¿Cuáles son las fallas comunes que ocurren durante la operación de equipos relacionados con el almacenamiento de energía industrial y comercial?
Como una parte importante del nuevo sistema de energía, la operación estable de los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial está directamente relacionada con la eficiencia de utilización de la energía y los beneficios económicos de las empresas. Con el rápido crecimiento de la capacidad instalada de almacenamiento de energía comercial e industrial, la tasa de fallas del equipo se ha convertido en un factor clave que afecta la rentabilidad de la inversión. Según datos del Consejo de Electricidad de China, en 2023, la proporción de interrupciones no planificadas de estaciones de almacenamiento de energía alcanzó más del 57%, y más del 80% de ellas fueron causadas por problemas como defectos de equipos, anomalías del sistema y amplia integración. En mis años de práctica en primera línea en el almacenamiento de energía comercial e industrial, he tratado con diversas fallas del sistema. Ahora, analizaré sistemáticamente los tipos de fallas comunes, sus causas y soluciones para cada subsistema de los equipos de almacenamiento de energía comercial e industrial, para proporcionar orientación práctica para la operación y mantenimiento del sistema.
1. Análisis de Fallas Comunes y Causas de Sistemas de Baterías
El sistema de baterías, como la unidad central de almacenamiento de energía del sistema de almacenamiento, sus fallas afectan directamente el rendimiento general del sistema.
1.1 Envejecimiento de Baterías
El envejecimiento de las baterías es uno de los tipos de fallas más comunes en los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial, manifestándose principalmente como atenuación del ciclo de vida, aumento de la resistencia interna y disminución de la densidad de energía. En mis investigaciones in situ, según los datos de 2023, después de un ciclo de servicio de 2.5 años, la atenuación de la capacidad de las baterías de hierro fósforo litio alcanza el 28%, y la de las baterías de litio ternario alcanza el 41%, superando con creces las expectativas de la industria. Esta atenuación se debe principalmente a factores como el envejecimiento del material de la batería, cambios en la estructura del electrodo y la descomposición del electrolito, lo que resulta en una disminución de la capacidad de almacenamiento de energía de la batería y una reducción en la eficiencia general del sistema.
1.2 Fuga Térmica
La fuga térmica es el tipo de falla más peligroso en el sistema de baterías. Una vez que ocurre, puede llevar a incendios o incluso explosiones. En mi experiencia en el manejo de casos de emergencia, la fuga térmica suele ser causada por gradientes de temperatura anormales. Cuando la temperatura interna de la batería supera los 120°C, puede desencadenarse una reacción en cadena. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial en el que participé, la diferencia de temperatura del módulo de batería excedió los 15°C, activando el mecanismo de protección del BMS y causando el apagado del sistema. Las causas de la fuga térmica incluyen sobrecarga, descarga excesiva, cortocircuito externo, microcortocircuito interno y daño mecánico. Entre ellas, la inconsistencia interna de la batería es el principal factor de riesgo.
1.3 Oxidación y Corrosión de Conectores de Baterías
La oxidación y corrosión de los conectores de baterías son fallas comunes pero fácilmente pasadas por alto en los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial. En entornos de alta humedad, que he encontrado muchas veces en proyectos costeros, los conectores de baterías son propensos a la oxidación, lo que resulta en un aumento de la resistencia de contacto, lo que a su vez causa sobrecalentamiento local y fuga térmica. Por ejemplo, durante el "retorno de la humedad del sur" en Guangdong, apareció una gran cantidad de condensación dentro de algunos gabinetes de almacenamiento de energía, causando la oxidación de los conectores y apagados frecuentes del sistema. Además, la fuga de electrolito y la evolución de gases dentro de la batería también son fallos comunes, que pueden llevar a la degradación del rendimiento de la batería y a riesgos de seguridad.
2. Análisis de Fallas Comunes y Causas del Sistema de Gestión de Baterías (BMS)
El BMS es el "cerebro" del sistema de almacenamiento de energía, responsable de la supervisión, protección y gestión del estado de la batería.
2.1 Fallos de Comunicación
Los fallos de comunicación son el problema más común del BMS, representando el 34% de las fallas relacionadas con el BMS. En mi trabajo diario de depuración, los fallos de comunicación se manifiestan principalmente como la incapacidad del BMS para interactuar normalmente con el sistema superior, no pudiendo transmitir datos del estado de la batería o recibir comandos de control. Esto suele ser causado por factores como interferencias en el bus CAN, mal contacto de los conectores y incompatibilidad de protocolos. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial, el protocolo de comunicación entre el BMS y el PLC era incompatible, lo que resultó en la incapacidad de ejecutar correctamente los comandos de carga y descarga, y la eficiencia del sistema disminuyó más del 20%.
