Какви са общите неизправности, които се появяват при експлоатацията на оборудване, свързано с индустриалното и комерциалното съхранение на енергия?

Като важна част от новата енергийна система, стабилната работа на комерсиалните и индустриалните системи за съхранение на енергията е пряко свързана с ефективността на използването на енергията и икономическите ползи за предприятията. С бързото нарастване на инсталацията на комерсиални и индустриални системи за съхранение на енергията, степента на отказване на оборудването е станала ключов фактор, влияещ върху инвестициите. Според данни на Китайската електроенергийна асоциация през 2023 г. дялът на непланованите спирки на електроцентрали за съхранение на енергия достигнал над 57%, а повече от 80% от тях са причинени от проблеми като дефекти на оборудването, аномалии в системата и широка интеграция. В годините на моята практика на първата линия в комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия, аз съм се справял с различни системни отказвания. Сега ще анализирам системно често срещаните типове отказвания, причините и решенията за всеки подсистем на комерсиалното и индустриално оборудване за съхранение на енергия, за да предоставя практически насоки за управление и поддръжка на системата.

1. Чести отказвания и анализ на причините в батериите

Батериите, като основен единица за съхранение на енергия в системата за съхранение, техните отказвания директно влияят върху общата производителност на системата.

1.1 Остаряване на батерии

Остаряването на батериите е един от най-често срещаните типове отказвания в комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия, което се проявява предимно като намаление на цикличния живот, увеличение на вътрешното съпротивление и намаление на енергиената плътност. В моите настанения проверки, според данни от 2023 г., след 2,5-годишен период на използване, намалението на капацитета на литий-железополифосфатните батерии достига 28%, а на тримерни литий-батерии – 41%, което далеч надвишава очакванията на индустрията. Това намаление е предимно причинено от фактори като остаряване на материала на батериите, промяна на структурата на електродите и декомпозиция на електролита, водещи до намаление на капацитета за съхранение на енергия и намаление на общата ефективност на системата.

1.2 Термичен разгул

Термичният разгул е най-опасният тип отказване в батериите. При съществуване може да доведе до пожар или дори експлозия. В опитите ми по обработка на спешни случаи, термичният разгул обикновено е причинен от аномални температурни градиенти. Когато вътрешната температура на батерията надхвърли 120°C, може да се активира веригова реакция. Например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение, в който участвах, температурната разлика на модулите на батерията надхвърли 15°C, активирайки механизма за защита на BMS и довеждайки до спиране на системата. Причините за термичен разгул включват прекомерно зареждане, прекомерно разтоварване, външно краткосвързване, вътрешно микрократкосвързване и механични повреди. Сред тях, несъответствието във вътрешността на батерията е основния риск.

1.3 Оксидация и корозия на връзките на батериите

Оксидацията и корозията на връзките на батериите са чести, но лесно пренебрегвани отказвания в комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия. В условия на висока влажност, които съм срещал много пъти в крайбрежни проекти, връзките на батериите са склонни към оксидация, което води до увеличение на контактното съпротивление, което от своя страна причинява местно нагряване и термичен разгул. Например, по време на "южната влажност" в Гуандун, значително количество кондензирана вода се появила в някои шкафи за съхранение, причинявайки оксидация на връзките и често спиране на системата. Освен това, изтичането на електролит и газообразуването във вътрешността на батериите също са чести отказвания, които могат да доведат до намалена производителност и безопасност.

2. Чести отказвания и анализ на причините в системата за управление на батериите (BMS)

BMS е "мозъкът" на системата за съхранение на енергия, отговорен за мониторинг, защита и управление на състоянието на батериите.

2.1 Коммуникационни отказвания

Коммуникационните отказвания са най-често срещаната проблема на BMS, представляващи 34% от отказванията, свързани с BMS. В ежедневната ми работа по дебъгване, коммуникационните отказвания се проявяват предимно като неспособност на BMS да взаимодейства нормално с горната система, без да може да изпраща данни за състоянието на батериите или да приема команди за управление. Това обикновено е причинено от фактори като интерференция в CAN шината, слаб контакт на връзките и несъвместимост на протоколите. Например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение, протоколът за комуникация между BMS и PLC беше несъвместим, което доведе до неверно изпълнение на команди за зареждане и разтоварване, и ефективността на системата намаля с повече от 20%.

