a energiei marine este capacitatea lor de a înlocui generatoarele diesel. Prin utilizarea bateriilor litiu-ion, aceste sisteme pot oferi o sursă de energie fiabilă și sustenabilă pentru o varietate de aplicații. Aceasta include energie auxiliară, iluminat și alte nevoi electrice la bordul unei nave sau nave. Pe lângă aceste aplicații, sistemele de stocare a energiei marine pot fi utilizate și pentru alimentarea sistemelor de propulsie electrică, ceea ce le face o alternativă viabilă la motoarele diesel convenționale. Acestea sunt potrivite în special pentru navele mai mici care operează într-o zonă relativ limitată.

Per ansamblu, sistemele de stocare a energiei marine sunt o componentă cheie a tranziției către un viitor mai sustenabil și mai ecologic în industria marină.

Avantajele bateriilor cu litiu

Unul dintre cele mai evidente avantaje ale utilizării bateriilor de litiu în comparație cu generatoarele diesel este lipsa emisiilor de gaze toxice și cu efect de seră. Dacă bateriile sunt încărcate folosind surse curate, cum ar fi panouri solare sau turbine eoliene, acestea ar putea constitui o energie 100% curată. De asemenea, sunt mai puțin costisitoare din punct de vedere al întreținerii, având mai puține componente. Produc mult mai puțin zgomot, ceea ce le face ideale pentru situații de andocare în apropierea zonelor rezidențiale sau populate.

Bateriile de stocare cu litiu nu sunt singurul tip de baterii care pot fi utilizate. De fapt, sistemele de baterii marine pot fi împărțite în baterii primare (care nu pot fi reîncărcate) și baterii secundare (care pot fi reîncărcate continuu). Acestea din urmă sunt mai benefice din punct de vedere economic într-o aplicație pe termen lung, chiar și atunci când se ia în considerare degradarea capacității. Inițial s-au folosit baterii cu plumb, iar bateriile de stocare cu litiu sunt considerate baterii nou apărute. Cu toate acestea, cercetările au arătat că acestea oferă densități energetice mai mari și o durată de viață prelungită, ceea ce înseamnă că sunt mai potrivite pentru aplicații pe rază lungă de acțiune și pentru cerințe de sarcină mare și viteză mare.

Indiferent de aceste avantaje, cercetătorii nu au dat semne de automulțumire. De-a lungul anilor, numeroase proiecte și studii s-au concentrat pe îmbunătățirea performanței bateriilor de litiu pentru a le îmbunătăți aplicațiile marine. Aceasta include noi amestecuri chimice pentru electrozi și electroliți modificați pentru a proteja împotriva incendiilor și a fluctuațiilor termice.

Selecția bateriei cu litiu

Există mai multe caracteristici de luat în considerare atunci când se selectează baterii litiu pentru un sistem marin de stocare a energiei. Capacitatea este o specificație critică de luat în considerare atunci când se selectează o baterie pentru stocarea energiei marine. Aceasta determină câtă energie poate stoca și, ulterior, cantitatea de lucru mecanic care poate fi produsă înainte de reîncărcare. Acesta este un parametru fundamental de proiectare în aplicațiile de propulsie, unde capacitatea dictează kilometrajul sau distanța pe care o poate parcurge barca. Într-un context marin, unde spațiul este adesea limitat, este important să se găsească o baterie cu o densitate mare de energie. Bateriile cu densitate mai mare de energie sunt mai compacte și mai ușoare, ceea ce este deosebit de important la ambarcațiunile unde spațiul și greutatea sunt prețioase.

Tensiunile și curentul nominal sunt, de asemenea, specificații importante de luat în considerare la selectarea bateriilor de litiu pentru sistemele de stocare a energiei marine. Aceste specificații determină cât de repede se poate încărca și descărca bateria, ceea ce este important pentru aplicațiile în care cerințele de putere pot varia rapid.

Este important să alegeți o baterie concepută special pentru utilizare marină. Mediile marine sunt dure, cu expunere la apă sărată, umiditate și temperaturi extreme. Bateriile cu litiu de stocare concepute pentru utilizare marină vor avea de obicei rezistență la impermeabilitate și coroziune, precum și alte caracteristici, cum ar fi rezistența la vibrații și la șocuri, pentru a asigura performanțe fiabile în condiții dificile.

Siguranța la incendiu este, de asemenea, crucială. În aplicațiile marine, există un spațiu limitat pentru depozitarea bateriilor, iar orice răspândire a incendiului ar putea duce la eliberarea de vapori toxici și la daune costisitoare. Se pot lua măsuri de instalare pentru a limita răspândirea. RoyPow, o companie chineză producătoare de baterii litiu-ion, este un exemplu în care micro-stingătoare încorporate sunt plasate în cadrul pachetului de baterii. Aceste stingătoare sunt activate fie printr-un semnal electric, fie prin arderea liniei termice. Aceasta va activa un generator de aerosoli care descompune chimic agentul de răcire printr-o reacție redox și îl răspândește pentru a stinge rapid incendiul înainte ca acesta să se răspândească. Această metodă este ideală pentru intervenții rapide, fiind potrivită pentru aplicații în spații înguste, cum ar fi bateriile marine de litiu pentru depozitare.

Siguranță și cerințe

Utilizarea bateriilor de litiu pentru aplicații marine este în creștere, dar siguranța trebuie să fie o prioritate absolută pentru a asigura o proiectare și o instalare corectă. Bateriile cu litiu sunt vulnerabile la fluctuații termice și pericole de incendiu dacă nu sunt manipulate corect, în special în mediul marin dur, cu expunere la apă sărată și umiditate ridicată. Pentru a aborda aceste preocupări, au fost stabilite standarde și reglementări ISO. Unul dintre aceste standarde este ISO/TS 23625, care oferă îndrumări pentru selectarea și instalarea bateriilor cu litiu în aplicații marine. Acest standard specifică cerințele de proiectare, instalare, întreținere și monitorizare a bateriilor pentru a asigura durabilitatea și funcționarea în siguranță a bateriei. În plus, ISO 19848-1 oferă îndrumări privind testarea și performanța bateriilor, inclusiv a bateriilor de litiu pentru stocare, în aplicații marine.

ISO 26262 joacă, de asemenea, un rol semnificativ în siguranța funcțională a sistemelor electrice și electronice din cadrul navelor maritime, precum și al altor vehicule. Acest standard prevede că sistemul de gestionare a bateriei (BMS) trebuie să fie proiectat pentru a oferi avertismente vizuale sau sonore operatorului atunci când bateria are un nivel scăzut de energie, printre alte cerințe de siguranță. Deși respectarea standardelor ISO este voluntară, respectarea acestor linii directoare promovează siguranța, eficiența și longevitatea sistemelor de baterii.

Rezumat

Bateriile de stocare cu litiu se impun rapid ca soluție preferată de stocare a energiei pentru aplicațiile marine datorită densității lor energetice ridicate și duratei de viață extinse în condiții solicitante. Aceste baterii sunt versatile și pot fi utilizate pentru o gamă largă de aplicații marine, de la alimentarea ambarcațiunilor electrice până la furnizarea de energie de rezervă pentru sistemele de navigație. În plus, dezvoltarea continuă a unor noi sisteme de baterii extinde gama de aplicații posibile pentru a include explorarea în adâncuri și alte medii dificile. Se așteaptă ca adoptarea bateriilor de stocare cu litiu în industria marină să reducă emisiile de gaze cu efect de seră și să revoluționeze logistica și transportul.