Достижения в области аккумуляторных технологий для морских систем хранения энергии

Предисловие

По мере того, как мир переходит к более экологичным энергетическим решениям, литиевые аккумуляторы привлекают всё большее внимание. Хотя электромобили находятся в центре внимания уже более десятилетия, потенциал систем накопления электроэнергии в морских условиях до сих пор оставался без должного внимания. Тем не менее, наблюдается всплеск исследований, направленных на оптимизацию использования литиевых аккумуляторов и протоколов зарядки для различных применений на судах. Литий-ионно-фосфатные аккумуляторы глубокого цикла в данном случае особенно привлекательны благодаря высокой плотности энергии, хорошей химической стабильности и длительному сроку службы в условиях жёстких требований морских двигательных установок.

По мере того, как применение литиевых аккумуляторных батарей набирает обороты, внедряются и нормативные акты по обеспечению безопасности. Стандарт ISO/TS 23625 — один из таких стандартов, регулирующий выбор, установку и безопасность аккумуляторных батарей. Важно отметить, что безопасность имеет первостепенное значение при использовании литиевых аккумуляторных батарей, особенно в отношении пожарной опасности.

Системы хранения морской энергии

Системы хранения морской энергии становятся всё более популярным решением в морской отрасли, поскольку мир движется к более устойчивому и экологичному будущему. Как следует из названия, эти системы предназначены для хранения энергии в морской среде и могут использоваться для различных целей: от приведения в движение кораблей и лодок до обеспечения резервного питания в случае чрезвычайной ситуации.

Наиболее распространённым типом морской системы накопления энергии являются литий-ионные аккумуляторы благодаря высокой плотности энергии, надёжности и безопасности. Литий-ионные аккумуляторы также могут быть адаптированы к конкретным требованиям к питанию для различных морских применений.

Одним из ключевых преимуществ морских систем накопления энергии является их способность заменить дизельные генераторы. Благодаря использованию литий-ионных аккумуляторов эти системы могут стать надежным и устойчивым источником энергии для различных применений, включая вспомогательное электропитание, освещение и другие электропотребления на борту судна. Помимо этого, морские системы накопления энергии могут также использоваться для питания электрических пропульсивных установок, что делает их жизнеспособной альтернативой традиционным дизельным двигателям. Они особенно подходят для небольших судов, работающих в относительно ограниченном районе.

В целом, системы хранения морской энергии являются ключевым компонентом перехода к более устойчивому и экологичному будущему в морской отрасли.

Преимущества литиевых аккумуляторов

Одним из наиболее очевидных преимуществ использования литиевых аккумуляторных батарей по сравнению с дизельными генераторами является отсутствие выбросов токсичных веществ и парниковых газов. Зарядка аккумуляторов от экологически чистых источников, таких как солнечные панели или ветряные турбины, может обеспечить 100% чистую энергию. Кроме того, они менее затратны в обслуживании, поскольку состоят из меньшего количества компонентов. Они значительно менее шумные, что делает их идеальными для швартовки вблизи жилых или густонаселённых районов.

Литиевые аккумуляторные батареи — не единственный тип аккумуляторов, который можно использовать. Фактически, морские аккумуляторные системы можно разделить на первичные (неперезаряжаемые) и вторичные (с возможностью непрерывной подзарядки). Вторичные аккумуляторы более экономичны при длительном использовании, даже с учётом снижения ёмкости. Изначально использовались свинцово-кислотные аккумуляторы, а литий-ионные аккумуляторные батареи считаются новыми. Однако исследования показали, что они обеспечивают более высокую плотность энергии и длительный срок службы, что означает, что они лучше подходят для дальних поездок, высоких нагрузок и скоростей.

Несмотря на эти преимущества, исследователи не проявляют признаков самоуспокоенности. На протяжении многих лет многочисленные разработки и исследования были направлены на улучшение характеристик литиевых аккумуляторов для улучшения их применения в морских условиях. Это включает в себя новые химические составы для электродов и модифицированные электролиты для защиты от возгораний и теплового разгона.

