چه خطاها و مشکلاتی معمولاً در طول عملکرد تجهیزات مربوط به ذخیره سازی انرژی صنعتی و تجاری رخ می‌دهند

به عنوان بخش مهمی از سیستم نوین تولید و توزیع انرژی، عملکرد پایدار سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی به طور مستقیم با کارایی استفاده از انرژی و منافع اقتصادی شرکت‌ها مرتبط است. با رشد سریع ظرفیت نصب سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، نرخ خرابی تجهیزات به عامل کلیدی تاثیرگذار بر بازده سرمایه‌گذاری تبدیل شده است. بر اساس داده‌های شورای برق چین، در سال ۲۰۲۳، نسبت قطع‌های غیر برنامه‌ریزی شده ایستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی به بیش از ۵۷٪ رسید و بیش از ۸۰٪ آن‌ها به دلیل مشکلاتی مانند نقص تجهیزات، اختلالات سیستمی و یکپارچه‌سازی گسترده ایجاد شد. در سال‌های فعالیت من در خط مقدم ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، با انواع خرابی‌های سیستمی مواجه شده‌ام. حالا، من به طور سیستماتیک به تحلیل انواع خرابی‌های معمول، دلایل و راه‌حل‌های هر زیرسیستم تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی می‌پردازم تا راهنمای عملی برای عملیات و نگهداری سیستم ارائه دهم.

۱. خرابی‌های معمول و تحلیل دلایل سیستم‌های باتری

سیستم باتری به عنوان واحد اصلی ذخیره‌سازی انرژی در سیستم ذخیره‌سازی انرژی، خرابی‌های آن به طور مستقیم عملکرد کلی سیستم را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

۱.۱ سن‌گیری باتری

سن‌گیری باتری یکی از متداول‌ترین انواع خرابی در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی است که اغلب به صورت کاهش طول عمر چرخه، افزایش مقاومت داخلی و کاهش چگالی انرژی ظاهر می‌شود. در بررسی‌های میدانی من، بر اساس داده‌های ۲۰۲۳، پس از دوره خدمات ۲.۵ ساله، کاهش ظرفیت باتری‌های فسفات آهن لیتیوم به ۲۸٪ و باتری‌های لیتیوم سه‌گانه به ۴۱٪ می‌رسد که بسیار بیشتر از انتظارات صنعتی است. این کاهش عمده به دلایلی مانند سن‌گیری مواد باتری، تغییرات در ساختار الکترود و تجزیه الکترولیت ناشی می‌شود که منجر به کاهش ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی باتری و کاهش کلی کارایی سیستم می‌گردد.

۱.۲ خروج از کنترل حرارتی

خروج از کنترل حرارتی خطرناک‌ترین نوع خرابی در سیستم باتری است. یک بار رخ دادن می‌تواند منجر به آتش‌سوزی یا حتی انفجار شود. در تجربیات من در مدیریت موارد اضطراری، خروج از کنترل حرارتی معمولاً به دلیل گرادیان‌های دما نامتعارف ایجاد می‌شود. وقتی دمای داخلی باتری بیش از ۱۲۰ درجه سانتیگراد می‌شود، ممکن است واکنش زنجیره‌ای ایجاد شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی که در آن شرکت داشتم، تفاوت دما در ماژول باتری بیش از ۱۵ درجه سانتیگراد بود که مکانیسم محافظ BMS را فعال کرد و سیستم را خاموش کرد. دلایل خروج از کنترل حرارتی شامل شارژ بیش از حد، خالی شدن بیش از حد، کوتاه‌شدن خارجی، کوتاه‌شدن میکروسکوپی داخلی و آسیب مکانیکی است. از میان آن‌ها، عدم یکسانی داخل باتری عامل ریسک اصلی است.

۱.۳ اکسیداسیون و فرسودگی اتصالات باتری

اکسیداسیون و فرسودگی اتصالات باتری خرابی‌های معمول اما قابل فراموش در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی است. در محیط‌های مرطوب، که بارها در پروژه‌های ساحلی با آن مواجه شده‌ام، اتصالات باتری آسیب‌پذیر به اکسیداسیون هستند که منجر به افزایش مقاومت تماس، که باریکه‌ای گرمایی محلی و خروج از کنترل حرارتی می‌شود. به عنوان مثال، در طول "بازگشت رطوبت جنوب" در گوانگ‌دونگ، مقدار زیادی آب تراکم‌یافته در برخی از کابینت‌های ذخیره‌سازی انرژی ظاهر شد که منجر به اکسیداسیون اتصالات و خاموش شدن مکرر سیستم شد. علاوه بر این، نشت الکترولیت و تولید گاز در داخل باتری نیز خرابی‌های معمول هستند که می‌توانند منجر به کاهش عملکرد باتری و خطرات ایمنی شوند.

