Những tiến bộ trong công nghệ pin cho hệ thống lưu trữ năng lượng biển

Lời nói đầu

Khi thế giới chuyển dịch sang các giải pháp năng lượng xanh hơn, pin lithium ngày càng được chú ý. Trong khi xe điện đã được chú ý trong hơn một thập kỷ, tiềm năng của các hệ thống lưu trữ năng lượng điện trong môi trường hàng hải lại bị bỏ qua. Tuy nhiên, đã có sự gia tăng mạnh mẽ trong nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa việc sử dụng pin lithium lưu trữ và các giao thức sạc cho các ứng dụng tàu thuyền khác nhau. Trong trường hợp này, pin lithium-ion phosphate chu kỳ sâu đặc biệt hấp dẫn nhờ mật độ năng lượng cao, độ ổn định hóa học tốt và tuổi thọ chu kỳ kéo dài theo các yêu cầu nghiêm ngặt của hệ thống đẩy tàu biển.

Khi việc lắp đặt pin lithium lưu trữ ngày càng phát triển, việc thực hiện các quy định để đảm bảo an toàn cũng tăng theo. ISO/TS 23625 là một trong những quy định như vậy, tập trung vào việc lựa chọn, lắp đặt và an toàn cho pin. Điều quan trọng cần lưu ý là an toàn là yếu tố tối quan trọng khi sử dụng pin lithium, đặc biệt là liên quan đến nguy cơ cháy nổ.

Hệ thống lưu trữ năng lượng biển

Hệ thống lưu trữ năng lượng biển đang ngày càng trở thành một giải pháp phổ biến trong ngành hàng hải khi thế giới đang hướng tới một tương lai bền vững và thân thiện với môi trường hơn. Đúng như tên gọi, các hệ thống này được thiết kế để lưu trữ năng lượng trong môi trường biển và có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ cung cấp năng lượng cho tàu thuyền đến cung cấp điện dự phòng trong trường hợp khẩn cấp.

Loại hệ thống lưu trữ năng lượng biển phổ biến nhất là pin lithium-ion, nhờ mật độ năng lượng cao, độ tin cậy và an toàn. Pin lithium-ion cũng có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu năng lượng cụ thể của các ứng dụng hàng hải khác nhau.

Một trong những lợi ích chính của hệ thống lưu trữ năng lượng biển là khả năng thay thế máy phát điện diesel. Bằng cách sử dụng pin lithium-ion, các hệ thống này có thể cung cấp nguồn điện đáng tin cậy và bền vững cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm nguồn điện phụ trợ, chiếu sáng và các nhu cầu điện khác trên tàu hoặc tàu thuyền. Ngoài những ứng dụng này, hệ thống lưu trữ năng lượng biển còn có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hệ thống đẩy điện, biến chúng thành một giải pháp thay thế khả thi cho động cơ diesel thông thường. Chúng đặc biệt phù hợp với các tàu nhỏ hoạt động trong một khu vực tương đối hạn chế.

Nhìn chung, hệ thống lưu trữ năng lượng biển là thành phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang tương lai bền vững và thân thiện với môi trường hơn trong ngành hàng hải.

Ưu điểm của pin lithium

Một trong những lợi thế rõ ràng nhất của việc sử dụng pin lithium lưu trữ so với máy phát điện diesel là không phát thải khí độc hại và khí nhà kính. Nếu pin được sạc bằng các nguồn năng lượng sạch như tấm pin mặt trời hoặc tua-bin gió, nó có thể tạo ra nguồn năng lượng sạch 100%. Chúng cũng ít tốn kém hơn về mặt bảo trì với ít linh kiện hơn. Chúng tạo ra ít tiếng ồn hơn, lý tưởng cho các tình huống neo đậu gần khu dân cư hoặc khu vực đông dân cư.

Pin Lithium lưu trữ không phải là loại pin duy nhất có thể sử dụng. Trên thực tế, hệ thống pin hàng hải có thể được chia thành pin sơ cấp (không thể sạc lại) và pin thứ cấp (có thể sạc lại liên tục). Loại thứ hai mang lại lợi ích kinh tế cao hơn trong ứng dụng dài hạn, ngay cả khi xét đến sự suy giảm dung lượng. Ban đầu, pin axit chì được sử dụng, và pin lithium lưu trữ được coi là loại pin mới nổi. Tuy nhiên, nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn và tuổi thọ kéo dài hơn, nghĩa là chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng tầm xa, tải trọng cao và nhu cầu tốc độ cao.

Bất chấp những ưu điểm này, các nhà nghiên cứu vẫn không hề tỏ ra tự mãn. Trong những năm qua, nhiều thiết kế và nghiên cứu đã tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của pin lithium lưu trữ để nâng cao ứng dụng hàng hải. Điều này bao gồm việc pha trộn hóa chất mới cho điện cực và chất điện phân được cải tiến để bảo vệ chống cháy nổ và hiện tượng mất ổn định nhiệt.