Выбор литиевой батареи

При выборе литиевых аккумуляторных батарей для морской системы хранения энергии необходимо учитывать множество характеристик. Ёмкость — важнейшая характеристика, которую следует учитывать при выборе аккумулятора для морского накопителя энергии. Она определяет объём энергии, который он может хранить, и, следовательно, объём работы, который он может выполнить до перезарядки. Это основополагающий параметр проектирования в пропульсивных системах, где ёмкость определяет запас хода судна. В морских условиях, где пространство часто ограничено, важно найти аккумулятор с высокой плотностью энергии. Аккумуляторы с более высокой плотностью энергии более компактны и лёгкие, что особенно важно для судов, где пространство и вес имеют решающее значение.

Номинальные напряжение и ток также являются важными характеристиками, которые следует учитывать при выборе литиевых аккумуляторов для морских систем накопления энергии. Эти характеристики определяют скорость зарядки и разрядки аккумулятора, что важно для приложений, где потребление энергии может быстро меняться.

Важно выбрать аккумулятор, специально разработанный для использования в морских условиях. Морская среда суровая: она подвержена воздействию солёной воды, влажности и экстремальных температур. Литиевые аккумуляторы, предназначенные для использования в морских условиях, обычно обладают водонепроницаемостью и устойчивостью к коррозии, а также другими характеристиками, такими как устойчивость к вибрации и ударам, что обеспечивает надёжную работу в сложных условиях.

Пожарная безопасность также имеет решающее значение. В морских условиях пространство для хранения аккумуляторных батарей ограничено, и любое распространение пожара может привести к выбросам токсичных паров и дорогостоящему ущербу. Для ограничения распространения пожара можно принять меры по его установке. RoyPow, китайская компания-производитель литий-ионных аккумуляторов, является одним из примеров компании, которая использует встроенные микротушители, размещаемые в корпусе аккумуляторной батареи. Эти огнетушители активируются либо электрическим сигналом, либо перегоранием термопровода. Это активирует генератор аэрозоля, который химически разлагает охлаждающую жидкость посредством окислительно-восстановительной реакции и распространяет её, быстро туша пожар до его распространения. Этот метод идеально подходит для быстрого реагирования и хорошо подходит для применения в ограниченном пространстве, например, в морских литиевых аккумуляторных батареях.

Безопасность и требования

Использование литиевых аккумуляторных батарей в морских условиях растёт, но безопасность должна быть главным приоритетом для обеспечения надлежащей конструкции и установки. Литиевые батареи подвержены тепловому разгону и пожароопасности при неправильном обращении, особенно в суровых морских условиях с воздействием соленой воды и высокой влажностью. Для решения этих проблем были разработаны стандарты и правила ISO. Одним из таких стандартов является ISO/TS 23625, который содержит рекомендации по выбору и установке литиевых батарей в морских условиях. Этот стандарт определяет требования к конструкции, установке, обслуживанию и мониторингу батарей для обеспечения их долговечности и безопасной эксплуатации. Кроме того, ISO 19848-1 содержит рекомендации по испытаниям и эксплуатационным характеристикам батарей, включая литиевые аккумуляторные батареи, в морских условиях.

Стандарт ISO 26262 также играет важную роль в обеспечении функциональной безопасности электрических и электронных систем морских судов и других транспортных средств. Этот стандарт предписывает, помимо прочих требований безопасности, проектирование системы управления аккумуляторными батареями (BMS) с визуальным или звуковым оповещением оператора о низком уровне заряда аккумуляторной батареи. Хотя соблюдение стандартов ISO является добровольным, соблюдение этих рекомендаций способствует безопасности, эффективности и долговечности аккумуляторных систем.

Краткое содержание

Литиевые аккумуляторные батареи быстро становятся предпочтительным решением для хранения энергии в морской отрасли благодаря высокой плотности энергии и длительному сроку службы в сложных условиях. Эти батареи универсальны и могут использоваться в самых разных морских приложениях: от питания электролодок до резервного питания навигационных систем. Более того, постоянная разработка новых аккумуляторных систем расширяет спектр возможных применений, включая глубоководные исследования и другие сложные условия. Ожидается, что внедрение литиевых аккумуляторных батарей в морской отрасли приведет к сокращению выбросов парниковых газов и произведет революцию в логистике и транспортировке.