Pokroky v technológii batérií pre systémy skladovania energie v námorných lodiach

Predslov

S prechodom sveta na ekologickejšie energetické riešenia si lítiové batérie získavajú čoraz väčšiu pozornosť. Zatiaľ čo elektrické vozidlá sú v centre pozornosti už viac ako desaťročie, potenciál systémov skladovania elektrickej energie v námorných prostrediach bol prehliadaný. Došlo však k nárastu výskumu zameraného na optimalizáciu využitia lítiových batérií a protokolov nabíjania pre rôzne lodné aplikácie. Lítium-iónové fosfátové batérie s hlbokým cyklom sú v tomto prípade obzvlášť atraktívne vďaka svojej vysokej energetickej hustote, dobrej chemickej stabilite a predĺženej životnosti cyklu za prísnych požiadaviek lodných pohonných systémov.

S rastúcou inštaláciou lítiových batérií naberá na obrátkach aj implementácia predpisov na zaistenie bezpečnosti. Norma ISO/TS 23625 je jedným z takýchto predpisov, ktorý sa zameriava na výber, inštaláciu a bezpečnosť batérií. Je dôležité poznamenať, že bezpečnosť je pri používaní lítiových batérií prvoradá, najmä pokiaľ ide o nebezpečenstvo požiaru.

Systémy na skladovanie energie v mori

Systémy na skladovanie energie v námornom priemysle sa stávajú čoraz populárnejším riešením, keďže svet sa posúva smerom k udržateľnejšej a ekologickejšej budúcnosti. Ako už názov napovedá, tieto systémy sú určené na skladovanie energie v námornom prostredí a možno ich použiť na rôzne účely, od pohonu lodí a člnov až po zabezpečenie záložného napájania v prípade núdze.

Najbežnejším typom systému skladovania energie v námorných lodiach je lítium-iónová batéria vďaka svojej vysokej energetickej hustote, spoľahlivosti a bezpečnosti. Lítium-iónové batérie je možné prispôsobiť aj špecifickým požiadavkám na energiu rôznych námorných aplikácií.

Jednou z kľúčových výhod systémov skladovania energie pre námorné plavidlá je ich schopnosť nahradiť dieselové generátory. Vďaka využitiu lítium-iónových batérií môžu tieto systémy ponúknuť spoľahlivý a udržateľný zdroj energie pre rôzne aplikácie. Patria sem pomocné napájanie, osvetlenie a ďalšie elektrické potreby na palube lode alebo plavidla. Okrem týchto aplikácií sa systémy skladovania energie pre námorné plavidlá môžu použiť aj na napájanie elektrických pohonných systémov, čo z nich robí schodnú alternatívu ku konvenčným dieselovým motorom. Sú vhodné najmä pre menšie plavidlá prevádzkované v relatívne obmedzenom priestore.

Celkovo sú systémy skladovania energie v mori kľúčovou súčasťou prechodu na udržateľnejšiu a ekologickejšiu budúcnosť v námornom priemysle.

Výhody lítiových batérií

Jednou z najzreteľnejších výhod používania lítiových batérií v porovnaní s dieselovým generátorom je absencia toxických a skleníkových emisií. Ak sa batérie nabíjajú pomocou čistých zdrojov, ako sú solárne panely alebo veterné turbíny, môžu predstavovať 100 % čistú energiu. Sú tiež lacnejšie z hľadiska údržby s menším počtom komponentov. Produkujú oveľa menej hluku, vďaka čomu sú ideálne na dokovanie v blízkosti obytných alebo obývaných oblastí.

Lítiové batérie nie sú jediným typom batérií, ktoré sa dajú použiť. V skutočnosti možno systémy námorných batérií rozdeliť na primárne batérie (ktoré sa nedajú nabíjať) a sekundárne batérie (ktoré sa dajú nabíjať nepretržite). Sekundárne batérie sú ekonomicky výhodnejšie pri dlhodobom používaní, a to aj pri zohľadnení degradácie kapacity. Spočiatku sa používali olovené batérie a lítiové batérie sa považujú za novovznikajúce batérie. Výskum však ukázal, že poskytujú vyššiu hustotu energie a dlhšiu životnosť, čo znamená, že sú vhodnejšie na aplikácie s dlhým doletom a požiadavky na vysoké zaťaženie a vysokú rýchlosť.

Bez ohľadu na tieto výhody výskumníci neprejavili žiadne známky uspokojenia sa s očakávaniami. V priebehu rokov sa početné návrhy a štúdie zamerali na zlepšenie výkonu lítiových batérií s cieľom zlepšiť ich využitie v námornej doprave. Patria sem nové chemické zmesi elektród a modifikované elektrolyty na ochranu pred požiarmi a tepelnými únikmi.

