Mitkä ovat yleisiä vikoja teollisen ja kaupallisen energiavarastoinnin liittyvissä laitteissa toiminnan aikana?

Kuinka tärkeä osa uudesta sähköjärjestelmästä, kaupallisten ja teollisten energiavarastojen vakaa toiminta on suoraan liittyvä energiahyödyntämisen tehokkuuteen ja yritysten taloudellisiin hyötyihin. Kaupallisten ja teollisten energiavarastojen asennettujen kapasiteettien nopeasta kasvusta huolimatta laitteiston vikaosuus on muodostunut avaintekijäksi, joka vaikuttaa sijoitustuloihin. Kiinan sähköyhtiöiden datan mukaan vuonna 2023 energiavarastoaasemien suunnitelmattomien sammumisten osuus oli yli 57 %, ja yli 80 % niistä johtui ongelmiin kuten laiterakenteisiin, järjestelmän epämuodollisuuteen ja laajamittaiseen integraatioon. Vuosien kokemuksen pohjalta kaupallisten ja teollisten energiavarastojen eturintamassa olen käsitellyt erilaisia järjestelmävikkoja. Nyt aion järjestelmällisesti analysoida kaupallisten ja teollisten energiavarastolaitteiden kunkin alajärjestelmän yleisiä vikatyyppejä, syitä ja ratkaisuja, jotta annan käytännön ohjeita järjestelmän hallinnointiin ja huoltoon.

1. Akkujärjestelmien yleiset vikat ja niiden syyanalyysi

Akkujärjestelmä, joka on energiavarastojärjestelmän keskeinen energiavarasto, sen vikat vaikuttavat suoraan järjestelmän kokonaiskäyttäytymiseen.

1.1 Akun ikääntyminen

Akun ikääntyminen on yksi yleisimmistä vikatyypeistä kaupallissa ja teollisessa energiavarastossa, mikä ilmenee pääasiassa syklivuoden heikkenemisenä, sisäisen vastuksen lisääntymisenä ja energiatiheyden vähenemisenä. Paikan päällä tekemissäni tutkimuksissa 2023:n datan mukaan 2,5-vuotisen käyttökauden jälkeen rautifosfattiliitin akkujen kapasiteetin heikkeneminen on 28 %, ja kolmiossaarten litiumakkujen 41 %, mikä on kaukana alan odotuksista. Tämä heikkeneminen johtuu pääasiassa tekijöihin, kuten akun materiaalien vanhentumiseen, anode-rakenteen muutoksiin ja elektrolyytilleen hajoamiseen, mikä johtaa akun energiavarastokyvyn vähenemiseen ja järjestelmän kokonaiskäyttötulosten laskemiseen.

1.2 Lämpötilan poikkeama

Lämpötilan poikkeama on vaarallisimpia vikatyyppejä akkujärjestelmässä. Kun se tapahtuu, se voi johtaa paloon tai jopa räjähdykseen. Kriittisten tilanteiden käsittelyssä lämpötilan poikkeama on yleensä aiheutunut epätavallisista lämpötilagradienteistä. Kun akun sisäinen lämpötila ylittää 120°C, voidaan aktivoida ketjureaktio. Esimerkiksi osallistuessani kauppateolliseen energiavarastoprojektiin, akun moduulin lämpötilaero ylitti 15°C, aktivoi BMS-suojamekanismi ja sai järjestelmän sammumaan. Lämpötilan poikkeaman aiheuttajina ovat ylikuukausi, ylipuskurointi, ulkoinen lyhyys, sisäinen mikrolyhyys ja mekaaninen vahingoitus. Niistä sisäisen akun eheys on pääasiallinen riskitekijä.

1.3 Akun kytkentöjen oksidointi ja korroositio

Akun kytkentöjen oksidointi ja korroositio ovat yleisiä, mutta helposti jääviä huomiotta jättäviä vikoja kaupallissa ja teollisissa energiavarastojärjestelmissä. Korkeankosteisissa ympäristöissä, jotka olen kohtanut useissa rannikkoprosesseissa, akun kytkentöjä on havaittu oksidoituvan, mikä johtaa kontaktivastuksen kasvuun, mikä puolestaan aiheuttaa paikallisen lämpötilan nousun ja lämpötilan poikkeaman. Esimerkiksi Guangdongin "lämpimässä kosteudessa" energiavaraston sisällä esiintyi paljon kondensaattia, mikä aiheutti kytkentöjen oksidoinnin ja järjestelmän säännöllisen sammumisen. Lisäksi akun sisällä olevan elektrolyytilleen valumi ja kaasuvaluminen ovat myös yleisiä vikoja, jotka voivat johtaa akun tehokkuuden heikkenemiseen ja turvallisuushaittoihin.