Lựa chọn pin lithium

Có nhiều đặc điểm cần xem xét khi lựa chọn pin lithium lưu trữ cho hệ thống pin lithium lưu trữ trên biển. Dung lượng là một thông số quan trọng cần xem xét khi lựa chọn pin để lưu trữ năng lượng trên biển. Nó quyết định lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ và sau đó là lượng công có thể tạo ra trước khi sạc lại. Đây là một thông số thiết kế cơ bản trong các ứng dụng đẩy, nơi dung lượng quyết định quãng đường hoặc quãng đường mà tàu có thể di chuyển. Trong bối cảnh hàng hải, nơi không gian thường hạn chế, việc tìm kiếm một loại pin có mật độ năng lượng cao là rất quan trọng. Pin có mật độ năng lượng cao hơn sẽ nhỏ gọn và nhẹ hơn, điều này đặc biệt quan trọng trên những con tàu có không gian và trọng lượng rất hạn chế.

Điện áp và dòng điện định mức cũng là những thông số kỹ thuật quan trọng cần xem xét khi lựa chọn pin lithium lưu trữ cho hệ thống lưu trữ năng lượng hàng hải. Các thông số kỹ thuật này quyết định tốc độ sạc và xả của pin, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng có nhu cầu điện năng thay đổi nhanh chóng.

Điều quan trọng là phải chọn loại pin được thiết kế chuyên dụng cho mục đích sử dụng trên biển. Môi trường biển rất khắc nghiệt, thường xuyên tiếp xúc với nước mặn, độ ẩm và nhiệt độ khắc nghiệt. Pin lithium lưu trữ được thiết kế để sử dụng trên biển thường có khả năng chống thấm nước và chống ăn mòn, cũng như các tính năng khác như chống rung và chống sốc để đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt.

An toàn phòng cháy chữa cháy cũng rất quan trọng. Trong các ứng dụng hàng hải, không gian lưu trữ pin có hạn, và bất kỳ sự lan truyền lửa nào cũng có thể dẫn đến phát tán khói độc và thiệt hại tốn kém. Có thể áp dụng các biện pháp lắp đặt để hạn chế sự lan truyền. RoyPow, một công ty sản xuất pin lithium-ion của Trung Quốc, là một ví dụ về việc tích hợp các bình chữa cháy mini vào khung pin. Các bình chữa cháy này được kích hoạt bằng tín hiệu điện hoặc bằng cách đốt cháy đường ống nhiệt. Thao tác này sẽ kích hoạt một máy tạo khí dung phân hủy hóa học chất làm mát thông qua phản ứng oxy hóa khử và lan tỏa để dập tắt đám cháy nhanh chóng trước khi nó lan rộng. Phương pháp này lý tưởng cho các biện pháp can thiệp nhanh, rất phù hợp cho các ứng dụng không gian hẹp như pin lithium lưu trữ trên biển.

An toàn và yêu cầu

Việc sử dụng pin lithium lưu trữ cho các ứng dụng hàng hải đang ngày càng gia tăng, nhưng an toàn phải là ưu tiên hàng đầu để đảm bảo thiết kế và lắp đặt đúng cách. Pin lithium dễ bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng nhiệt độ và nguy cơ cháy nổ nếu không được xử lý đúng cách, đặc biệt là trong môi trường biển khắc nghiệt với nước mặn và độ ẩm cao. Để giải quyết những lo ngại này, các tiêu chuẩn và quy định ISO đã được thiết lập. Một trong những tiêu chuẩn này là ISO/TS 23625, cung cấp hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt pin lithium trong các ứng dụng hàng hải. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thiết kế, lắp đặt, bảo trì và giám sát pin để đảm bảo độ bền và hoạt động an toàn của pin. Ngoài ra, ISO 19848-1 cung cấp hướng dẫn về thử nghiệm và hiệu suất của pin, bao gồm cả pin lithium lưu trữ, trong các ứng dụng hàng hải.

Tiêu chuẩn ISO 26262 cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chức năng của các hệ thống điện và điện tử trên tàu biển cũng như các phương tiện khác. Tiêu chuẩn này yêu cầu hệ thống quản lý ắc quy (BMS) phải được thiết kế để cung cấp cảnh báo bằng hình ảnh hoặc âm thanh cho người vận hành khi ắc quy yếu, cùng với các yêu cầu an toàn khác. Mặc dù việc tuân thủ các tiêu chuẩn ISO là tự nguyện, nhưng việc tuân thủ các hướng dẫn này sẽ thúc đẩy tính an toàn, hiệu quả và tuổi thọ của hệ thống ắc quy.

Bản tóm tắt

Pin lithium lưu trữ đang nhanh chóng nổi lên như một giải pháp lưu trữ năng lượng được ưa chuộng cho các ứng dụng hàng hải nhờ mật độ năng lượng cao và tuổi thọ kéo dài trong điều kiện khắc nghiệt. Những loại pin này rất linh hoạt và có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng hàng hải, từ cung cấp năng lượng cho tàu điện đến cung cấp nguồn điện dự phòng cho hệ thống định vị. Hơn nữa, sự phát triển liên tục của các hệ thống pin mới đang mở rộng phạm vi ứng dụng, bao gồm cả thám hiểm biển sâu và các môi trường khắc nghiệt khác. Việc áp dụng pin lithium lưu trữ trong ngành hàng hải được kỳ vọng sẽ giảm phát thải khí nhà kính và cách mạng hóa hậu cần và vận tải.