ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีแบตเตอรี่สำหรับระบบกักเก็บพลังงานทางทะเล

คำนำ

ในขณะที่โลกกำลังเปลี่ยนไปสู่โซลูชันพลังงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น แบตเตอรี่ลิเธียมกลับได้รับความสนใจมากขึ้น แม้ว่ายานยนต์ไฟฟ้าจะได้รับความสนใจมานานกว่าทศวรรษแล้ว แต่ศักยภาพของระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้าในการเดินเรือกลับถูกมองข้าม อย่างไรก็ตาม มีงานวิจัยจำนวนมากที่มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมกักเก็บพลังงานและโปรโตคอลการชาร์จสำหรับการใช้งานบนเรือที่หลากหลาย แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตแบบวงจรลึกในกรณีนี้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี และอายุการใช้งานที่ยาวนานภายใต้ข้อกำหนดที่เข้มงวดของระบบขับเคลื่อนทางทะเล

ในขณะที่การติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมแบบกักเก็บพลังงานได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น การบังคับใช้กฎระเบียบเพื่อความปลอดภัยก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ISO/TS 23625 เป็นหนึ่งในกฎระเบียบที่มุ่งเน้นการเลือกใช้แบตเตอรี่ การติดตั้ง และความปลอดภัย สิ่งสำคัญที่ต้องตระหนักคือความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญที่สุดเมื่อใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงอันตรายจากไฟไหม้

ระบบกักเก็บพลังงานทางทะเล

ระบบกักเก็บพลังงานทางทะเลกำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในอุตสาหกรรมทางทะเล เนื่องจากโลกกำลังมุ่งสู่อนาคตที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ดังชื่อที่บ่งบอก ระบบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อกักเก็บพลังงานในสภาพแวดล้อมทางทะเล และสามารถใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่การขับเคลื่อนเรือและเรือเล็ก ไปจนถึงการให้พลังงานสำรองในกรณีฉุกเฉิน

ระบบกักเก็บพลังงานทางทะเลที่พบมากที่สุดคือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง ความน่าเชื่อถือ และความปลอดภัย แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังสามารถปรับแต่งให้ตรงกับความต้องการพลังงานเฉพาะสำหรับการใช้งานทางทะเลที่แตกต่างกันได้

หนึ่งในประโยชน์สำคัญของระบบกักเก็บพลังงานทางทะเลคือความสามารถในการทดแทนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำให้ระบบเหล่านี้สามารถเป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้และยั่งยืนสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงพลังงานเสริม แสงสว่าง และความต้องการไฟฟ้าอื่นๆ บนเรือหรือเรือเดินทะเล นอกจากการใช้งานเหล่านี้แล้ว ระบบกักเก็บพลังงานทางทะเลยังสามารถใช้ขับเคลื่อนระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ทำให้เป็นทางเลือกที่คุ้มค่าแทนเครื่องยนต์ดีเซลทั่วไป ระบบนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเรือขนาดเล็กที่ใช้งานในพื้นที่จำกัด

โดยรวมแล้ว ระบบกักเก็บพลังงานทางทะเลถือเป็นองค์ประกอบสำคัญของการเปลี่ยนผ่านสู่อนาคตที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในอุตสาหกรรมทางทะเล

ข้อดีของแบตเตอรี่ลิเธียม

หนึ่งในข้อได้เปรียบที่เห็นได้ชัดที่สุดของการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมแบบเก็บพลังงานเมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลคือการลดการปล่อยก๊าซพิษและก๊าซเรือนกระจก หากชาร์จแบตเตอรี่ด้วยแหล่งพลังงานสะอาด เช่น แผงโซลาร์เซลล์หรือกังหันลม ก็จะสามารถผลิตพลังงานสะอาดได้ 100% นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมแบบเก็บพลังงานยังมีต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำกว่าเนื่องจากมีชิ้นส่วนน้อยกว่า อีกทั้งยังก่อให้เกิดเสียงรบกวนน้อยกว่ามาก จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งใกล้ที่อยู่อาศัยหรือพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น