2. Yleiset vikat ja niiden syyanalyysi akun hallintajärjestelmässä (BMS)

BMS on energiavarastojärjestelmän "ajatuskeskus", joka on vastuussa akun tilan valvonnasta, suojauksesta ja hallinnasta.

2.1 Viestintävirheet

Viestintävirheet ovat BMS:n yleisin ongelma, joka edustaa 34 % BMS-liittyvistä virheistä. Arkipäivän debuggaustyössä viestintävirheet ilmenevät pääasiassa BMS:n kyvyttömyytenä normaalisti vuorovaikuttaa ylemmän tason järjestelmän kanssa, mikä estää akun tilan tiedon siirtämisen tai ohjauskomennon vastaanottamisen. Tämä on yleensä aiheutunut CAN-bussin häiriöistä, huonommasta kytkentästä ja protokollan yhteensopivuuden puutteesta. Esimerkiksi kaupallinen ja teollinen energiavarastoprojekti, BMS:n ja PLC:n välisen viestintäprotokollan soveltamattomuus johti siihen, että lataus- ja purkukomennot ei suoritettu oikein, ja järjestelmän tehokkuus väheni yli 20 %.

2.2 SOC/SOH-arvioinnin poikkeama

SOC/SOH-arvioinnin poikkeama on toinen yleinen BMS-virhe. Osallistuessani projekteihin, jos SOC-arvioinnin virhe ylittää 8 %, se saattaa aiheuttaa latauksen loppumisen liian aikaisin tai myöhään, mikä vaikuttaa akun elinkaareen ja järjestelmän tehokkuuteen. SOC-arvioinnin poikkeama johtuu pääasiassa tekijöihin, kuten lämpötilan vaikutukseen, akun eheytymiseen, kulmakulman tarkkuuden puutteeseen ja algoritmin puutteisiin. Esimerkiksi korkean lämpötilan olosuhteissa energiavarastoprojektissa BMS:n SOC-arvioinnin virhe oli 12 %, mikä aiheutti akun epätäydellisen käytön ja vakavaa tuloverlusta.

2.3 Ohjaimen versioristiriidat ja ohjelmistovirheet

Ohjaimen versioristiriidat ja ohjelmistovirheet ovat myös yleisiä BMS-ongelmia. Energiavarastojärjestelmien älytason parantuessa ohjelmiston monimutkaisuus kasvaa, ja ohjelmiston haavoittuvuudet ja yhteensopivuusongelmat tulevat yhä enemmän esille. Esimerkiksi Tesla Model 3:ssa oli tilanne, jossa BMS-ohjainversio V12.7.1 oli yhteensopimaton ohjausjärjestelmän kanssa, mikä aiheutti 12 % auton omistajien latauksen epänormaaliin toimintaan. Lisäksi BMS-sensorin tarkkuuden heikkeneminen ja datakeruun poikkeamat ovat myös yleisiä vikoja, jotka voivat johtua sensorin vanhentumiseen, sähkömagneettiseen häiriöön ja signaalien siirtymisen ongelmiin.

3. Yleiset vikat ja niiden syyanalyysi sähkömuuntajajärjestelmässä (PCS)

PCS on energiavarastojärjestelmän keskeinen laite, joka on vastuussa sähköenergian muuntamisesta suoraan vaihtovaltaan tai päinvastoin.

3.1 Tehokkuuden heikkeneminen

Tehokkuuden heikkeneminen on PCS:n yleisin ongelma, joka ilmenee pääasiassa lataus- ja purkukonvertoinnin tehokkuuden vähenemisenä. Tekemässäni mittauksissa testidatan mukaan perinteisen kaksitasoisen PCS:n keskimääräinen latauskonvertoinnin tehokkuus on 95 % (yli 30 % kuormituksen), ja purkukonvertoinnin tehokkuus on 96 % (yli 30 % kuormituksen); kun taas T-tyyppisessä kolmistasoisen invertterin PCS:ssä keskimääräinen latauskonvertoinnin tehokkuus on 95,5 % (yli 30 % kuormituksen) ja purkukonvertoinnin tehokkuus on 96,5 % (yli 30 % kuormituksen). Tehokkuuden heikkeneminen on yleensä aiheutunut IGBT/MOSFET-moduulien vanhentumisesta, huonommasta lämmityksestä ja epäasianmukaisista ohjausstrategioista. Esimerkiksi kaupallinen ja teollinen energiavarastoprojekti, PCS:n pitkäaikainen korkean lämpötilan toiminta johti IGBT-moduulien vanhentumiseen, tehokkuuden laski alle 93 %, ja järjestelmän tuotto väheni 15 %.

