Як вибрати відповідний контейнер для зберігання акумуляторів у системах автономного енергопостачання?

Важливі функції надійного контейнера для зберігання акумуляторів

Інтеграція потужності, ємності та глибини розряду (DoD) із розміром контейнера та його здатністю витримувати навантаження

Будівництво контейнерів для зберігання акумуляторів починається з вимірювання трьох параметрів: пікового електричного навантаження у кіловатах (кВт), загального обсягу енергії, що зберігається, у кіловат-годинах (кВт·год), та глибини розряду (DoD). DoD — це кількість енергії, яка циклічно використовується за певний проміжок часу з акумулятора. Цей параметр має важливе значення, оскільки він безпосередньо впливає на фізичні розміри контейнера для зберігання акумуляторів. Наприклад, якщо система проектується з глибиною розряду 80 % замість 50 %, то для забезпечення того самого обсягу енергії потрібно буде приблизно на 25 % більшу ємність акумуляторів. Так, якщо хтось хоче мати 500 кВт·год корисної енергії при глибині розряду 80 %, йому знадобиться приблизно 625 кВт·год акумуляторів. Це призведе до використання більших акумуляторів, потребує більшої площі підлоги та сильніших опорних конструкцій підлоги в зоні встановлення.

Недостатня інфраструктура, що призводить до розбіжностей із цілями Міністерства оборони США (DoD), зокрема через термічні та механічні напруження, може спричинити передчасне старіння. Наприклад, розгортання автономної системи зберігання електроенергії на основі акумуляторів (BESS) без достатньої здатності витримувати навантаження в середньому обійдеться у $740 тис. на усунення вад (Інститут Понемона, 2024). Це свідчить про те, що адекватне планування потужностей починається з урахування конструктивної підтримки.

Основи термокерування: ступінь захисту корпусу (клас IP), проектування вентиляції та стійкість до зовнішньої температури.

Охолодження літієвих систем є обов’язковим. Корпус зі ступенем захисту IP55 захищає від проникнення пилу та води, але це не означає, що термокерування можна ігнорувати. Акумулятори LiFePo4 здатні працювати в діапазоні температур від –20 до +60 °C, однак оптимальна температура забезпечує тривалий термін служби батареї та покращену продуктивність — отже, термокерування є обов’язковим. Ефективність знижується на 15 % за кожні 10 °C відхилення від оптимального діапазону 15–35 °C.

У більшості помірних кліматичних умов звичайні системи вентиляції з примусовим обдувом працюють ефективно. Однак у надзвичайно спекотних середовищах, наприклад у пустелях, де температура перевищує 45 °C, або в надзвичайно холодних середовищах, наприклад у арктичних регіонах, де температура опускається нижче −10 °C, необхідно встановлювати додаткові рідинні системи охолодження, щоб забезпечити безперебійну роботу систем. Кожен корпус має бути оснащений датчиками температури та автоматичними системами вимкнення системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC). У виданні 2022 року стандарту NFPA 855 зазначено, що активна система керування в поєднанні з системами вимкнення HVAC та системами контролю температури значно знижує ймовірність виникнення пожежі — на вражаючі 92 % порівняно з системами, що забезпечують лише пасивне охолодження. Такий захист є життєво важливим у екстремальних умовах, оскільки його відсутність може призвести до катастрофічних збоїв у роботі обладнання, пов’язаних із пожежею або несправністю обладнання.

Безпека, відповідність та стандарти сертифікації для розгортання акумуляторів у контейнерах для зберігання

UL 9540, стаття 706 Національного електротехнічного кодексу (NEC) та NFPA 855: дотримання цих стандартів є обов’язковим для автономних систем акумуляторного зберігання енергії (BESS)

Автономні системи акумуляторного зберігання енергії (BESS) підлягають ризику теплового розбіжження, електричних несправностей, пожеж та інших небезпек, особливо у випадках затримки або недоступності служб екстреної допомоги. Тому BESS мають відповідати таким стандартам, які містять найфундаментальніші елементи зменшення ризиків:

UL 9540 забезпечує оцінку безпеки всієї системи BESS шляхом аналізу безпеки теплового поширення та підтвердження сумісності всіх компонентів системи.