แบตเตอรี่ลิเธียมแบบเก็บประจุไฟฟ้าไม่ได้เป็นเพียงแบตเตอรี่ชนิดเดียวที่สามารถใช้งานได้ อันที่จริง ระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือสามารถแบ่งออกเป็นแบตเตอรี่หลัก (ซึ่งไม่สามารถชาร์จซ้ำได้) และแบตเตอรี่สำรอง (ซึ่งสามารถชาร์จซ้ำได้อย่างต่อเนื่อง) ซึ่งแบตเตอรี่สำรองให้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจมากกว่าในการใช้งานระยะยาว แม้จะพิจารณาถึงการเสื่อมสภาพของความจุก็ตาม เดิมทีมีการใช้แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด และแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเก็บประจุไฟฟ้าถือเป็นแบตเตอรี่ชนิดใหม่ อย่างไรก็ตาม งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่เหล่านี้ให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่เหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานระยะไกล รวมถึงความต้องการโหลดสูงและความเร็วสูง

แม้จะมีข้อดีเหล่านี้ นักวิจัยก็ยังไม่แสดงท่าทีพึงพอใจใดๆ ตลอดหลายปีที่ผ่านมา มีการออกแบบและการศึกษามากมายที่มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเก็บประจุไฟฟ้าเพื่อพัฒนาการใช้งานทางทะเล ซึ่งรวมถึงส่วนผสมทางเคมีใหม่สำหรับอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ที่ผ่านการปรับปรุง เพื่อป้องกันไฟไหม้และการรั่วไหลของความร้อน

การเลือกใช้แบตเตอรี่ลิเธียม

มีคุณสมบัติหลายประการที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับระบบแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับจัดเก็บพลังงานทางทะเล ความจุเป็นข้อกำหนดสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกแบตเตอรี่สำหรับจัดเก็บพลังงานทางทะเล ความจุเป็นตัวกำหนดปริมาณพลังงานที่สามารถจัดเก็บได้ และปริมาณงานที่สามารถผลิตได้ก่อนการชาร์จพลังงานกลับคืน นี่เป็นพารามิเตอร์การออกแบบพื้นฐานในการใช้งานระบบขับเคลื่อน ซึ่งความจุเป็นตัวกำหนดระยะทางหรือระยะทางที่เรือสามารถเดินทางได้ ในบริบททางทะเลซึ่งมักมีพื้นที่จำกัด การเลือกแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงจึงเป็นสิ่งสำคัญ แบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงจะมีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบากว่า ซึ่งสำคัญอย่างยิ่งกับเรือที่มีพื้นที่และน้ำหนักจำกัด

พิกัดแรงดันและกระแสไฟฟ้ายังเป็นข้อกำหนดสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับระบบกักเก็บพลังงานทางทะเล ข้อกำหนดเหล่านี้กำหนดความเร็วในการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานที่ความต้องการพลังงานอาจเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

การเลือกแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับการใช้งานในทะเลเป็นสิ่งสำคัญ สภาพแวดล้อมทางทะเลมีความรุนแรง สัมผัสกับน้ำเค็ม ความชื้น และอุณหภูมิที่รุนแรง แบตเตอรี่ลิเธียมแบบเก็บประจุที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานในทะเลโดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติกันน้ำและทนต่อการกัดกร่อน รวมถึงคุณสมบัติอื่นๆ เช่น ทนทานต่อการสั่นสะเทือนและแรงกระแทก เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในสภาวะแวดล้อมที่ท้าทาย