Výber lítiovej batérie

Pri výbere lítiovo-lítiových batérií pre námorný systém skladovania energie je potrebné zvážiť viacero charakteristík. Kapacita je kritickou špecifikáciou, ktorú treba zvážiť pri výbere batérie na skladovanie energie v námorných lodiach. Určuje, koľko energie dokáže uskladniť a následne aj množstvo práce, ktorú dokáže vykonať pred jej opätovným nabitím. Ide o základný konštrukčný parameter v pohonných aplikáciách, kde kapacita určuje počet najazdených kilometrov alebo vzdialenosť, ktorú loď dokáže prekonať. V námornom kontexte, kde je priestor často obmedzený, je dôležité nájsť batériu s vysokou hustotou energie. Batérie s vyššou hustotou energie sú kompaktnejšie a ľahšie, čo je obzvlášť dôležité na lodiach, kde sú priestor a hmotnosť obmedzené.

Pri výbere lítiových batérií pre námorné systémy skladovania energie je potrebné zvážiť aj menovité napätie a prúd. Tieto špecifikácie určujú, ako rýchlo sa batéria dokáže nabiť a vybiť, čo je dôležité pre aplikácie, kde sa požiadavky na energiu môžu rýchlo meniť.

Je dôležité vybrať si batériu, ktorá je špeciálne navrhnutá na použitie v námornej doprave. Námorné prostredie je drsné, vystavené slanej vode, vlhkosti a extrémnym teplotám. Lítiové batérie určené na použitie v námornej doprave sa zvyčajne vyznačujú odolnosťou voči vode a korózii, ako aj ďalšími vlastnosťami, ako je odolnosť voči vibráciám a nárazom, aby sa zabezpečil spoľahlivý výkon v náročných podmienkach.

Dôležitá je aj požiarna bezpečnosť. V námorných aplikáciách je obmedzený priestor na skladovanie batérií a akékoľvek šírenie ohňa by mohlo viesť k uvoľneniu toxických výparov a nákladným škodám. Na obmedzenie šírenia je možné prijať inštalačné opatrenia. RoyPow, čínska spoločnosť vyrábajúca lítium-iónové batérie, je jedným z príkladov, kde sú v ráme batériového bloku umiestnené zabudované mikrohasiace prístroje. Tieto hasiace prístroje sa aktivujú buď elektrickým signálom, alebo spálením tepelného vedenia. Tým sa aktivuje generátor aerosólu, ktorý chemicky rozkladá chladiacu kvapalinu redoxnou reakciou a šíri ju, aby rýchlo uhasil požiar skôr, ako sa rozšíri. Táto metóda je ideálna pre rýchle zásahy a je vhodná pre aplikácie v stiesnených priestoroch, ako sú napríklad lítium-iónové batérie pre námorné použitie.

Bezpečnosť a požiadavky

Používanie lítiových batérií v námorných aplikáciách je na vzostupe, ale bezpečnosť musí byť najvyššou prioritou, aby sa zabezpečila správna konštrukcia a inštalácia. Lítiové batérie sú náchylné na tepelný únik a nebezpečenstvo požiaru, ak sa s nimi nesprávne zaobchádza, najmä v drsnom morskom prostredí s vystavením slanej vode a vysokej vlhkosti. Na riešenie týchto problémov boli zavedené normy a predpisy ISO. Jednou z týchto noriem je ISO/TS 23625, ktorá poskytuje usmernenia pre výber a inštaláciu lítiových batérií v námorných aplikáciách. Táto norma špecifikuje požiadavky na návrh, inštaláciu, údržbu a monitorovanie batérií, aby sa zabezpečila ich životnosť a bezpečná prevádzka. Okrem toho norma ISO 19848-1 poskytuje usmernenia týkajúce sa testovania a výkonu batérií vrátane lítiových batérií v námorných aplikáciách.

Norma ISO 26262 zohráva významnú úlohu aj vo funkčnej bezpečnosti elektrických a elektronických systémov v námorných plavidlách, ako aj v iných vozidlách. Táto norma okrem iných bezpečnostných požiadaviek nariaďuje, aby systém správy batérií (BMS) bol navrhnutý tak, aby poskytoval obsluhe vizuálne alebo zvukové varovania, keď je batéria takmer vybitá. Hoci dodržiavanie noriem ISO je dobrovoľné, dodržiavanie týchto pokynov podporuje bezpečnosť, účinnosť a dlhú životnosť batériových systémov.

Zhrnutie

Lítiové batérie sa rýchlo stávajú preferovaným riešením skladovania energie pre námorné aplikácie vďaka svojej vysokej energetickej hustote a dlhšej životnosti v náročných podmienkach. Tieto batérie sú všestranné a možno ich použiť v rôznych námorných aplikáciách, od napájania elektrických člnov až po záložný zdroj energie pre navigačné systémy. Okrem toho neustály vývoj nových batériových systémov rozširuje škálu možných aplikácií, ktoré zahŕňajú aj hlbokomorský prieskum a ďalšie náročné prostredia. Očakáva sa, že prijatie lítiových batérií v námornom priemysle zníži emisie skleníkových plynov a zrevolucionizuje logistiku a dopravu.