Okrętowy system magazynowania energii

Co określa okrętowy system magazynowania energii

Okrętowy system magazynowania energii (ESS) to instalacja bateryjna zbudowana wokół ogniw litowo-jonowych, spakowanych w moduły i szafy, z własnym systemem zarządzania baterią (BMS) i powiązana z okrętowym systemem zarządzania energią tak, by mogła ładować się z rozdzielnicy i rozładowywać do niej pod samoczynnym nadzorem. Różni się od UPS zadaniem: UPS istnieje po to, by pokryć krótką lukę przy zaniku zasilania sieciowego dla odbiorów krytycznych, wymiarowany w minutach; okrętowy ESS jest pracującą częścią elektrowni, wymiarowaną w kilowatogodzinach, by nieść obciążenie napędowe albo bytowe przez minuty do godzin, by wygładzać albo "ścinać" szczyty, które inaczej zmusiłyby prądnicę spalinową do pracy przy niekorzystnym obciążeniu częściowym, albo by pozwolić na w pełni elektryczne manewrowanie i postoje w porcie przy wygaszonych prądnicach.

Główne elementy

Moduły bateryjne i szafy

Ogniwa grupuje się w moduły, a moduły w szafy, przy czym każda szafa ma własne bezpieczniki, styczniki i czujniki temperatury. Do okrętowych chemii litowo-jonowych w służbie należą NMC (większa gęstość energii, wrażliwsza na złe traktowanie) i LFP (mniejsza gęstość energii, bardziej znosząca przeładowanie i obciążenie cieplne); wybór wpływa zarówno na zajmowaną powierzchnię, jak i na wymagany układ gaśniczy.

System zarządzania baterią (BMS)

BMS nadzoruje napięcie, temperaturę i prąd ogniw na poziomie modułu, wyrównuje ogniwa i rozłącza styczniki szafy przy każdej wielkości poza nastawionymi granicami. Jest pierwszą warstwą zabezpieczeń i zgłasza stan naładowania i stan zdrowia do okrętowego systemu zarządzania energią.

Przekształcanie mocy (przekształtniki DC/AC)

Przekształtniki dwukierunkowe łączą szynę DC baterii z okrętową rozdzielnicą AC, prowadząc moc ładowania i rozładowania oraz wykonując polecenia systemu zarządzania energią dla ścinania szczytów, zastępowania rezerwy wirującej albo pracy bezemisyjnej.

Zarządzanie ciepłem i ochrona przeciwpożarowa

Pomieszczenia baterii wyposaża się w wydzieloną wentylację, często wymuszoną albo w postaci szaf chłodzonych cieczą, wykrywanie gazów odgazowywanych z baterii oraz stałą instalację gaśniczą właściwą dla pożarów litowo-jonowych, bo zwykła instalacja CO2 nie powstrzyma ogniwa wchodzącego w ucieczkę termiczną.

Dobór i wymiarowanie

Wymiarowanie zaczyna się od zadania, jakie bateria ma pełnić: samo ścinanie szczytów wymaga dużej mocy przez krótkie chwile i umiarkowanej pojemności energetycznej; bezemisyjne postoje w porcie albo w pełni elektryczne przejścia bliskiego zasięgu wymagają znacznie większej użytecznej pojemności energii przy odpowiednio wyższym koszcie i większej masie. Kluczowymi wielkościami są użyteczna pojemność w kWh, moc rozładowania ciągła i szczytowa w kW, trwałość cykliczna przy zamierzonej głębokości rozładowania oraz sprawność obiegu ładowania i rozładowania. Miejsce zabudowy liczy się tyle samo co dane elektryczne: pomieszczenia baterii muszą leżeć tak, by kanały wentylacyjne dały się poprowadzić prosto, a granice pożarowe nie naruszały sąsiednich dróg ewakuacyjnych.

Przepisy i klasa

Wszystkie duże towarzystwa klasyfikacyjne mają osobne przepisy dla napędu bateryjnego i hybrydowego, wymagając typowo notacji klasowej mocy bateryjnej albo bezpieczeństwa baterii, badania identyfikacji zagrożeń, oddzielenia pomieszczenia baterii od pomieszczeń mieszkalnych i maszynowych przegrodami klasy A, wydzielonej wentylacji i wykrywania gazu oraz stałej instalacji gaśniczej właściwej dla zamontowanej chemii. Tymczasowe wytyczne IMO dla instalacji baterii litowo-jonowych na statkach i ujednolicone wymagania IACS przywołuje się zwykle w zatwierdzonym rozwiązaniu. Przegląd obejmuje okresowe badania funkcji zabezpieczających BMS oraz instalacji wykrywania pożaru i gazu w tym samym cyklu co pozostałe systemy bezpieczeństwa jednostki.

Typowe usterki

• Rozbalansowanie ogniw — jedno albo kilka ogniw wychodzi z równowagi względem reszty szafy, co zmniejsza użyteczną pojemność i, gdy pozostaje niewykryte, popycha ogniwo ku wyłączeniu nadnapięciowemu.
• Usterka łączności BMS — utrata danych między BMS szafy a systemem zarządzania energią zmusza szafę do wyjścia z ruchu jako domyślne zabezpieczenie i ścina dostępną moc dokładnie wtedy, gdy może być potrzebna.
• Awaria układu chłodzenia — podwyższona temperatura szafy przyspiesza spadek pojemności, a w najgorszym razie zapoczątkowuje ucieczkę termiczną w ogniwie.
• Spadek pojemności poza specyfikację — zwykłe starzenie zmniejsza użyteczne kWh przez lata cyklowania; gdy spadnie poniżej wymogu zadania, wymiany wymaga szafa, a nie tylko ogniwo.

Na co zwrócić uwagę u dostawcy

• Uznanie typu dla konkretnej chemii baterii i konstrukcji szafy od towarzystwa klasyfikacyjnego, według którego jednostkę zbudowano.
• Udokumentowane badanie rozprzestrzeniania się ucieczki termicznej dla szafy i obudowy, a nie tylko dane badań na poziomie ogniwa.
• Zdalny nadzór i wsparcie diagnostyczne dla BMS, bo wczesne wykrycie rozbalansowania ogniw jest w dużej mierze funkcją oprogramowania.
• Wyraźna ścieżka końca życia i utylizacji albo drugiego życia modułów bateryjnych, uzgodniona przed montażem.

Traktujcie każde wymuszone przez BMS wyłączenie szafy jako zgłoszenie, a nie jako zadziałanie uciążliwe: system mówi w ten sposób, że ogniwo wyszło poza swoje bezpieczne okno, a zresetowanie go bez sprawdzenia przyczyny to sposób, w jaki zaczyna się pożar pomieszczenia baterii.