Akkuteknologian edistysaskeleet merienergian varastointijärjestelmissä

Esipuhe

Maailman siirtyessä kohti vihreämpiä energiaratkaisuja litium-akut ovat saaneet yhä enemmän huomiota. Vaikka sähköajoneuvot ovat olleet valokeilassa yli vuosikymmenen ajan, sähköenergian varastointijärjestelmien potentiaali meriympäristössä on jäänyt huomiotta. Tutkimus on kuitenkin lisääntynyt, keskittyen litium-akkujen käytön ja latausprotokollien optimointiin eri venesovelluksissa. Litiumioniakkujen syväpurkausakut ovat tässä tapauksessa erityisen houkuttelevia niiden suuren energiatiheyden, hyvän kemiallisen stabiilisuuden ja pitkän käyttöiän ansiosta meripropulsiojärjestelmien tiukoissa vaatimuksissa.

Litium-ioniakkujen asennuksen yleistyessä myös turvallisuusmääräysten käyttöönotto kasvaa. ISO/TS 23625 on yksi tällainen määräys, joka keskittyy akkujen valintaan, asennukseen ja turvallisuuteen. On tärkeää huomata, että turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää litium-ioniakkujen käytössä, erityisesti palovaaran osalta.

Meren energian varastointijärjestelmät

Meriliikenteen energian varastointijärjestelmistä on tulossa yhä suositumpi ratkaisu meriteollisuudessa, kun maailma siirtyy kohti kestävämpää ja ympäristöystävällisempää tulevaisuutta. Kuten nimestä voi päätellä, nämä järjestelmät on suunniteltu varastoimaan energiaa meriympäristössä, ja niitä voidaan käyttää moniin tarkoituksiin laivojen ja veneiden kuljettamisesta varavirran tarjoamiseen hätätilanteessa.

Yleisin merikäyttöön tarkoitettu energian varastointijärjestelmä on litiumioniakku sen korkean energiatiheyden, luotettavuuden ja turvallisuuden vuoksi. Litiumioniakkuja voidaan myös räätälöidä vastaamaan erilaisten merisovellusten erityisiä tehovaatimuksia.

Yksi meriliikenteen energian varastointijärjestelmien keskeisistä eduista on niiden kyky korvata dieselgeneraattorit. Käyttämällä litiumioniakkuja nämä järjestelmät voivat tarjota luotettavan ja kestävän virtalähteen moniin sovelluksiin. Näitä ovat muun muassa apuvirta, valaistus ja muut sähkön tarpeet laivalla tai aluksella. Näiden sovellusten lisäksi meriliikenteen energian varastointijärjestelmiä voidaan käyttää myös sähköisten propulsiojärjestelmien voimanlähteenä, mikä tekee niistä käyttökelpoisen vaihtoehdon perinteisille dieselmoottoreille. Ne sopivat erityisesti pienempiin aluksiin, jotka toimivat suhteellisen rajallisella alueella.

Kaiken kaikkiaan meriliikenteen energian varastointijärjestelmät ovat keskeinen osa siirtymistä kestävämpään ja ympäristöystävällisempään tulevaisuuteen meriteollisuudessa.

Litium-akkujen edut

Yksi litium-akkujen käytön ilmeisimmistä eduista dieselgeneraattoreihin verrattuna on myrkyllisten ja kasvihuonekaasupäästöjen puuttuminen. Jos akut ladataan puhtailla lähteillä, kuten aurinkopaneeleilla tai tuuliturbiineilla, se voi olla 100 % puhdasta energiaa. Ne ovat myös edullisempia ylläpidon suhteen, koska niissä on vähemmän komponentteja. Ne tuottavat paljon vähemmän melua, mikä tekee niistä ihanteellisia telakointitilanteisiin asuinalueiden tai tiheämpien asutusalueiden lähellä.

Litium-ionien akut eivät ole ainoita käytettäviä akkutyyppejä. Itse asiassa meriakkujärjestelmät voidaan jakaa ensisijaisiin akkuihin (joita ei voida ladata uudelleen) ja toissijaisiin akkuihin (joita voidaan ladata jatkuvasti). Jälkimmäinen on taloudellisesti edullisempi pitkäaikaisessa käytössä, jopa kapasiteetin heikkenemisen huomioon ottaen. Aluksi käytettiin lyijyakkuja, ja litium-ionien akut katsotaan uudeksi akuksi. Tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että ne tarjoavat suuremman energiatiheyden ja pidemmän käyttöiän, mikä tarkoittaa, että ne sopivat paremmin pitkän kantaman sovelluksiin sekä suuren kuormituksen ja nopean liikenteen vaatimuksiin.

Näistä eduista huolimatta tutkijat eivät ole osoittaneet merkkejä itsetyytyväisyydestä. Vuosien varrella lukuisat mallit ja tutkimukset ovat keskittyneet litium-akkujen suorituskyvyn parantamiseen niiden merikäytön tehostamiseksi. Tähän sisältyvät uudet kemialliset seokset elektrodeille ja modifioidut elektrolyytit tulipalojen ja lämpöpurkausten estämiseksi.