2.2 Desviación de Estimación de SOC/SOH
La desviación de estimación de SOC/SOH es otra falla común del BMS. En los proyectos en los que he participado, si el error de estimación de SOC supera el 8%, causará que la carga termine demasiado temprano o tarde, afectando la vida útil de la batería y la eficiencia del sistema. La desviación de estimación de SOC se debe principalmente a factores como la influencia de la temperatura, la inconsistencia de la batería, la insuficiente precisión del sensor de corriente y defectos de algoritmo. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía en un entorno de alta temperatura, el error de estimación de SOC del BMS fue tan alto como 12%, lo que resultó en que la batería no se utilizara completamente y afectó seriamente los ingresos.
2.3 Conflictos de Versión de Firmware y Defectos de Software
Los conflictos de versión de firmware y los defectos de software también son problemas comunes del BMS. Con el aumento del nivel de inteligencia de los sistemas de almacenamiento de energía, la complejidad del software aumenta, y las vulnerabilidades de software y problemas de compatibilidad se vuelven cada vez más prominentes. Por ejemplo, el Tesla Model 3 tuvo una situación en la que la versión de firmware V12.7.1 del BMS era incompatible con el sistema de control, lo que resultó en una carga anormal para el 12% de los propietarios de vehículos. Además, la degradación de la precisión de los sensores del BMS y la recolección de datos anormal también son fallos comunes, que pueden ser causados por factores como el envejecimiento de los sensores, la interferencia electromagnética y los problemas de transmisión de señales.
3. Análisis de Fallas Comunes y Causas del Sistema de Conversión de Potencia (PCS)
El PCS es el equipo central para la conversión de energía eléctrica en el sistema de almacenamiento de energía, responsable de convertir corriente continua en alterna y viceversa.
3.1 Disminución de Eficiencia
La disminución de eficiencia es el problema más común del PCS, manifestándose principalmente como una disminución en la eficiencia de conversión de carga y descarga. En el trabajo de medición real que he realizado, según los datos de prueba, la eficiencia promedio de conversión de carga de un PCS de dos niveles tradicional es del 95% (con una carga superior al 30%), y la eficiencia de conversión de descarga es del 96% (con una carga superior al 30%); mientras que el PCS que utiliza inversores de tres niveles tipo T tiene una eficiencia promedio de conversión de carga del 95.5% (con una carga superior al 30%) y una eficiencia de conversión de descarga del 96.5% (con una carga superior al 30%). La disminución de eficiencia suele ser causada por factores como el envejecimiento de módulos IGBT/MOSFET, mala disipación de calor y estrategias de control poco razonables. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial, el PCS operó a altas temperaturas durante mucho tiempo, lo que resultó en el envejecimiento de los módulos IGBT, la eficiencia cayó por debajo del 93%, y los ingresos del sistema disminuyeron en un 15%.
3.2 Fallo de Protección contra Sobrecarga
El fallo de protección contra sobrecarga es otra falla común del PCS, que puede llevar a daños en el equipo o incluso incendios. En los casos de manejo de fallas que he experimentado, el fallo de protección contra sobrecarga suele ser causado por factores como un diseño poco razonable del circuito de protección, degradación de la precisión de los sensores y errores de lógica de control. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía, el PCS no activó la protección contra sobrecarga a tiempo cuando la carga aumentó repentinamente, lo que resultó en la quema de los capacitores, el sistema estuvo fuera de servicio durante 2 días, y la pérdida superó los 100,000 yuanes. Además, las fallas del inversor, los armónicos excesivos y la tensión/corriente de salida inestable también son problemas comunes del PCS, que pueden ser causados por factores como el envejecimiento de los componentes, mala disipación de calor y defectos en el algoritmo de control.
3.3 Grado Insuficiente de Resistencia a la Corrosión
Un grado insuficiente de resistencia a la corrosión es una falla especial del PCS en los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial, especialmente en áreas costeras o de alta humedad. En los proyectos en los que he estado en Guangdong, un grado insuficiente de resistencia a la corrosión lleva a la corrosión de la placa PCB, la oxidación de los terminales de cableado y la degradación del rendimiento de los componentes. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial en Guangdong, debido a un grado insuficiente de resistencia a la corrosión del PCS, durante el "retorno de la humedad del sur", la placa PCB se corroyó, resultando en señales multicanal anormales y el sistema no pudo operar normalmente.
4. Análisis de Fallas Comunes y Causas de Sistemas de Control de Temperatura
El sistema de control de temperatura es clave para garantizar la operación segura del sistema de almacenamiento de energía, dividido principalmente en esquemas de enfriamiento por aire y líquido.
