Jaké jsou běžné poruchy, které se mohou vyskytnout během provozu zařízení souvisejících s průmyslovou a obchodní energetickou úložnou technologií?

Jako důležitá součást nového energetického systému je stabilní provoz obchodních a průmyslových systémů úložení energie přímo spojen s efektivitou využívání energie a ekonomickými výhodami podniku. S rychlým nárůstem instalovaného výkonu obchodních a průmyslových systémů úložení energie se stala frekvence poruch zařízení klíčovým faktorem ovlivňujícím návratnost investic. Podle dat Čínské asociace elektráren dosáhla v roce 2023 podíl neplánovaných výpadků u energetických stanic na úložení energie více než 57 %, z toho více než 80 % bylo způsobeno problémy jako jsou defekty zařízení, systémové anomálie a rozsáhlá integrace. Během mých let strávených na první linii v oblasti obchodního a průmyslového úložení energie jsem se zabýval různými systémovými poruchami. Nyní systémem analyzuji běžné typy poruch, jejich příčiny a řešení každého subsystému obchodních a průmyslových zařízení pro úložení energie, aby poskytl praktické pokyny pro provoz a údržbu systému.

1. Běžné poruchy a analýza příčin v bateriových systémech

Bateriový systém, jakožto jádrové jednotky úložení energie v systému úložení energie, jeho poruchy přímo ovlivňují celkovou výkonnost systému.

1.1 Stárnutí baterií

Stárnutí baterií je jedním z nejčastějších typů poruch v obchodních a průmyslových systémech úložení energie, které se projevují zejména snížením cyklického životu, zvýšením interního odporu a snížením energie hustoty. V mých terénních šetřeních, podle dat z roku 2023, po 2,5letém servisním cyklu došlo k kapacitnímu ubytí litio-železité fosfátových baterií o 28 % a litiových baterií s tříkomponentním elektrodovým materiálem o 41 %, což daleko přesahuje očekávání průmyslu. Toto ubytí je hlavně způsobeno faktory jako je stárnutí materiálu baterie, změny struktury elektrod a dekompozice elektrolytu, což vedlo ke snížení kapacity úložiště energie baterie a snížení celkové efektivity systému.

1.2 Termální únik

Termální únik je nejnebezpečnějším typem poruchy v bateriovém systému. Jakmile dojde k termálnímu úniku, může to vést k požáru nebo dokonce výbuchu. V mé zkušenosti s řešením nouzových případů je termální únik obvykle způsoben abnormálními teplotními gradienty. Když překročí vnitřní teplota baterie 120°C, může být spuštěna reakční řetězová reakce. Například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie, ve kterém jsem byl zapojen, překročil teplotní rozdíl modulu baterie 15°C, čímž byl aktivován ochranný mechanismus BMS a systém byl vypnut. Příčiny termálního úniku zahrnují přetížení, přerušení, externí krátké spojení, interní mikrokrátké spojení a mechanické poškození. Mezi nimi je největším rizikovým faktorem nekonzistence uvnitř baterie.

1.3 Oxidace a korozní poruchy spojů baterií

Oxidace a korozní poruchy spojů baterií jsou běžné, ale snadno přehlédnutelné poruchy v obchodních a průmyslových systémech úložení energie. V prostředí s vysokou vlhkostí, s nímž jsem se setkal mnohokrát v pobřežních projektech, jsou spoje baterií náchylné k oxidaci, což vede k zvýšení kontaktového odporu, což opět vede k lokálnímu přehřívání a termálnímu úniku. Například během "vrácení jižní vlhkosti" v provincii Guangdong se v některých skříních pro úložení energie objevila velká množství kondenzované vody, což vedlo k oxidaci spojů a častým vypnutím systému. Kromě toho jsou také běžné poruchy jako unikání elektrolytu a vývoj plynů uvnitř baterie, které mohou vést ke snížení výkonnosti baterie a bezpečnostním rizikům.

2. Běžné poruchy a analýza příčin systému správy baterií (BMS)

BMS je "mozek" systému úložení energie, odpovědný za monitorování stavu baterie, ochranu a správu.

2.1 Komunikační poruchy

Komunikační poruchy jsou nejčastějším problémem BMS, které představují 34 % poruch souvisejících s BMS. V mém každodenním ladění se komunikační poruchy projevují především nedostatkem normální interakce BMS s nadřazeným systémem, který nemůže přenášet data o stavu baterie nebo přijímat příkazy k ovládání. Je to obvykle způsobeno faktory jako je rušení CAN sběrnice, špatný kontakt konektorů a nekompatibilita protokolů. Například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie byl komunikační protokol mezi BMS a PLC nekompatibilní, což vedlo k nemožnosti správného provedení příkazů k nabíjení a vybíjení a klesání efektivity systému o více než 20 %.