۲. خرابی‌های معمول و تحلیل دلایل سیستم مدیریت باتری (BMS)

BMS مغز سیستم ذخیره‌سازی انرژی است که مسئول نظارت، حفاظت و مدیریت وضعیت باتری است.

۲.۱ خرابی‌های ارتباطی

خرابی‌های ارتباطی مشکل معمول BMS است که ۳۴٪ از خرابی‌های مرتبط با BMS را تشکیل می‌دهد. در کارهای روزمره تنظیم من، خرابی‌های ارتباطی معمولاً به صورت عدم توانایی BMS برای تعامل عادی با سیستم بالاتر، عدم انتقال داده‌های وضعیت باتری یا دریافت دستورات کنترلی ظاهر می‌شود. این معمولاً به دلایلی مانند تداخل خط CAN، تماس ضعیف اتصالات و عدم سازگاری پروتکل ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، پروتکل ارتباطی بین BMS و PLC سازگار نبود که منجر به عدم توانایی اجرای صحیح دستورات شارژ و خالی شدن شد و کارایی سیستم بیش از ۲۰٪ کاهش یافت.

۲.۲ انحراف تخمین SOC/SOH

انحراف تخمین SOC/SOH خرابی دیگر معمول BMS است. در پروژه‌هایی که شرکت داشته‌ام، اگر خطای تخمین SOC بیش از ۸٪ باشد، می‌تواند منجر به پایان زودرس یا دیررس شارژ شود که تأثیر می‌گذارد بر طول عمر باتری و کارایی سیستم. انحراف تخمین SOC معمولاً به دلایلی مانند تأثیر دما، عدم یکسانی باتری، دقت کافی سنسور جریان و نقص الگوریتم ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی در محیط گرم، خطای تخمین SOC BMS به ۱۲٪ رسید که منجر به عدم استفاده کامل از باتری و تأثیر جدی بر درآمد شد.

۲.۳ تعارض نسخه‌های فرم‌ور و نقص‌های نرم‌افزاری

تعارض نسخه‌های فرم‌ور و نقص‌های نرم‌افزاری نیز مشکلات معمول BMS هستند. با افزایش سطح هوشمندی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، پیچیدگی نرم‌افزاری افزایش می‌یابد و آسیب‌پذیری‌ها و مشکلات سازگاری نرم‌افزاری بیشتر می‌شوند. به عنوان مثال، مدل ۳ تسلا یکبار وضعیتی داشت که نسخه فرم‌ور V12.7.1 BMS با سیستم کنترل سازگار نبود که منجر به شارژ نامتعارف برای ۱۲٪ از صاحبان خودرو شد. علاوه بر این، کاهش دقت سنسورهای BMS و جمع‌آوری داده‌های غیرعادی نیز خرابی‌های معمول هستند که ممکن است به دلایلی مانند فرسودگی سنسور، تداخل الکترومغناطیسی و مشکلات انتقال سیگنال ایجاد شوند.

۳. خرابی‌های معمول و تحلیل دلایل سیستم تبدیل انرژی (PCS)

PCS تجهیزات اصلی برای تبدیل انرژی الکتریکی در سیستم ذخیره‌سازی انرژی است که مسئول تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب و برعکس است.

۳.۱ کاهش کارایی

کاهش کارایی مشکل معمول PCS است که معمولاً به صورت کاهش کارایی تبدیل شارژ و خالی شدن ظاهر می‌شود. در کارهای اندازه‌گیری واقعی که انجام داده‌ام، بر اساس داده‌های آزمایش، کارایی میانگین تبدیل شارژ PCS سطح دو‌سطحی سنتی ۹۵٪ (با بار بیش از ۳۰٪) و کارایی تبدیل خالی شدن ۹۶٪ (با بار بیش از ۳۰٪) است؛ در حالی که PCS با مبدل سه‌سطحی T-نوعی کارایی میانگین تبدیل شارژ ۹۵.۵٪ (با بار بیش از ۳۰٪) و کارایی تبدیل خالی شدن ۹۶.۵٪ (با بار بیش از ۳۰٪) دارد. کاهش کارایی معمولاً به دلایلی مانند فرسودگی ماژول‌های IGBT/MOSFET، تهویه ضعیف و استراتژی‌های کنترل نامناسب ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، PCS برای مدت طولانی در دمای بالا عمل می‌کرد که منجر به فرسودگی ماژول‌های IGBT، کاهش کارایی به زیر ۹۳٪ و کاهش درآمد سیستم به ۱۵٪ شد.