Стаття 706 Національного електротехнічного кодексу (NEC) встановлює спеціальні електричні вимоги безпеки щодо акумуляторів, зокрема вимогу щодо встановлення пристроїв захисту від перевантаження, аварійних вимикачів та передбачення засобів захисного заземлення — що є критично важливим для встановлення акумуляторів у віддалених місцях.

NFPA 855 визначає способи запобігання пожежам, зокрема використання автоматичних систем гасіння, утримання небезпеки, спеціальної вентиляції для закритих систем BESS та мінімальних відстаней між окремими одиницями.

Ризики невиконання вимог є високими, оскільки вони піддають вас ризику втрати страхового покриття, штрафів та збільшення ймовірності інцидентів. Згідно зі звітами з пожежної безпеки за 2023 рік, сертифіковані системи на 72 % менш схильні до теплових подій порівняно з несертифікованими системами, що робить дотримання вимог обов’язковим для сталого та безпечного функціонування автономних енергосистем.

Сильні сторони, компроміси та придатність для конкретного місця розташування систем накопичення енергії на основі акумуляторів у контейнерах для перевезення

Аспекти, пов’язані з простором, транспортуванням та встановленням у віддалених місцях

Для систем зберігання енергії в акумуляторах (BESS) контейнери забезпечують високий рівень масштабованості. Однак, вибираючи між 20-футовими та 40-футовими контейнерами, клієнти повинні враховувати фізичні обмеження своєї ділянки та фактичні очікувані потреби у потужності. Ємність зберігання 20-футового контейнера становить приблизно 200–500 кіловат-годин. Він також важить менше 10 000 фунтів, що дозволяє доставляти його на ділянки з нерівним, пагорбистим рельєфом або з дуже обмеженим доступом по дорогах. Це робить 20-футові контейнери ідеальними для таких місць, як острови чи гірські райони. 40-футові контейнери мають значно більшу ємність зберігання — від 800 до 2000 кВт·год. Крім того, така збільшена ємність супроводжується більшою кількістю обмежень. Порівняно з 20-футовими контейнерами, 40-футові контейнери вимагають міцнішої фундаментної основи для монтажу, ширшого проїзду для транспортування та переміщення контейнерів, а також більш потужного допоміжного обладнання для їх переміщення.

Індивідуальні модифікації: інтегроване охолодження, система гасіння пожеж та конструктивні підсилення для забезпечення надійності протягом тривалого часу

Під час розробки стратегій забезпечення стійкості в автономних системах спочатку слід врахувати три ключові покращення: ефективне керування температурою, швидкодіючі системи гасіння пожеж та конструктивні поліпшення для витримування навантажень. Пасивна вентиляція може бути достатньою для акумуляторів на основі літій-залізо-фосфату в регіонах із помірним кліматом; однак у більш складних умовах виникають певні труднощі. За зовнішньої температури понад 30 °C (86 °F) необхідно застосовувати системи примусового повітряного охолодження, щоб уникнути передчасної втрати ємності — до 15 % при температурі 45 °C (113 °F) та вище. Системи гасіння пожеж, що використовують аерозольні, а не водяні вогнегасники, здатні зупинити термічний розбіг менш ніж за хвилину й таким чином зберегти навколишнє обладнання. Завдяки належному сейсмічному кріпленню та сталевим розпоркам стін будівельна конструкція зможе витримувати вплив сильних вітрів, значних снігових навантажень та навіть незначної сейсмічної активності. Для забезпечення тривалої надійності ці покращення не є факультативними — вони є обов’язковими.