2.2 Отклонение в оценката на SOC/SOH

Отклонението в оценката на SOC/SOH е друг често срещан отказ на BMS. В проекти, в които съм участвал, ако грешката в оценката на SOC надхвърли 8%, това ще доведе до прекомерно ранно или късно приключване на зареждането, което влияе на продължителността на живота на батериите и ефективността на системата. Отклонението в оценката на SOC е предимно причинено от фактори като влияние на температурата, несъответствие на батериите, недостатъчна точност на сензорите за ток и алгоритмични дефекти. Например, в проект за съхранение на енергия във високотемпературна среда, грешката в оценката на SOC на BMS достигна 12%, което доведе до недостатъчно използване на батериите и сериозно влияние върху доходите.

2.3 Конфликти на версии на фърмуера и софтуерни дефекти

Конфликтите на версии на фърмуера и софтуерните дефекти също са чести проблеми на BMS. С повишаването на нивото на интелигентност на системите за съхранение на енергия, сложността на софтуера се увеличава, а софтуерните уязвимости и проблеми със съвместимост стават все по-изразени. Например, Tesla Model 3 веднъж имаше ситуация, в която версията V12.7.1 на фърмуера на BMS беше несъвместима с контролната система, което доведе до аномално зареждане за 12% от собствениците. Освен това, деградацията на точността на сензорите на BMS и аномалното събиране на данни също са чести отказвания, които могат да бъдат причинени от фактори като остаряване на сензорите, електромагнитна interferенция и проблеми с передаването на сигнали.

3. Чести отказвания и анализ на причините в системата за преобразуване на мощност (PCS)

PCS е ключово оборудване за преобразуване на електрическа енергия в системата за съхранение, отговорно за преобразуване на постоянен ток в променлив или обратно.

3.1 Намалена ефективност

Намалената ефективност е най-често срещаната проблема на PCS, която се проявява предимно като намаление на ефективността на преобразуване при зареждане и разтоварване. В реалните измервания, които съм правил, според тестовите данни, средната ефективност при зареждане на традиционните двуплоскови PCS е 95% (при натовареност над 30%), а при разтоварване – 96% (при натовареност над 30%); докато PCS, използващи T-тип триплоскови инвертори, имат средна ефективност при зареждане от 95.5% (при натовареност над 30%) и при разтоварване – 96.5% (при натовареност над 30%). Намалената ефективност обикновено е причинена от фактори като остаряване на IGBT/MOSFET модули, лоша отводимост на топлина и неразумни стратегии за управление. Например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение, PCS работеше при високи температури за дълго време, което доведе до остаряване на IGBT модулите, ефективността се намали под 93%, а доходите от системата намаляха с 15%.

3.2 Неуспешна защита от прекомерно натоварване

Неуспешната защита от прекомерно натоварване е друг често срещан отказ на PCS, който може да доведе до повреда на оборудването или дори до пожар. В случаите на отказ, които съм обработвал, неуспешната защита от прекомерно натоварване обикновено е причинена от фактори като неразумно проектиране на защитния контур, деградация на точността на сензорите и грешки в контролната логика. Например, в проект за съхранение на енергия, PCS не успя да активира защитата от прекомерно натоварване навреме, когато натовареността се увеличи внезапно, което доведе до изгаряне на кондензатори, системата беше извън функция за 2 дни, а загубите надхвърлиха 100,000 юана. Освен това, повреди на инвертора, прекомерни хармоники и нестабилен изходящ ток/напрежение също са чести проблеми на PCS, които могат да бъдат причинени от фактори като остаряване на компонентите, лоша отводимост на топлина и дефекти в контролния алгоритъм.

3.3 Недостатъчна антикорозийна степен

Недостатъчната антикорозийна степен е специфичен отказ на PCS в комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия, особено в крайбрежни или високовлажни области. В проекти, в които съм бил в Гуандун, недостатъчната антикорозийна степен води до корозия на платата PCB, оксидация на контактните точки и намалена производителност на компонентите. Например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение на енергия в Гуандун, поради недостатъчната антикорозийна степен на PCS, по време на "южната влажност", платата PCB беше корозирана, което доведе до аномални многоканални сигнали и системата не можа да работи нормално.

4. Чести отказвания и анализ на причините в системата за контрол на температурата

Системата за контрол на температурата е ключов фактор за осигуряване на безопасна работа на системата за съхранение на енергия, разделена главно на воздушно охлаждане и течностно охлаждане.