۳.۲ خرابی حفاظت از بار زیاد

خرابی حفاظت از بار زیاد مشکل دیگر معمول PCS است که ممکن است منجر به آسیب تجهیزات یا حتی آتش‌سوزی شود. در موارد خرابی که تجربه کرده‌ام، خرابی حفاظت از بار زیاد معمولاً به دلایلی مانند طراحی نامناسب مدار حفاظتی، کاهش دقت سنسورها و خطاهای منطق کنترلی ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی، PCS در زمان افزایش ناگهانی بار نتوانست حفاظت از بار زیاد را به موقع فعال کند که منجر به سوختن کندکتور، خاموش شدن سیستم برای ۲ روز و زیان بیش از ۱۰۰۰۰۰ یوان شد. علاوه بر این، خرابی‌های مبدل، هارمونیک‌های زیاد و ولتاژ/جریان خروجی ناپایدار نیز مشکلات معمول PCS هستند که ممکن است به دلایلی مانند فرسودگی قطعات، تهویه ضعیف و نقص الگوریتم کنترلی ایجاد شوند.

۳.۳ کمبود درجه مقاومت در برابر فرسودگی

کمبود درجه مقاومت در برابر فرسودگی یک خرابی خاص PCS در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی است، به ویژه در مناطق ساحلی یا با رطوبت بالا. در پروژه‌هایی که در گوانگ‌دونگ شرکت داشته‌ام، کمبود درجه مقاومت در برابر فرسودگی می‌تواند منجر به فرسودگی تخته PCB، اکسیداسیون اتصالات و کاهش عملکرد قطعات شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی در گوانگ‌دونگ، به دلیل کمبود درجه مقاومت در برابر فرسودگی PCS، در طول "بازگشت رطوبت جنوب"، تخته PCB فرسوده شد که منجر به اختلال سیگنال‌های چندکانالی و عدم توانایی عملکرد سیستم شد.

۴. خرابی‌های معمول و تحلیل دلایل سیستم‌های کنترل دما

سیستم کنترل دما کلیدی برای تضمین عملکرد ایمن سیستم ذخیره‌سازی انرژی است که به طور کلی به دو طرح تهویه هوایی و سیستم خنک‌سازی مایع تقسیم می‌شود.

۴.۱ تهویه ضعیف

تهویه ضعیف مشکل معمول سیستم کنترل دما است که می‌تواند منجر به افزایش دما باتری، کاهش کارایی و کوتاه شدن طول عمر شود. در پروژه‌های مدیریت حرارتی که شرکت داشته‌ام، بر اساس تحقیقات، برای هر ۱۰ درجه سانتیگراد افزایش دما باتری، طول عمر چرخه آن تقریباً ۵۰٪ کاهش می‌یابد. تهویه ضعیف معمولاً به دلایلی مانند آلودگی رادیاتور، خرابی موتورهای بادکنک، طراحی نامناسب مجرای هوا و دمای محیط بالا ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، به دلیل آلودگی رادیاتور، دمای باتری بیش از ۴۵ درجه سانتیگراد شد که مکانیسم محافظ BMS را فعال کرد، کارایی سیستم ۱۸٪ کاهش یافت و درآمد سالانه حدود ۸۰۰۰۰ یوان کاهش یافت.

۴.۲ نشت سیستم خنک‌سازی مایع

نشت سیستم خنک‌سازی مایع یکی از خطرناک‌ترین خرابی‌ها در سیستم کنترل دما است. نشت نه تنها می‌تواند منجر به کمبود مایع خنک‌کننده و تأثیر بر کارایی تهویه شود بلکه ممکن است باعث کوتاه شدن باتری و خرابی‌های الکتریکی شود. در کارهای نگهداری سیستم‌های خنک‌سازی مایع که انجام داده‌ام، نشت سیستم خنک‌سازی مایع معمولاً به دلایلی مانند فرسودگی پوشش‌ها، شکستن لوله‌ها به دلیل ارتعاش و تخلیه اتصالات ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک کابینت ذخیره‌سازی انرژی در یک ایستگاه دریافت LNG، به دلیل فرسودگی پوشش لوله‌های خنک‌سازی مایع، نشت مایع خنک‌کننده رخ داد، مقدار زیادی آب تراکم‌یافته در داخل کابینت ظاهر شد و سیستم مکرراً خاموش شد. بر اساس داده‌های آزمایشی، سختی پوشش‌های PTFE از ۶۵ شور D در دمای اتاق به ۸۵ شور D در دمای -۷۰ درجه سانتیگراد افزایش یافت و نرخ بازگشت فشار ۴۰٪ کاهش یافت که این اصلی‌ترین دلیل نشت است.

