Kako izbrati primerno shrambo za baterije za sisteme za energijo izven omrežja?

Pomembne funkcije za zanesljiv shrambni kontejner za baterije

Integracija moči, kapacitete in globine razboja (DoD) z velikostjo kontejnerja in nosilnostjo obremenitve

Gradnja kontejnerjev za shranjevanje energije v baterijah se začne z meritvijo treh stvari: najvišje moči v kilovatih (kW), skupne kapacitete shranjevanja energije v kilovatnih urah (kWh) in globine razbije (DoD). DoD pomeni količino energije, ki se v določenem časovnem okvirju iz baterije izprazni. To je pomembno, saj ima dejanski vpliv na fizične dimenzije kontejnerja za shranjevanje energije v baterijah. Če je sistem na primer zasnovan za globino razbije 80 % namesto 50 %, mora imeti kontejner približno za 25 % večjo kapaciteto, da doseže enako količino energije. Na primer, če želi nekdo imeti 500 kWh uporabne energije pri globini razbije 80 %, potrebuje približno 625 kWh baterij. To pomeni večje baterije, večjo potrebo po površini za postavitev ter dodatno okrepitev tal v območju namestitve.

Neustrezna infrastruktura, ki povzroča neusklajenost z cilji Ministrstva za obrambno (DoD), na primer zaradi toplotnega in mehanskega napetja, lahko povzroči predčasno degradacijo. Na primer, namestitev mrežno neodvisnega sistema za shranjevanje energije (BESS), ki ni primerna za obremenitve, povzroči v povprečju stroške odprave težav v višini 740 tisoč dolarjev (Ponemon Institute, 2024). To kaže, da ustrezno načrtovanje zmogljivosti začne z razmislekom o strukturni podpori.

Osnove toplotnega upravljanja: zaščitni razred ohišja (IP), načrtovanje prezračevanja in odpornost na okoljsko temperaturo.

Hlajenje litijevih sistemov je nujno. Ohišje z zaščitnim razredom IP55 ščiti pred prahom in prodorom vode, vendar to ne pomeni, da se lahko zanemari toplotno upravljanje. Baterije LiFePo4 prenesejo delovne temperature od –20 do 60 stopinj Celzija, vendar optimalna temperatura zagotavlja daljšo življenjsko dobo baterije in izboljšano delovanje, kar pomeni, da je toplotno upravljanje nujno. Učinkovitost se z vsakih 10 stopinj odstopanja od optimalnega območja 15–35 stopinj zmanjša za 15 %.

V večini zmernih okolij delujejo redni sistemi prisilne zračne ventilacije učinkovito. V izjemno vročih okoljih, kot so puščavne regije, kjer temperature presegajo 45 °C, ali v izjemno hladnih okoljih, kot so arktična območja, kjer temperature padejo pod −10 °C, je potrebno namestiti dodatne tekočinske hlajalne sisteme, da se zagotovi delovanje sistemov. Vsak ohišje mora biti opremljen s temperaturnimi senzorji in avtomatskimi sistemi za izklop ogrevanja, prezračevanja in klimatizacije (HVAC). Izdaja standarda NFPA 855 iz leta 2022 kaže, da aktivni nadzorni sistem v kombinaciji s sistemi za izklop HVAC in sistemi za nadzor temperature zmanjša verjetnost požara za izjemnih 92 % v primerjavi s sistemi, ki omogočajo le pasivno hlajenje. Ta zaščita bi bila ključnega pomena v ekstremnih okoljih, kjer bi prišlo do katastrofalnih odpovedi opreme v primeru požara ali okvare opreme.

Varnost, skladnost in certifikacijski standardi za namestitev baterij v shranjevalnih kontejnerjih

UL 9540, člen 706 Nacionalnega električnega kodeksa (NEC) in NFPA 855: Skladnost je obvezna za izvenomrežne sisteme za shranjevanje energije v baterijah (BESS)

Izvenomrežni sistemi za shranjevanje energije v baterijah (BESS) so izpostavljeni tveganju toplotnega zbežanja, električnih okvar, požarov in drugih nevarnosti, še posebej, kadar so nujne službe zakasnelo ali neprijetne. Zato morajo sistemi BESS izpolnjevati naslednje standarde, ki vključujejo najosnovnejše elemente zmanjševanja tveganja:

UL 9540 določa varnost celotnega sistema BESS z oceno varnosti širjenja toplote ter preverjanjem združljivosti vseh komponent sistema.