ความปลอดภัยจากอัคคีภัยก็มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกัน ในการใช้งานทางทะเล พื้นที่จัดเก็บแบตเตอรี่มีจำกัด และหากเพลิงลุกลามอาจนำไปสู่ควันพิษและความเสียหายที่มีมูลค่าสูง สามารถติดตั้งอุปกรณ์ดับเพลิงขนาดเล็กเพื่อจำกัดการลุกลามได้ RoyPow บริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของจีน เป็นตัวอย่างหนึ่งของการติดตั้งเครื่องดับเพลิงขนาดเล็กแบบติดตั้งภายในกรอบชุดแบตเตอรี่ เครื่องดับเพลิงเหล่านี้จะทำงานโดยสัญญาณไฟฟ้าหรือการเผาไหม้ท่อระบายความร้อน ซึ่งจะกระตุ้นเครื่องกำเนิดละอองลอย ซึ่งจะสลายสารหล่อเย็นทางเคมีผ่านปฏิกิริยารีดอกซ์และกระจายตัวเพื่อดับไฟอย่างรวดเร็วก่อนที่จะลุกลาม วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการดำเนินการอย่างรวดเร็ว เหมาะสำหรับการใช้งานในพื้นที่จำกัด เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับจัดเก็บในทะเล

ความปลอดภัยและข้อกำหนด

การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมแบบกักเก็บพลังงานสำหรับการใช้งานทางทะเลกำลังเพิ่มสูงขึ้น แต่ความปลอดภัยต้องเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกเพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบและการติดตั้งที่ถูกต้อง แบตเตอรี่ลิเธียมมีความเสี่ยงต่อการเกิดความร้อนสะสมและอันตรายจากไฟไหม้หากไม่ได้รับการจัดการอย่างถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรงซึ่งสัมผัสกับน้ำเค็มและความชื้นสูง เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ จึงมีการกำหนดมาตรฐานและข้อบังคับ ISO ขึ้น หนึ่งในมาตรฐานเหล่านี้คือ ISO/TS 23625 ซึ่งให้แนวทางในการเลือกและการติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมในการใช้งานทางทะเล มาตรฐานนี้กำหนดข้อกำหนดด้านการออกแบบ การติดตั้ง การบำรุงรักษา และการตรวจสอบแบตเตอรี่ เพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานและการทำงานที่ปลอดภัยของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ ISO 19848-1 ยังให้คำแนะนำเกี่ยวกับการทดสอบและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมแบบกักเก็บพลังงาน ในการใช้งานทางทะเล

ISO 26262 ยังมีบทบาทสำคัญในด้านความปลอดภัยในการทำงานของระบบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ภายในเรือเดินทะเล รวมถึงยานพาหนะอื่นๆ มาตรฐานนี้กำหนดให้ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ต้องได้รับการออกแบบให้สามารถแจ้งเตือนด้วยภาพและเสียงแก่ผู้ปฏิบัติงานเมื่อแบตเตอรี่ใกล้หมด นอกเหนือจากข้อกำหนดด้านความปลอดภัยอื่นๆ แม้ว่าการปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO จะเป็นไปโดยสมัครใจ แต่การปฏิบัติตามแนวทางเหล่านี้จะช่วยส่งเสริมความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานที่ยาวนานของระบบแบตเตอรี่

สรุป

แบตเตอรี่ลิเธียมแบบกักเก็บพลังงานกำลังได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในฐานะโซลูชันการจัดเก็บพลังงานที่ได้รับความนิยมสำหรับการใช้งานทางทะเล เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนานภายใต้สภาวะการทำงานที่หนักหน่วง แบตเตอรี่เหล่านี้มีความอเนกประสงค์และสามารถใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่การจ่ายพลังงานให้กับเรือไฟฟ้าไปจนถึงการสำรองพลังงานให้กับระบบนำทาง นอกจากนี้ การพัฒนาระบบแบตเตอรี่ใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องยังช่วยขยายขอบเขตการใช้งานที่เป็นไปได้ให้ครอบคลุมถึงการสำรวจใต้ท้องทะเลลึกและสภาพแวดล้อมที่ท้าทายอื่นๆ การนำแบตเตอรี่ลิเธียมแบบกักเก็บพลังงานมาใช้ในอุตสาหกรรมทางทะเลคาดว่าจะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและปฏิวัติวงการโลจิสติกส์และการขนส่ง