2.2 Odchylka odhadu SOC/SOH

Odchylka odhadu SOC/SOH je další běžnou poruchou BMS. V projektech, ve kterých jsem se zúčastnil, pokud přesáhne chyba odhadu SOC 8 %, může to vést k předčasnému nebo pozdnímu ukončení nabíjení, což ovlivní životnost baterie a efektivitu systému. Odchylka odhadu SOC je hlavně způsobena faktory jako je vliv teploty, nekonzistence baterií, nedostatečná přesnost senzorů proudu a algoritmické nedostatky. Například v projektu úložení energie v prostředí s vysokou teplotou byla chyba odhadu SOC BMS až 12 %, což vedlo k tomu, že baterie nebyla plně využita a zásadně ovlivnila výnosy.

2.3 Konflikty verzí firmware a softwarové nedostatky

Konflikty verzí firmware a softwarové nedostatky jsou také běžné problémy BMS. S rostoucím stupněm inteligence systémů úložení energie se zvyšuje složitost softwaru a stávají se stále výraznější bezpečnostní díry a problémy s kompatibilitou. Například Tesla Model 3 jednou zažila situaci, kdy verze firmware BMS V12.7.1 byla nekompatibilní s ovládacím systémem, což vedlo k neobvyklému nabíjení u 12 % majitelů vozů. Kromě toho i degradace přesnosti senzorů BMS a neobvyklé shromažďování dat jsou běžné poruchy, které mohou být způsobeny faktory jako je stárnutí senzorů, elektromagnetické rušení a problémy s přenosem signálů.

3. Běžné poruchy a analýza příčin systému převodu energie (PCS)

PCS je klíčové zařízení pro převod elektrické energie v systému úložení energie, odpovědné za převod stejnosměrného proudu na střídavý proud a naopak.

3.1 Snížení efektivity

Snížení efektivity je nejčastějším problémem PCS, který se projevuje zejména snížením efektivity převodu při nabíjení a vybíjení. V mých skutečných měřeních, podle testovacích dat, má průměrná efektivita převodu při nabíjení tradičních dvouúrovňových PCS 95 % (nad 30 % zatížení) a efektivita převodu při vybíjení 96 % (nad 30 % zatížení); zatímco PCS používající inverzory T-typu tříúrovňové mají průměrnou efektivitu převodu při nabíjení 95,5 % (nad 30 % zatížení) a efektivitu převodu při vybíjení 96,5 % (nad 30 % zatížení). Snížení efektivity je obvykle způsobeno faktory jako je stárnutí modulů IGBT/MOSFET, špatná tepelná odvodení a nevhodné kontrolované strategie. Například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie byl PCS dlouhou dobu provozován při vysokých teplotách, což vedlo ke stárnutí modulů IGBT, efektivita klesla pod 93 % a výnos systému klesl o 15 %.

3.2 Selhání ochrany při přetížení

Selhání ochrany při přetížení je další běžnou poruchou PCS, která může vést k poškození zařízení nebo dokonce k požáru. V případech řešení poruch, které jsem zaznamenal, je selhání ochrany při přetížení obvykle způsobeno faktory jako je nevhodná konstrukce ochranného obvodu, degradace přesnosti senzorů a chyby v kontrolované logice. Například v projektu úložení energie PCS neaktivoval včas ochranu při přetížení, když se náhlým způsobem zvýšilo zatížení, což vedlo k shoření kondenzátoru, systém byl mimo provoz po 2 dny a ztráta přesáhla 100 000 CNY. Kromě toho jsou také běžné poruchy inverterů, nadměrné harmonické složky a nestabilita výstupního napětí/proudu, které mohou být způsobeny faktory jako je stárnutí komponent, špatná tepelná odvodení a algoritmické nedostatky.

3.3 Nedostatečná stupeň protikorozní ochrany

Nedostatečná stupeň protikorozní ochrany je specifickou poruchou PCS v obchodních a průmyslových systémech úložení energie, zejména v pobřežních nebo vysoko vlhkých oblastech. V projektech, které jsem navštívil v provincii Guangdong, může nedostatečná stupeň protikorozní ochrany vést k korozí desek PCB, oxidaci terminálů a degradaci výkonnosti komponent. Například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie v provincii Guangdong, kvůli nedostatečné stupeň protikorozní ochrany PCS, během "vrácení jižní vlhkosti", byla deska PCB poškozena korozí, což vedlo k anomálním signálům na více kanálech a systém nemohl pracovat normálně.

4. Běžné poruchy a analýza příčin systému řízení teploty

Systém řízení teploty je klíčovým prvkem pro zajištění bezpečného provozu systému úložení energie, rozdělený do vzduchotechnických a kapalinových schémat.