Člen 706 Nacionalnega električnega kodeksa (NEC) določa specifične električne varnostne protokole za baterijske sisteme, kot so namestitev naprav za zaščito pred prekomernim tokom, izklopnih naprav za izredne razmere in ukrepi za zaščitno ozemljitev/ozemljitev, ki so bistveni za oddaljene namestitve baterij.

NFPA 855 določa načine za zmanjševanje tveganja požarov, kot so uporaba avtomatskih sistemov za gašenje, omejevanje nevarnosti, posebna prezračevalna oprema za zaprte sisteme BESS ter minimalni razmiki med enotami.

Tveganja, povezana z neskladnostjo, so draga, saj vas izpostavljajo tveganju izgube zavarovalne pokritosti, denarnih kazni in povečanega tveganja za nastop incidentov. Glede na poročila o požarni varnosti iz leta 2023 so certificirani sistemi za 72 % manj podvrženi toplotnim dogodkom kot necertificirani sistemi, kar naredi skladnost obvezno za trajnostno in varno obratovanje sistemov izven omrežja.

Prednosti, kompromisi in primernost shranjevanja energije v baterijah v ladjskih kontejnerjih glede na lokacijo

Razmisljanje o prostoru, prevozu in namestitvi na oddaljenih lokacijah

Za sisteme za shranjevanje energije v baterijah (BESS) ponujajo kontejnerji odlično razširljivost. Kljub temu morajo kupci pri izbiri med 20-čevljenimi in 40-čevljenimi kontejnerji upoštevati fizične omejitve svojega objekta ter dejanske napovedane potrebe po izhodni moči. 20-čevljeni kontejner ima kapaciteto shranjevanja približno 200 do 500 kilovatnih ur. Prav tako tehta manj kot 10.000 funtov, kar omogoča dostavo na lokacije z neravnimi, hribovitimi ali zelo omejenimi cestnimi dostopi. To naredi 20-čevljeni kontejnerje idealne za lokacije, kot so otoki ali gorovja. 40-čevljeni kontejnerji imajo znatno večjo kapaciteto shranjevanja. Lahko shranijo med 800 in 2000 kWh. Poleg tega ta večja kapaciteta prinaša tudi več omejitev. V primerjavi z 20-čevljenimi kontejnerji za namestitev 40-čevljenih kontejnerjev zahtevajo trdnejše temelje, širši dostop za prevoz in premikanje kontejnerjev ter bolj močno opremo za premikanje kontejnerjev.

Prilagojene spremembe: integrirano hlajenje, gašenje požarov in konstrukcijska okrepitev za zanesljivost s časom

Pri razvijanju strategij za odpornost izven omrežja najprej upoštevajte naslednje tri ključne izboljšave: učinkovito nadzorovanje temperature, hitro delujoči sistemi za gašenje požarov ter strukturne izboljšave za obvladovanje napetosti. Pasivna prezračevanja lahko zadostuje za baterije litij-železo-fosfat v regijah z zmernim podnebjem; v hujših pogojih pa se pojavljajo težave. Pri zunanjih temperaturah nad 30 °C (86 °F) moramo namestiti sisteme prisilnega zračnega hlajenja, da preprečimo predčasno izgubo kapacitete do 15 % pri temperaturah 45 °C (113 °F) in višje. Sistemi za gašenje požarov, ki uporabljajo aerosolne namesto vodnih gasilnih sredstev, lahko ustavijo toplotni zagon v manj kot eni minuti in s tem zaščitijo okoliško opremo. Z ustrezno seizmično sidranjem in jeklenimi opornimi stenami lahko konstrukcija vzdrži učinke hudih vetrov, težkih snežnih obremenitev in celo majhnih seizmičnih potresov. Za dolgoročno zanesljivost te izboljšave niso izbirne; so obvezne.

Poročilo Ponemon Institute (2023) je ugotovilo, da je ena rudarska operacija z okrepljanjem nosilcev tal v svoji napravi za neravno tereno prihranila 740.000 USD zaradi nepredvidenega izključitve. To je preprost, a bistvenega pomena način konstruiranja vsakega kontejnerja za shranjevanje baterij, ki se namesti v ekstremnem ali nestabilnem okolju.