4.1 Mala Disipación de Calor
La mala disipación de calor es el problema más común del sistema de control de temperatura, que puede llevar a un aumento en la temperatura de la batería, una disminución de la eficiencia y una reducción de la vida útil. En los proyectos de gestión térmica en los que he participado, según la investigación, por cada aumento de 10°C en la temperatura de la batería, su vida útil de ciclo se acorta aproximadamente en un 50%. La mala disipación de calor suele ser causada por factores como la suciedad del radiador, fallos de ventiladores, diseño de ductos de aire poco razonable y alta temperatura ambiental. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial, debido a la suciedad del radiador, la temperatura de la batería superó los 45°C, activando la protección del BMS, la eficiencia del sistema disminuyó en un 18%, y los ingresos disminuyeron en aproximadamente 80,000 yuanes/año.
4.2 Fugas en el Sistema de Enfriamiento por Líquido
Las fugas en el sistema de enfriamiento por líquido son una de las fallas más peligrosas en el sistema de control de temperatura. Las fugas no solo llevan a una insuficiencia de refrigerante y afectan la eficacia de la disipación de calor, sino que también pueden causar cortocircuitos en la batería y fallos eléctricos. En el trabajo de mantenimiento de sistemas de enfriamiento por líquido que he realizado, las fugas en el sistema de enfriamiento por líquido suelen ser causadas por factores como el envejecimiento de los sellos, la ruptura de las tuberías por vibración y el aflojamiento de los conectores. Por ejemplo, en un gabinete de almacenamiento de energía de una estación de recepción de GNL, debido al envejecimiento de los sellos de las tuberías de enfriamiento por líquido, ocurrió una fuga de refrigerante, apareció una gran cantidad de condensación dentro del gabinete, y el sistema se apagó frecuentemente. Según los datos de prueba, la dureza de los sellos de PTFE aumenta de 65 Shore D a temperatura ambiente a 85 Shore D a -70°C, y la tasa de rebote de compresión disminuye en un 40%, lo que es la causa principal de las fugas.
4.3 Control de Temperatura Inhomogéneo
El control de temperatura inhomogéneo es un problema común en los sistemas de enfriamiento por líquido, que puede llevar a la exacerbación de la inconsistencia interna de la batería. En los proyectos de diseño de sistemas de enfriamiento por líquido en los que he participado, el control de temperatura inhomogéneo suele ser causado por factores como un diseño poco razonable de las tuberías de enfriamiento por líquido, distribución de flujo desigual y defectos de algoritmo de control. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial, un diseño poco razonable de las tuberías de enfriamiento por líquido llevó a una diferencia de temperatura de más de 10°C en la batería, acelerando el envejecimiento de la batería y acortando la vida útil del sistema en un 30%.
5. Análisis de Fallas Comunes y Causas del Sistema de Gestión de Energía (EMS)
El EMS es el "comandante" del sistema de almacenamiento de energía, responsable de la optimización de la estrategia de operación del sistema y la programación de la energía.
5.1 Defectos de Algoritmos
Los defectos de algoritmos son el problema más común del EMS, que pueden llevar a estrategias de carga y descarga poco razonables y a una reducción de los ingresos. En los proyectos de optimización de gestión de energía en los que he participado, por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial, los defectos de algoritmos del EMS llevaron a la incapacidad de predecir con precisión el momento óptimo de carga y descarga cuando los precios de la electricidad fluctuaban frecuentemente, y los ingresos anuales disminuyeron en aproximadamente un 15%. Los defectos de algoritmos suelen ser causados por factores como modelos inexactos, datos históricos insuficientes y configuraciones de parámetros poco razonables.
5.2 Interrupción de Comunicación
La interrupción de comunicación es otro fallo común del EMS, que puede llevar a que el sistema no pueda recibir comandos superiores o subir datos de operación. En el trabajo de depuración de comunicaciones que he realizado, la interrupción de comunicación suele ser causada por factores como incompatibilidad de protocolos, interferencia de red y fallos de hardware. Por ejemplo, en un proyecto de almacenamiento de energía comercial e industrial, el protocolo de comunicación entre el EMS y el sistema de despacho de la red eléctrica era incompatible. Cuando los precios de la electricidad cambiaban en tiempo real, las estrategias de carga y descarga no podían ajustarse a tiempo, lo que resultó en una reducción de más del 20% en los ingresos por arbitraje. Además, las vulnerabilidades de seguridad de datos también son problemas comunes del EMS, que pueden llevar a ataques al sistema o filtraciones de datos. Según los datos de 2023, tres incidentes de filtración de datos relacionados con ataques MOVEit figuraron entre los diez principales incidentes de filtración de datos, afectando a más de un millón de personas.
En la operación y mantenimiento reales de los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial, los practicantes de primera línea necesitamos identificar con precisión estos tipos de fallas, entender profundamente sus causas y luego tomar soluciones dirigidas. Solo de esta manera podemos garantizar la operación estable del sistema, mejorar la eficiencia de utilización de la energía y ayudar a las empresas a lograr mejores beneficios económicos, contribuyendo a la construcción de un nuevo sistema de energía.
