Quins són els errors comuns que ocorren durant l'operació de l'equipament relacionat amb l'emmagatzecament d'energia industrial i comercial?
Com a part important del nou sistema d'energia, el funcionament estable dels sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial està directament relacionat amb l'eficiència de l'ús d'energia i els beneficis econòmics de l'empresa. Amb el ràpid creixement de la capacitat instal·lada d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, la taxa de falla dels equips ha esdevingut un factor clau que afecta els rendiments de la inversió. Segons les dades del Consell Elèctric de Xina, al 2023, la proporció d'interrupcions no planificades de les estacions d'emmagatzematge d'energia va arribar a més del 57%, i més del 80% d'aquestes van ser causades per problemes com defectes d'equip, anormalitats del sistema i una integració extensa. En els meus anys de pràctica a la primera línia en emmagatzematge d'energia comercial i industrial, he tractat diverses fallades del sistema. Ara, analitzaré de manera sistemàtica els tipus de falles comuns, les causes i les solucions de cada subsistema dels equips d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial per proporcionar orientació pràctica per a l'operació i manteniment del sistema.
1. Falles Comunes i Anàlisi de Causa dels Sistemes de Bateries
El sistema de bateries, com a unitat central d'emmagatzematge d'energia del sistema d'emmagatzematge, les seves falles afecten directament el rendiment general del sistema.
1.1 Envelheciment de les Bateries
L'envelheciment de les bateries és un dels tipus de falles més comuns en els sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, manifestant-se principalment com atenuació de la vida útil cíclica, augment de la resistència interna i disminució de la densitat d'energia. En les meves investigacions in situ, segons les dades de 2023, després d'un cicle de servei de 2,5 anys, l'atenuació de la capacitat de les bateries de ferro-fosfato de lítio arriba al 28%, i la de les bateries de lítio ternàries arriba al 41%, superant ampliament les expectatives de l'indústria. Aquesta atenuació es deu principalment a factors com l'envelheciment del material de les bateries, canvis en la estructura de l'electrode i la descomposició de l'electrolit, resultant en una disminució de la capacitat d'emmagatzematge d'energia de les bateries i una reducció de l'eficiència general del sistema.
1.2 Fuga Tèrmica
La fuga tèrmica és el tipus de falla més perillosa en el sistema de bateries. Un cop es produeix, pot conduir a incendis o fins i tot explosions. En la meva experiència en tractar casos d'emergència, la fuga tèrmica sovint es deu a gradients de temperatura anòmals. Quan la temperatura interna de la bateria supera els 120°C, es pot desencadenar una reacció en cadena. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial en què vaig participar, la diferència de temperatura del mòdul de bateria superava els 15°C, activant el mecanisme de protecció del BMS i provocant l'aturada del sistema. Les causes de la fuga tèrmica inclouen sobrecàrrega, descàrrega excessiva, curtcircuït extern, micro-curtcircuït intern i daños mecànics. Entre elles, la inconsistència interna de la bateria és el principal factor de risc.
1.3 Oxidació i Corrosió dels Connectors de Bateria
L'oxidació i corrosió dels connectors de bateria són falles comunes però fàcilment ignorades en els sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial. En entorns d'alta humitat, que he trobat moltes vegades en projectes costaners, els connectors de bateria són propensos a oxidar-se, resultant en un increment de la resistència de contacte, que a la vegada provoca sobrecalorament local i fuga tèrmica. Per exemple, durant la "retornada de l'humitat del sud" a Guangdong, aparegué una gran quantitat d'aigua condensada a l'interior de alguns armaris d'emmagatzematge, causant la oxidació dels connectors i parades freqüents del sistema. A més, la filtració d'electrolit i l'evolució de gas a l'interior de la bateria també són falles comunes, que poden portar a la degradació del rendiment de la bateria i a riscos de seguretat.
2. Falles Comunes i Anàlisi de Causa del Sistema de Gestió de Bateries (BMS)
El BMS és el "cervell" del sistema d'emmagatzematge d'energia, responsable de la monitorització, protecció i gestió de l'estat de les bateries.
2.1 Falles de Comunicació
Les falles de comunicació són el problema més comú del BMS, representant el 34% de les falles relacionades amb el BMS. En el meu treball diari de depuració, les falles de comunicació es manifesten principalment com la incapacitat del BMS per interactuar normalment amb el sistema superior, sense poder transmetre les dades d'estat de la bateria o rebre ordres de control. Això sol ser causat per factors com interferències en la bus CAN, contacte deficient dels connectors i incompatibilitat de protocols. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, el protocol de comunicació entre el BMS i el PLC era incompatible, resultant en la incapació de executar correctament les ordres de càrrega i descàrrega, i una disminució de l'eficiència del sistema superior al 20%.
