Napredek v tehnologiji baterij za sisteme za shranjevanje energije v morju

Predgovor

Ker se svet preusmerja k bolj zelenim energetskim rešitvam, so litijeve baterije deležne vse večje pozornosti. Medtem ko so električna vozila v središču pozornosti že več kot desetletje, je bil potencial sistemov za shranjevanje električne energije v pomorskem okolju spregledan. Vendar pa je prišlo do porasta raziskav, osredotočenih na optimizacijo uporabe litijevih baterij za shranjevanje in protokolov polnjenja za različne aplikacije na plovilih. Litij-ionske fosfatne baterije z globokim ciklom so v tem primeru še posebej privlačne zaradi visoke energijske gostote, dobre kemijske stabilnosti in podaljšane življenjske dobe cikla v skladu s strogimi zahtevami ladijskih pogonskih sistemov.

Z naraščajočo popularizacijo nameščanja litijevih baterij za shranjevanje se povečuje tudi izvajanje predpisov za zagotavljanje varnosti. Standard ISO/TS 23625 je eden takšnih predpisov, ki se osredotoča na izbiro, namestitev in varnost baterij. Pomembno je omeniti, da je varnost najpomembnejša pri uporabi litijevih baterij, zlasti glede nevarnosti požara.

Sistemi za shranjevanje energije v morju

Sistemi za shranjevanje energije v morju postajajo vse bolj priljubljena rešitev v pomorski industriji, saj se svet premika proti bolj trajnostni in okolju prijazni prihodnosti. Kot že ime pove, so ti sistemi zasnovani za shranjevanje energije v pomorskem okolju in se lahko uporabljajo za različne namene, od pogona ladij in čolnov do zagotavljanja rezervne energije v nujnih primerih.

Najpogostejša vrsta sistema za shranjevanje energije v pomorstvu je litij-ionska baterija zaradi visoke energijske gostote, zanesljivosti in varnosti. Litij-ionske baterije je mogoče prilagoditi tudi specifičnim potrebam po energiji za različne pomorske aplikacije.

Ena ključnih prednosti sistemov za shranjevanje energije v morju je njihova sposobnost nadomestitve dizelskih generatorjev. Z uporabo litij-ionskih baterij lahko ti sistemi ponudijo zanesljiv in trajnosten vir energije za različne aplikacije. To vključuje pomožno napajanje, razsvetljavo in druge električne potrebe na krovu ladje ali plovila. Poleg teh aplikacij se lahko sistemi za shranjevanje energije v morju uporabljajo tudi za napajanje električnih pogonskih sistemov, zaradi česar so izvedljiva alternativa običajnim dizelskim motorjem. Še posebej so primerni za manjša plovila, ki delujejo na relativno omejenem območju.

Na splošno so sistemi za shranjevanje energije v morju ključni element prehoda na bolj trajnostno in okolju prijazno prihodnost v pomorski industriji.

Prednosti litijevih baterij

Ena najbolj očitnih prednosti uporabe litijevih baterij za shranjevanje v primerjavi z dizelskim generatorjem je odsotnost strupenih snovi in emisij toplogrednih plinov. Če se baterije polnijo z uporabo čistih virov, kot so sončne celice ali vetrne turbine, lahko to predstavlja 100 % čisto energijo. Prav tako so cenejše z vidika vzdrževanja, saj imajo manj komponent. Proizvajajo veliko manj hrupa, zaradi česar so idealne za pristajanje v bližini stanovanjskih ali naseljenih območij.

Litijeve baterije za shranjevanje niso edina vrsta baterij, ki jih je mogoče uporabiti. Pravzaprav lahko sisteme baterij za plovila razdelimo na primarne baterije (ki jih ni mogoče ponovno napolniti) in sekundarne baterije (ki jih je mogoče neprekinjeno polniti). Slednje so pri dolgoročni uporabi ekonomsko ugodnejše, tudi če upoštevamo zmanjšanje zmogljivosti. Sprva so se uporabljale svinčevo-kislinske baterije, litijeve baterije za shranjevanje pa veljajo za novejše baterije. Vendar pa so raziskave pokazale, da zagotavljajo večjo gostoto energije in daljšo življenjsko dobo, kar pomeni, da so bolj primerne za uporabo na dolge razdalje ter za visoke obremenitve in visoke hitrosti.

Ne glede na te prednosti raziskovalci niso pokazali nobenih znakov samozadovoljstva. Skozi leta so se številne zasnove in študije osredotočile na izboljšanje delovanja litijevih baterij za shranjevanje, da bi izboljšale njihovo uporabo v pomorstvu. To vključuje nove kemične mešanice za elektrode in modificirane elektrolite za zaščito pred požari in toplotnimi pobegi.