Згідно зі звітом Інституту Понемона (2023 р.), одна гірнича компанія зекономила 740 000 доларів США завдяки усуненню незапланованих простоїв шляхом посилення балок підлоги на своєму об’єкті для роботи на нерівному рельєфі. Це просте, але обов’язкове рішення при проектуванні будь-якого контейнера для зберігання акумуляторів, що встановлюється в екстремальних або нестабільних умовах.

Вплив хімічного складу акумуляторів на проектування контейнерів для зберігання акумуляторів та пов’язані з цим аспекти безпеки їх експлуатації

Чому LiFePO4 є переважним хімічним складом для автономних застосувань: нижчий ризик термічного розбігу та менша потреба в охолодженні корпусів

Хімічний склад літій-залізо-фосфату (LiFePO4) забезпечує вроджене й фундаментальне поліпшення безпеки акумуляторних батарей завдяки своїй внутрішній термічній стабільності. Зв’язки кисень–фосфат у LiFePO4 є міцнішими й не виділяють кисень під час розриву зв’язків, що сповільнює швидкість реакції. Крім того, температура початку термічного розбіжного процесу для LiFePO4 вища — приблизно 270 °C порівняно з 150–210 °C для NMC, — тому потрібно менше вентиляції.

Коефіцієнт стабільності забезпечує справжні переваги у проектуванні з точки зору безпеки та практичності. Наприклад, акумулятори типу LiFePO4 виділяють приблизно на 70 % менше тепла в аварійних ситуаціях, що значно зменшує ризик поширення аварії та кількість виділення токсичних газів. Акумулятори LiFePO4 також краще працюють у екстремальних умовах. Тоді як акумулятори NMC працюють оптимально в діапазоні температур від 15 до 35 °C, акумулятори LiFePO4 можуть функціонувати практично в будь-якому середовищі — від мінімум 0 °C до максимум 45 °C. Це означає, що інженери можуть використовувати менш складні й менш коштовні системи охолодження, наприклад, пасивну вентиляцію або прості системи примусової подачі повітря замість складних рідинних систем охолодження. В результаті системи опалення та охолодження в будівлі споживають на 5–10 % менше енергії. Вентиляційні отвори також можуть бути меншими, а теплоізоляція — тоншою. Усе це означає, що монтаж стає значно простішим, особливо в віддалених районах із обмеженим простором та енергетичними ресурсами.

Як наслідок, NFPA 855 та IEC 62933 тепер надають перевагу LiFePO4 через його переваги. Крім того, спрощення документації щодо відповідності стандарту UL 9540A, пов’язане зі складністю систем термокерування, сприяє регіонам, де отримання сертифікатів безпеки займає тривалий час, завдяки швидкому впровадженню технологій із термічно стабільними акумуляторами.

Часто задані питання

Що таке глибина розряду (DoD) у контейнері для зберігання акумуляторів?
Глибина розряду (DoD) — це частина загального заряду, яка в середньому використовується. Цей параметр впливає на розміри та конструктивну міцність контейнера для зберігання акумуляторів.

Чому термокерування є важливим у контейнерах для зберігання акумуляторів?
Ефективне термокерування має важливе значення для подовження ефективного терміну служби акумуляторів, запобігання втраті ефективності та забезпечення безпечного режиму роботи акумуляторів навіть за умов екстремально високої температури, посухи чи низьких температур.

Які ключові стандарти безпеки для автономних систем накопичення електроенергії (BESS)?
Деякі з ключових стандартів безпеки — це UL 9540 для повної системної безпеки, стаття NEC 706 щодо електричного захисту та NFPA 855 щодо інструкцій з пожежної безпеки.

Як батареї LiFePO4 покращують безпеку й ефективність?
Безпека й ефективність системи термокерування покращуються завдяки тому, що батареї LiFePO4 мають вищу теплову стабільність, нижчий ризик теплового розбіжного процесу, працюють при нижчих температурах у всіх сценаріях відмови та виділяють менше тепла.