2.2 Desviació de l'Estimació SOC/SOH
La desviació de l'estimació SOC/SOH és una altra falla comuna del BMS. En els projectes en què he participat, si l'error d'estimació del SOC supera l'8%, pot causar que la càrrega s'interrompi massa aviat o massa tard, afectant la vida útil de la bateria i l'eficiència del sistema. La desviació de l'estimació SOC es deu principalment a factors com l'influència de la temperatura, la inconsistència de la bateria, la precisió insuficient del sensor de corrent i defects d'algoritme. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia en un entorn de temperatura elevada, l'error d'estimació del SOC del BMS arribava al 12%, resultant en que la bateria no s'utilitzés completament i afectant greument els ingressos.
2.3 Conflits de Versió de Firmware i Defectes de Programari
Els conflicts de versió de firmware i els defectes de programari són també problemes comuns del BMS. Amb la millora del nivell d'intel·ligència dels sistemes d'emmagatzematge d'energia, la complexitat del programari augmenta, i les vulnerabilitats de programari i els problemes de compatibilitat es fan cada vegada més prominents. Per exemple, el Tesla Model 3 va tenir una situació on la versió de firmware V12.7.1 del BMS era incompatible amb el sistema de control, resultant en una càrrega anormal per al 12% dels propietaris de cotxes. A més, la degradació de la precisió dels sensors del BMS i la recopilació de dades anormal també són falles comunes, que poden ser causades per factors com l'envelheciment dels sensors, interferències electromagnètiques i problemes de transmissió de senyals.
3. Falles Comunes i Anàlisi de Causa del Sistema de Conversió d'Energia (PCS)
El PCS és l'equip bàsic per a la conversió d'energia elèctrica en el sistema d'emmagatzematge d'energia, responsable de convertir la corrent contínua en alternada o viceversa.
3.1 Declivi de l'Eficiència
El declivi de l'eficiència és el problema més comú del PCS, manifestant-se principalment com una disminució de l'eficiència de conversió de càrrega i descàrrega. En el treball de mesura real que he fet, segons les dades de prova, l'eficiència mitjana de conversió de càrrega dels PCS tradicionals de dos nivells és del 95% (sobre el 30% de càrrega), i l'eficiència de conversió de descàrrega és del 96% (sobre el 30% de càrrega); mentre que el PCS que utilitza inversors de tres nivells T-típic té una eficiència mitjana de conversió de càrrega del 95,5% (sobre el 30% de càrrega) i una eficiència de conversió de descàrrega del 96,5% (sobre el 30% de càrrega). El declivi de l'eficiència sol ser causat per factors com l'envelheciment de mòduls IGBT/MOSFET, dissipació de calor deficiente i estratègies de control irrelacionades. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, el PCS va operar a temperatures altes durant molt temps, resultant en l'envelheciment de mòduls IGBT, l'eficiència va caure a menys del 93%, i els ingressos del sistema van disminuir en un 15%.
3.2 Falta de Protecció per Sobrecàrrega
La falta de protecció per sobrecàrrega és una altra falla comuna del PCS, que pot portar a danys en l'equip o fins i tot a incendis. En els casos de resolució de falles que he experimentat, la falta de protecció per sobrecàrrega sol ser causada per factors com un disseny irrelacionat del circuit de protecció, degradació de la precisió dels sensors i errors de lògica de control. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia, el PCS no va activar la protecció per sobrecàrrega a temps quan la càrrega va augmentar de manera súbita, resultant en la cremació de condensadors, el sistema va estar fora de servei durant 2 dies, i la pèrdua va superar els 100.000 yuanes. A més, falles d'inversor, harmònics excesius i tensió/corrent de sortida instables també són problemes comuns del PCS, que poden ser causats per factors com l'envelheciment de components, dissipació de calor deficiente i defects d'algoritme de control.
3.3 Grau Insuficient d'Anti-corrosió
El grau insuficient d'anti-corrosió és una falla especial del PCS en els sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, especialment en zones costaneres o d'alta humitat. En els projectes a què he anat a Guangdong, un grau insuficient d'anti-corrosió porta a la corrosió de la placa PCB, la oxidació de terminals de cable i la degradació del rendiment dels components. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial a Guangdong, degut a un grau insuficient d'anti-corrosió del PCS, durant la "retornada de l'humitat del sud", la placa PCB va ser corroïda, resultant en senyals multicanal anormals i el sistema no podia funcionar normalment.
4. Falles Comunes i Anàlisi de Causa dels Sistemes de Control de Temperatura
El sistema de control de temperatura és clau per assegurar el funcionament segur del sistema d'emmagatzematge d'energia, dividit principalment en esquemes de refrigeració per aire i per líquid.