Izbira litijeve baterije

Pri izbiri litijevih baterij za shranjevanje energije v plovilih je treba upoštevati več značilnosti. Kapaciteta je ključna specifikacija, ki jo je treba upoštevati pri izbiri baterije za shranjevanje energije v plovilih. Določa, koliko energije lahko shrani in posledično količino dela, ki ga je mogoče opraviti pred ponovnim polnjenjem. To je temeljni konstrukcijski parameter v pogonskih aplikacijah, kjer kapaciteta narekuje prevoženo razdaljo ali razdaljo, ki jo lahko plovilo prevozi. V pomorskem okolju, kjer je prostor pogosto omejen, je pomembno najti baterijo z visoko gostoto energije. Baterije z višjo gostoto energije so bolj kompaktne in lažje, kar je še posebej pomembno na plovilih, kjer sta prostor in teža omejena.

Pri izbiri litijevih baterij za shranjevanje energije v pomorskih sistemih je treba upoštevati tudi nazivno napetost in tok. Te specifikacije določajo, kako hitro se baterija lahko napolni in izprazni, kar je pomembno za aplikacije, kjer se lahko potrebe po energiji hitro spreminjajo.

Pomembno je izbrati baterijo, ki je zasnovana posebej za uporabo v morju. Morsko okolje je zahtevno, izpostavljeno slani vodi, vlagi in ekstremnim temperaturam. Litijeve baterije za shranjevanje, ki so zasnovane za uporabo v morju, so običajno odporne na vodo in korozijo, pa tudi na druge lastnosti, kot sta odpornost na vibracije in udarce, da se zagotovi zanesljivo delovanje v zahtevnih pogojih.

Pomembna je tudi požarna varnost. V pomorskih aplikacijah je prostora za shranjevanje baterij omejeno in vsako širjenje ognja lahko povzroči izpust strupenih hlapov in drago škodo. Za omejitev širjenja je mogoče sprejeti ukrepe za namestitev. RoyPow, kitajsko podjetje za proizvodnjo litij-ionskih baterij, je primer, kjer so vgrajeni mikro gasilni aparati nameščeni v okvirju baterijskega sklopa. Ti gasilni aparati se aktivirajo bodisi z električnim signalom bodisi z vžigom toplotne cevi. To aktivira generator aerosolov, ki kemično razgradi hladilno tekočino z redoks reakcijo in jo razširi, da hitro pogasi ogenj, preden se razširi. Ta metoda je idealna za hitre intervencije, zelo primerna za aplikacije v tesnih prostorih, kot so litijeve baterije za shranjevanje v pomorstvu.

Varnost in zahteve

Uporaba litijevih baterij za shranjevanje v pomorstvu je v porastu, vendar mora biti varnost glavna prednostna naloga za zagotovitev ustrezne zasnove in namestitve. Litijeve baterije so dovzetne za toplotni uhajanje in nevarnost požara, če se z njimi ne ravna pravilno, zlasti v ostrem morskem okolju z izpostavljenostjo slani vodi in visoko vlažnostjo. Za reševanje teh pomislekov so bili vzpostavljeni standardi in predpisi ISO. Eden od teh standardov je ISO/TS 23625, ki določa smernice za izbiro in namestitev litijevih baterij v pomorstvu. Ta standard določa zahteve glede zasnove, namestitve, vzdrževanja in spremljanja baterij, da se zagotovi vzdržljivost in varno delovanje baterij. Poleg tega standard ISO 19848-1 določa smernice o testiranju in delovanju baterij, vključno z litijevimi baterijami za shranjevanje, v pomorstvu.

Standard ISO 26262 ima pomembno vlogo tudi pri funkcionalni varnosti električnih in elektronskih sistemov v morskih plovilih in drugih vozilih. Ta standard med drugim določa, da mora biti sistem za upravljanje baterij (BMS) zasnovan tako, da upravljavcu zagotavlja vizualna ali zvočna opozorila, ko je baterija skoraj prazna. Čeprav je upoštevanje standardov ISO prostovoljno, upoštevanje teh smernic spodbuja varnost, učinkovitost in dolgo življenjsko dobo baterijskih sistemov.

Povzetek

Litijeve baterije za shranjevanje energije se zaradi visoke energijske gostote in daljše življenjske dobe v zahtevnih pogojih hitro uveljavljajo kot prednostna rešitev za shranjevanje energije v pomorski industriji. Te baterije so vsestranske in se lahko uporabljajo za vrsto pomorskih aplikacij, od napajanja električnih čolnov do zagotavljanja rezervne energije za navigacijske sisteme. Poleg tega nenehen razvoj novih baterijskih sistemov širi paleto možnih aplikacij, vključno z raziskovanjem globokega morja in drugimi zahtevnimi okolji. Pričakuje se, da bo uporaba litijevih baterij za shranjevanje v pomorski industriji zmanjšala emisije toplogrednih plinov ter revolucionirala logistiko in transport.