۴.۳ کنترل دما نامساوی

کنترل دما نامساوی مشکل معمول در سیستم‌های خنک‌سازی مایع است که می‌تواند منجر به تشدید عدم یکسانی داخلی باتری‌ها شود. در پروژه‌های طراحی سیستم‌های خنک‌سازی مایع که شرکت داشته‌ام، کنترل دما نامساوی معمولاً به دلایلی مانند طراحی نامناسب لوله‌های خنک‌سازی مایع، توزیع نامساوی جریان و نقص الگوریتم کنترلی ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، طراحی نامناسب لوله‌های خنک‌سازی مایع منجر به اختلاف دما بیش از ۱۰ درجه سانتیگراد در باتری‌ها شد که سرعت فرسودگی باتری را افزایش داد و طول عمر سیستم را ۳۰٪ کاهش داد.

۵. خرابی‌های معمول و تحلیل دلایل سیستم مدیریت انرژی (EMS)

EMS فرمانده سیستم ذخیره‌سازی انرژی است که مسئول بهینه‌سازی استراتژی عملکرد سیستم و توزیع انرژی است.

۵.۱ نقص‌های الگوریتمی

نقص‌های الگوریتمی مشکل معمول EMS است که می‌تواند منجر به استراتژی‌های شارژ و خالی شدن نامناسب و کاهش درآمد شود. در پروژه‌های بهینه‌سازی مدیریت انرژی که شرکت داشته‌ام، به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، نقص‌های الگوریتمی EMS منجر به عدم توانایی پیش‌بینی دقیق زمان‌های بهینه شارژ و خالی شدن در زمان نوسانات قیمت برق شد و درآمد سالانه حدود ۱۵٪ کاهش یافت. نقص‌های الگوریتمی معمولاً به دلایلی مانند مدل‌های نادرست، داده‌های تاریخی کافی نبودن و تنظیم‌های پارامتری نامناسب ایجاد می‌شوند.

۵.۲ قطع ارتباط

قطع ارتباط مشکل دیگر معمول EMS است که می‌تواند منجر به عدم توانایی سیستم در دریافت دستورات بالاتر یا ارسال داده‌های عملکرد شود. در کارهای تنظیم ارتباط که انجام داده‌ام، قطع ارتباط معمولاً به دلایلی مانند عدم سازگاری پروتکل، تداخل شبکه و خرابی‌های سخت‌افزاری ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، در یک پروژه ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، پروتکل ارتباطی بین EMS و سیستم تنظیم شبکه برق سازگار نبود.

وقتی قیمت برق در زمان واقعی تغییر می‌کرد، استراتژی‌های شارژ و خالی شدن نتوانستند به موقع تنظیم شوند که منجر به کاهش بیش از ۲۰٪ درآمد معامله شد. علاوه بر این، آسیب‌پذیری‌های امنیت داده نیز مشکلات معمول EMS هستند که می‌توانند منجر به حملات سیستم یا نشت داده شوند. بر اساس داده‌های ۲۰۲۳، سه حادثه نشت داده مرتبط با حملات MOVEit در میان ده حادثه بزرگ نشت داده قرار گرفتند که بیش از یک میلیون نفر را تحت تاثیر قرار دادند.

در عملیات و نگهداری واقعی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی، ما کارکنان خط مقدم نیاز داریم تا به طور دقیق این انواع خرابی‌ها را شناسایی کنیم، دلایل عمیق آن‌ها را درک کنیم و سپس راه‌حل‌های موجه اتخاذ کنیم. فقط به این ترتیب می‌توانیم عملکرد پایدار سیستم را تضمین کنیم، کارایی استفاده از انرژی را افزایش دهیم و به شرکت‌ها کمک کنیم تا بهترین منافع اقتصادی را به دست آورند و همزمان در ساخت