4.1 Лошо охлаждане

Лошото охлаждане е най-често срещаната проблема на системата за контрол на температурата, която може да доведе до увеличение на температурата на батериите, намалена ефективност и съкращаване на продължителността на живота. В проектите за термично управление, в които съм участвал, според изследвания, за всяко 10°C увеличение на температурата на батериите, жизненият им цикъл се съкращава с около 50%. Лошото охлаждане обикновено е причинено от фактори като замърсяване на радиаторите, повреди на вентилаторите, неразумно проектиране на каналите за въздух и висока околна температура. Например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение, поради замърсяване на радиаторите, температурата на батериите надхвърли 45°C, активирайки защитата на BMS, ефективността на системата намаля с 18%, а доходите намаляха с около 80,000 юана/година.

4.2 Изтичане на течностната система за охлаждане

Изтичането на течностната система за охлаждане е една от най-опасните повреди в системата за контрол на температурата. Изтичането не само води до недостиг на рабоча течност и влияе на ефективността на охлаждането, но може също да доведе до краткосвързване на батериите и електрически повреди. В работата по поддръжка на течностни системи, която съм извършил, изтичането на течностната система обикновено е причинено от фактори като остаряване на уплътненията, пробиване на тръбопроводите от вибрации и ослабяване на връзките. Например, в кабинет за съхранение на енергия в LNG терминал, поради остаряване на уплътненията на течностната система, възникна изтичане на рабоча течност, значително количество кондензирана вода се появи в кабинета, и системата спираше често. Според тестовите данни, твърдостта на PTFE уплътненията се увеличава от 65 Shore D при стаяна температура до 85 Shore D при -70°C, а скоростта на възстановяване след компресия намалява с 40%, което е основната причина за изтичането.

4.3 Неравномерен контрол на температурата

Неравномерният контрол на температурата е често срещан проблем в течностните системи, който може да доведе до засилване на вътрешната несъответственост на батериите. В проекти за течностни системи, в които съм участвал, неравномерният контрол на температурата обикновено е причинен от фактори като неразумно проектиране на течностните тръбопроводи, неравномерно разпределение на потока и дефекти в контролния алгоритъм. Например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение, неразумно проектиране на течностните тръбопроводи доведе до температурна разлика над 10°C в батериите, ускорявайки стареенето на батериите и съкращавайки продължителността на живота на системата с 30%.

5. Чести отказвания и анализ на причините в системата за управление на енергията (EMS)

EMS е "командирът" на системата за съхранение на енергия, отговорен за оптимизация на стратегиите за управление и разпределение на енергията.

5.1 Дефекти на алгоритмите

Дефектите на алгоритмите са най-често срещаната проблема на EMS, които могат да доведат до неразумни стратегии за зареждане и разтоварване и намаление на доходите. В проектите за оптимизация на управлението на енергия, в които съм участвал, например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение, дефектите на алгоритмите на EMS доведоха до невъзможността да се прогнозира точно оптималното време за зареждане и разтоварване при често изменящите се цени на електроенергия, и годишните доходи намаляха с около 15%. Дефектите на алгоритмите обикновено са причинени от фактори като неточни модели, недостатъчни исторически данни и неразумни настройки на параметрите.

5.2 Прекъсване на комуникацията

Прекъсването на комуникацията е друг често срещан отказ на EMS, който може да доведе до невъзможността на системата да приема команди от горната нива или да качва операционни данни. В работата по дебъгване на комуникация, която съм извършил, прекъсването на комуникацията обикновено е причинено от фактори като несъвместимост на протоколите, сетеви интерференции и хардуерни повреди. Например, в проект за комерсиално и индустриално съхранение, протоколът за комуникация между EMS и системата за диспечиране на електроенергията беше несъвместим. При реално време изменения на цените на електроенергия, стратегиите за зареждане и разтоварване не можеха да бъдат регулирани навреме, което доведе до намаление на доходите от арбитраж над 20%. Освен това, уязвимостите на сигурността на данните също са чести проблеми на EMS, които могат да доведат до атаки на системата или изтичане на данни. Според данни от 2023 г., три случая на изтичане на данни, свързани с атаки MOVEit, попаднаха сред десетте най-големи случаи на изтичане на данни, засегнали над един милион души.

В реалната работа и поддръжка на комерсиалните и индустриални системи за съхранение на енергия, ние, практици на първа линия, трябва да идентифицираме точно тези типове отказвания, да разберем дълбоко причините им и после да предприемем целеви решения. Единствено така можем да гарантираме стабилната работа на системата, да повишим ефективността на използването на енергия и да помогнем на предприятията да постигнат по-добри икономически ползи, докато допринасяме за изграждането на нова енергийна система.