Litium-akun valinta

Litium-ionisia akkuja valittaessa veneen litium-ionijärjestelmään on otettava huomioon useita ominaisuuksia. Kapasiteetti on kriittinen ominaisuus, joka on otettava huomioon akkua valittaessa veneen energian varastointiin. Se määrittää, kuinka paljon energiaa akku voi varastoida ja siten kuinka paljon työtä se voi tehdä ennen uudelleenlatausta. Tämä on olennainen suunnitteluparametri propulsiojärjestelmissä, joissa kapasiteetti sanelee veneen kulkeman matkan tai matkan. Meriympäristössä, jossa tila on usein rajallinen, on tärkeää löytää akku, jolla on korkea energiatiheys. Korkeamman energiatiheyden akut ovat kompaktimpia ja kevyempiä, mikä on erityisen tärkeää veneissä, joissa tila ja paino ovat rajalliset.

Jännite- ja virta-arvot ovat myös tärkeitä tietoja, jotka on otettava huomioon valittaessa litium-akkuja merikäyttöön tarkoitettuihin energian varastointijärjestelmiin. Nämä tiedot määrittävät, kuinka nopeasti akku latautuu ja purkautuu, mikä on tärkeää sovelluksissa, joissa tehontarve voi vaihdella nopeasti.

On tärkeää valita akku, joka on suunniteltu erityisesti merikäyttöön. Meriympäristöt ovat ankaria ja altistuvat suolavedelle, kosteudelle ja äärimmäisille lämpötiloille. Merikäyttöön suunnitelluissa litium-akuissa on tyypillisesti vedenpitävyys ja korroosionkestävyys sekä muita ominaisuuksia, kuten tärinänkestävyys ja iskunkestävyys, jotta varmistetaan luotettava suorituskyky haastavissa olosuhteissa.

Paloturvallisuus on myös ratkaisevan tärkeää. Merisovelluksissa akkujen säilytystilaa on rajoitetusti, ja tulipalon leviäminen voi johtaa myrkyllisten höyryjen vapautumiseen ja kalliisiin vahinkoihin. Asennustoimenpiteillä voidaan rajoittaa leviämistä. Kiinalainen litiumioniakkuja valmistava yritys RoyPow on yksi esimerkki siitä, että akkupakkauksen runkoon on sijoitettu sisäänrakennettuja mikrosammuttimia. Nämä sammuttimet aktivoituvat joko sähköisellä signaalilla tai lämpöjohdon palamisella. Tämä aktivoi aerosoligeneraattorin, joka hajottaa jäähdytysaineen kemiallisesti redox-reaktion kautta ja levittää sitä sammuttaakseen palon nopeasti ennen sen leviämistä. Tämä menetelmä sopii erinomaisesti nopeisiin interventioihin ja sopii hyvin ahtaiden tilojen sovelluksiin, kuten merilitium-akkujen varastointiin.

Turvallisuus ja vaatimukset

Litium-ionien käyttö merisovelluksissa on kasvussa, mutta turvallisuuden on oltava etusijalla asianmukaisen suunnittelun ja asennuksen varmistamiseksi. Litium-ionien akut ovat alttiita lämpöpurkauksille ja tulipalovaaroille, jos niitä ei käsitellä oikein, erityisesti ankarassa meriympäristössä, jossa ne altistuvat suolavedelle ja ovat korkeassa ilmankosteudessa. Näiden huolenaiheiden ratkaisemiseksi on laadittu ISO-standardeja ja -määräyksiä. Yksi näistä standardeista on ISO/TS 23625, joka antaa ohjeita litium-ionien valintaan ja asentamiseen merisovelluksissa. Tämä standardi määrittelee akkujen suunnittelu-, asennus-, huolto- ja valvontavaatimukset akun kestävyyden ja turvallisen käytön varmistamiseksi. Lisäksi ISO 19848-1 antaa ohjeita akkujen, mukaan lukien litium-ionien, testaamiseen ja suorituskykyyn merisovelluksissa.

ISO 26262 -standardilla on myös merkittävä rooli merialusten ja muiden ajoneuvojen sähkö- ja elektroniikkajärjestelmien toiminnallisessa turvallisuudessa. Tämä standardi edellyttää, että akunhallintajärjestelmän (BMS) on oltava suunniteltu antamaan käyttäjälle visuaalisia tai äänivaroituksia akun heikosta varauksesta, muiden turvallisuusvaatimusten ohella. Vaikka ISO-standardien noudattaminen on vapaaehtoista, näiden ohjeiden noudattaminen edistää akkujärjestelmien turvallisuutta, tehokkuutta ja pitkäikäisyyttä.

Yhteenveto

Litium-ionien akut ovat nopeasti nousemassa suosituksi energian varastointiratkaisuksi merisovelluksissa niiden suuren energiatiheyden ja pitkän käyttöiän ansiosta vaativissa olosuhteissa. Nämä akut ovat monipuolisia ja niitä voidaan käyttää monissa merisovelluksissa sähköveneiden voimanlähteestä navigointijärjestelmien varavirtalähteeseen. Lisäksi uusien akkujärjestelmien jatkuva kehitys laajentaa mahdollisten sovellusten valikoimaa kattamaan syvänmeren tutkimuksen ja muut haastavat ympäristöt. Litium-ionien akun käyttöönoton meriteollisuudessa odotetaan vähentävän kasvihuonekaasupäästöjä ja mullistavan logistiikan ja kuljetukset.