4.1 Špatné tepelné odvodení

Špatné tepelné odvodení je nejčastějším problémem systému řízení teploty, které může vést k zvýšení teploty baterií, snížení efektivity a zkrácení životnosti. V projektech řízení tepla, v nichž jsem se zúčastnil, podle výzkumu, pro každé 10°C zvýšení teploty baterie, se její cyklický život zkrátí přibližně o 50 %. Špatné tepelné odvodení je obvykle způsobeno faktory jako je znečištění chladiče, selhání ventilátorů, nevhodná konstrukce vzduchových potrubí a vysoká okolní teplota. Například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie, kvůli znečištění chladiče, překročila teplota baterií 45°C, což aktivovalo ochranu BMS, efektivita systému klesla o 18 % a výnosy klesly přibližně o 80 000 CNY/rok.

4.2 Únik kapalinového chladicího systému

Únik kapalinového chladicího systému je jednou z nejnebezpečnějších poruch v systému řízení teploty. Únik nejen omezí množství chladiva a ovlivní tepelné odvodení, ale může také způsobit krátké spojení baterie a elektrické poruchy. V údržbě kapalinových chladicích systémů, kterou jsem prováděl, je únik kapalinového chladicího systému obvykle způsoben faktory jako je stárnutí těsnění, prasknutí potrubí způsobené vibrací a uvolnění spojů. Například v skříni pro úložení energie LNG terminálu, kvůli stárnutí těsnění kapalinového chladicího potrubí, došlo k úniku chladiva, v interiéru skříně se objevila velká množství kondenzované vody a systém často vypadal. Podle testovacích dat se tvrdost těsnění PTFE zvýšila z 65 Shore D při pokojové teplotě na 85 Shore D při -70°C, a koeficient pružnosti se snížil o 40 %, což je hlavní příčinou úniku.

4.3 Nerovnoměrné řízení teploty

Nerovnoměrné řízení teploty je běžným problémem v kapalinových chladicích systémech, který může vést k zhoršení vnitřní nekonzistence balíku baterií. V projektech návrhu kapalinových chladicích systémů, ve kterých jsem se zúčastnil, je nerovnoměrné řízení teploty obvykle způsobeno faktory jako je nevhodná konstrukce kapalinových chladicích potrubí, nerovnoměrné rozdělení proudu a algoritmické nedostatky. Například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie, nevhodná konstrukce kapalinových chladicích potrubí vedla k teplotnímu rozdílu přesahující 10°C v balíku baterií, což urychlilo stárnutí baterií a zkrátilo životnost systému o 30 %.

5. Běžné poruchy a analýza příčin systému správy energií (EMS)

EMS je "velitelem" systému úložení energie, odpovědným za optimalizaci operační strategie systému a dispečinku energie.

5.1 Algoritmické nedostatky

Algoritmické nedostatky jsou nejčastějším problémem EMS, které mohou vést k nevhodným strategiím nabíjení a vybíjení a snížení výnosů. V projektech optimalizace správy energií, ve kterých jsem se zúčastnil, například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie, vedly algoritmické nedostatky EMS k neschopnosti přesně předpovědět optimální časy nabíjení a vybíjení při častých fluktuacích cen elektřiny, a roční výnosy klesly přibližně o 15 %. Algoritmické nedostatky jsou obvykle způsobeny faktory jako jsou nepřesné modely, nedostatek historických dat a nevhodné nastavení parametrů.

5.2 Přerušení komunikace

Přerušení komunikace je další běžnou poruchou EMS, které může vést k tomu, že systém nebude schopen přijímat příkazy z vyšších systémů nebo nahrávat operační data. V práci s laděním komunikace, kterou jsem prováděl, je přerušení komunikace obvykle způsobeno faktory jako je nekompatibilita protokolů, síťové rušení a hardwarové selhání. Například v projektu obchodního a průmyslového úložení energie byl komunikační protokol mezi EMS a dispečerským systémem elektrické sítě nekompatibilní. Když se ceny elektřiny měnily v reálném čase, strategie nabíjení a vybíjení se nedaly včas upravit, což vedlo ke snížení výnosů z arbitráže o více než 20 %. Kromě toho jsou také běžné problémy s bezpečností dat EMS, které mohou vést k útokům na systém nebo uniku dat. Podle dat z roku 2023 se tři incidenty uniku dat související s útoky MOVEit řadily mezi deset největších incidentů uniku dat, které ovlivnily více než milion lidí.

V skutečném provozu a údržbě obchodních a průmyslových systémů úložení energie musíme my frontoví pracovníci přesně identifikovat tyto typy poruch, hluboce pochopit jejich příčiny a pak uplatnit cílená řešení. Jen tak můžeme zajistit stabilní provoz systému, zlepšit efektivitu využívání energie a pomoci podnikům dosáhnout lepších ekonomických výsledků, zároveň přispívajíce k vytváření nového energetického systému.