Vpliv sestave baterije na oblikovanje kontejnerjev za shranjevanje baterij in povezane varnostne vidike njihovega obratovanja

Zakaj je LiFePO4 prednostna sestava za izvenomrežne aplikacije: manjša nevarnost toplotnega neskontroliranega razvoja in manjša potreba po hlajenju ohišij

Kemija litijevega železovega fosfata (LiFePO4) zagotavlja notranje in temeljno izboljšavo varnosti shranjevalnih posod za baterije zaradi svoje notranje termične stabilnosti. Vezi kisika in fosfata v LiFePO4 so močnejše in ne sproščajo kisika, ko se vezi razpadeta, kar zato upočasni hitrost reakcije. Poleg tega je temperatura začetka termičnega zbežanja pri LiFePO4 višja – približno 270 °C, v primerjavi z 150–210 °C pri NMC – zato je potrebno manj prezračevanja.

Faktor stabilnosti zagotavlja resnične prednosti oblikovanja z vidika varnosti in praktičnosti. Na primer baterije LiFePO4 v primeru izredne situacije sprostijo približno 70 % manj toplote, kar znatno zmanjša tveganje širjenja izredne situacije ter količino sproščenih strupenih plinov. Baterije LiFePO4 imajo tudi boljšo delovno zmogljivost v ekstremnih pogojih. Medtem ko NMC-baterije delujejo optimalno med 15 in 35 stopinj Celzija, lahko baterije LiFePO4 delujejo v skoraj vsakem okolju, od najnižje temperature 0 stopinj Celzija do najvišje temperature 45 stopinj Celzija. To pomeni, da lahko inženirji uporabljajo manj zapletene in cenejše sisteme za hlajenje, kot so npr. pasivna prezračevanja ali preprosti sistemi prisilnega zraka namesto sofisticiranih tekočinskih sistemov za hlajenje. To pomeni, da sistemi za ogrevanje in hlajenje v stavbi porabijo za 5–10 % manj energije. Odprtine za prezračevanje lahko tudi zmanjšamo, izolacija pa lahko postane tanjša. Vse skupaj pomeni, da je namestitev veliko lažja, še posebej na oddaljenih območjih z omejenim prostorom in energijo.

Zato NFPA 855 in IEC 62933 zdaj prednostno obravnavata LiFePO4 zaradi njegovih prednosti. Poleg tega zapletenost, povezana z upravljanjem temperature, poenostavi dokumentacijo za skladnost z UL 9540A, kar koristi regijam, kjer varnostna potrdila zaradi hitre namestitve tehnologij s termično stabilnostjo potrebujejo dolgo časa za izdajo.

Pogosta vprašanja

Kaj je globina razbije (DoD) v kontejnerju za shranjevanje energije v baterijah?
Globina razbije (DoD) je delež skupne kapacitete, ki se v povprečju uporabi. Je pomemben dejavnik pri določanju velikosti in konstrukcijskih nosilcev kontejnerja za shranjevanje energije v baterijah.

Zakaj je upravljanje temperature pomembno v kontejnerjih za shranjevanje energije v baterijah?
Učinkovito upravljanje temperature je pomembno za podaljšanje učinkovite življenjske dobe baterij, za preprečevanje izgube učinkovitosti ter za ohranjanje varnega delovanja baterij tudi v ekstremnih temperaturnih razmerah, kot so visoke temperature, suša ali nizke temperature.

Kateri so ključni varnostni standardi za izvenomrežne sisteme za shranjevanje energije v baterijah (BESS)?
Nekatere ključne varnostne standarde so UL 9540 za varnost celotnega sistema, člen 706 NEC za električno zaščito in NFPA 855 za navodila za požarno varnost.

Kako baterije LiFePO4 izboljšajo varnost in učinkovitost?
Varnost in učinkovitost toplotnega upravljanja so izboljšani, ker so baterije LiFePO4 bolj termično stabilne, imajo nižjo tveganje termičnega zbežanja, delujejo pri nižjih temperaturah v vseh primerih okvar in proizvajajo manj toplote.