4.1 Dissipació de Calor Deficient
La dissipació de calor deficient és el problema més comú del sistema de control de temperatura, que pot portar a un augment de la temperatura de la bateria, una disminució de l'eficiència i una reducció de la vida útil. En els projectes de gestió tèrmica en què he participat, segons la recerca, per cada increment de 10°C en la temperatura de la bateria, la seva vida útil cíclica es redueix aproximadament un 50%. La dissipació de calor deficient sol ser causada per factors com la fou del radiador, falles del ventilador, disseny irrelacionat de conductes d'aire i alta temperatura ambiental. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, degut a la fou del radiador, la temperatura de la bateria va superar els 45°C, activant la protecció del BMS, l'eficiència del sistema va disminuir en un 18%, i els ingressos van disminuir en uns 80.000 yuanes/a.
4.2 Fugas del Sistema de Refrigeració per Líquid
Les fugas del sistema de refrigeració per líquid són una de les falles més perilloses en el sistema de control de temperatura. Les fuges no només porten a una insuficiència de refrigerant i afecten l'efecte de dissipació de calor, sinó que també poden causar un curtcircuït de la bateria i falles elèctriques. En el treball de manteniment dels sistemes de refrigeració per líquid que he fet, les fuges del sistema de refrigeració per líquid solen ser causades per factors com l'envelheciment de joints, ruptura de tubs per vibracions i alliberament de connectors. Per exemple, en un armari d'emmagatzematge d'una estació receptora de GNL, degut a l'envelheciment de joints de tubs de refrigeració, va ocorrer una fuga de refrigerant, apareguent una gran quantitat d'aigua condensada a l'interior de l'armari, i el sistema es va aturar freqüentment. Segons les dades de prova, la duresa de joints de PTFE augmenta de 65 Shore D a temperatura ambiente a 85 Shore D a -70°C, i la taxa de reboteig de compressió disminueix en un 40%, que és la causa principal de les fugues.
4.3 Control de Temperatura Inequilibrat
El control de temperatura inequilibrat és un problema comú en els sistemes de refrigeració per líquid, que pot portar a l'aggravació de la inconsistència interna del paquet de bateries. En els projectes de disseny de sistemes de refrigeració per líquid en què he participat, el control de temperatura inequilibrat sol ser causat per factors com un disseny irrelacionat de tubs de refrigeració, distribució de flux desigual i defects d'algoritme de control. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, un disseny irrelacionat de tubs de refrigeració va portar a una diferència de temperatura de més de 10°C en el paquet de bateries, accelerant l'envelheciment de la bateria i acortant la vida útil del sistema en un 30%.
5. Falles Comunes i Anàlisi de Causa del Sistema de Gestió d'Energia (EMS)
L'EMS és el "comandant" del sistema d'emmagatzematge d'energia, responsable de l'optimització de la estratègia d'operació del sistema i la gestió de l'energia.
5.1 Defectes d'Algorisme
Els defectes d'algorisme són el problema més comú de l'EMS, que poden portar a estratègies de càrrega i descàrrega irrelacionades i a una reducció dels ingressos. En els projectes d'optimització de gestió d'energia en què he participat, per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, els defectes d'algorisme de l'EMS van portar a la incapacitat de preveure amb precisió el moment òptim de càrrega i descàrrega quan els preus de l'electricitat fluctuaven freqüentment, i els ingressos anuals van disminuir en uns 15%. Els defectes d'algorisme solen ser causats per factors com models imprecisos, dades històriques insuficients i configuracions de paràmetres irrelacionades.
5.2 Interrupció de Comunicació
L'interrupció de comunicació és una altra falla comuna de l'EMS, que pot portar a que el sistema no pugui rebre ordres superiors o pujar dades d'operació. En el treball de depuració de comunicacions que he fet, l'interrupció de comunicació sol ser causada per factors com incompatibilitat de protocols, interferència de xarxa i falles d'hardware. Per exemple, en un projecte d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, el protocol de comunicació entre l'EMS i el sistema de despach de la xarxa elèctrica era incompatible. Quan els preus de l'electricitat canvien en temps real, les estratègies de càrrega i descàrrega no podien ajustar-se a temps, resultant en una reducció de més del 20% en els ingressos d'arbitratge. A més, les vulnerabilitats de seguretat de dades també són problemes comuns de l'EMS, que poden portar a atacs al sistema o fuites de dades. Segons les dades de 2023, tres incidents de fuita de dades relacionats amb atacs MOVEit van classificar entre els deu incidents de fuita de dades més importants, afectant més d'un milió de persones.
En la operació i manteniment real dels sistemes d'emmagatzematge d'energia comercial i industrial, nosaltres, els professionals de primera línia, necessitem identificar amb precisió aquests tipus de falles, entendre profundament les seves causes i, a continuació, adoptar solucions orientades. Només així podem assegurar el funcionament estable del sistema, millorar l'eficiència d'ús de l'energia i ajudar les empreses a assolir millors beneficis econòmics, contribuint a la construcció d'un nou sistema d'energia.