3.2 Ylivuoto-esteiden epäonnistuminen

Ylivuoto-esteiden epäonnistuminen on toinen yleinen PCS-virhe, joka voi johtaa laitteiden vahingoittumiseen tai jopa paloon. Käsitelleissäni vikatapauksissa ylivuoto-esteiden epäonnistuminen on yleensä aiheutunut epäasianmukaisesta suojauspiirin suunnittelusta, sensorin tarkkuuden heikkenemisestä ja ohjausloogian virheistä. Esimerkiksi energiavarastoprojektissa PCS ei onnistunut aktivoida ylivuoto-esteitä ajalla, kun kuormitus kasvoi nopeasti, mikä johti kondensaattorin poltumiseen, järjestelmä oli pois päältä 2 päivää, ja vahingot olivat yli 100 000 yuania. Lisäksi inverterivikat, ylijäämäharmoniat ja epävakaa ulostulojännite/tiheys ovat myös yleisiä PCS-ongelmia, jotka voivat johtua komponenttien vanhentumiseen, huonommasta lämmityksestä ja ohjausalgoritmin puutteisiin.

3.3 Riittämätön anti-korroosiokategoria

Riittämätön anti-korroosiokategoria on erityinen PCS-vika kaupallisissa ja teollisissa energiavarastojärjestelmissä, erityisesti rannikkoseuduilla tai korkeankosteisissa alueilla. Oleskellessani projektissa Guangdongissa riittämätön anti-korroosiokategoria johti PCB-pinnan korrosoitumiseen, kytkentäpäätteiden oksidointiin ja komponenttien tehokkuuden heikkenemiseen. Esimerkiksi kaupallinen ja teollinen energiavarastoprojekti Guangdongissa, PCS:n riittämättömän anti-korroosiokategorian takia "lämpimässä kosteudessa" PCB-pinnan korrosoituminen johti monikanavisten signaalien epänormaaliseen toimintaan, ja järjestelmä ei voinut toimia normaalisti.

4. Yleiset vikat ja niiden syyanalyysi lämpötilanhallintajärjestelmässä

Lämpötilanhallintajärjestelmä on avain, joka varmistaa energiavarastojärjestelmän turvallisen toiminnan, ja se on pääasiassa jaettu ilmajäähdytys- ja nestejäähdytysratkaisuihin.

4.1 Heikko lämmönpoisto

Heikko lämmönpoisto on lämpötilanhallintajärjestelmän yleisin ongelma, joka voi johtaa akun lämpötilan nousuun, tehokkuuden laskuun ja käyttöikänsä lyhentymiseen. Osallistuessani lämpöhallintaprojekteihin tutkimuksen mukaan akun lämpötilan jokainen 10°C:n nousu lyhentää sen kiertovuotta noin 50 %. Heikko lämmönpoisto on yleensä aiheutunut radiaattorin likaisuudesta, tuuletusten vikojen, epäasianmukaisesta ilmakuljetuskanavan suunnittelusta ja korkeasta ympäristölämpötilasta. Esimerkiksi kaupallinen ja teollinen energiavarastoprojekti, radiaattorin likaisuuden takia akun lämpötila ylitti 45°C, aktivoi BMS-suojamekanismi, järjestelmän tehokkuus laski 18 %, ja tuotto laski noin 80 000 yuania/vuosi.

4.2 Nestejäähdytysjärjestelmän vuoto

Nestejäähdytysjärjestelmän vuoto on yksi vaarallisimmista vikoista lämpötilanhallintajärjestelmässä. Vuoto johtaa sekä jäämäaineen puutteeseen, mikä vaikuttaa lämmönpoistotuloksiin, että mahdollisiin akun lyhyeyksiin ja sähkövirtoihin. Huoltotyössä nestejäähdytysjärjestelmille tehdessäni, nestejäähdytysjärjestelmän vuoto on yleensä aiheutunut suljetuksen vanhentumisesta, putken vibratorioista katkosta ja kytkentäpäätteen löyhennyksestä. Esimerkiksi LNG-terminaalissa energiavarastokaapeliin, nestejäähdytysputken suljetuksen vanhentumisen takia jäämäaineen vuoto tapahtui, kaapelin sisällä ilmestyi paljon kondensaattoria, ja järjestelmä sammui usein. Testidatan mukaan PTFE-suljetuksen kovuus kasvaa 65 Shore D huoneen lämpötilassa 85 Shore D -70°C:ssa, ja paineen palautuminen väheni 40 %, mikä on pääasiallinen vuodon syy.

4.3 Epätasainen lämpötilanhallinta

Epätasainen lämpötilanhallinta on yleinen ongelma nestejäähdytysjärjestelmissä, joka voi johtaa akupaketin sisäisen epätasaisuuden pahentumiseen. Nestejäähdytysjärjestelmien suunnitteluprojekteissa osallistuessani, epätasainen lämpötilanhallinta on yleensä aiheutunut epäasianmukaisesta nestejäähdytysputkien suunnittelusta, epätasaisesta virtausjakautumisesta ja ohjausalgoritmin puutteista. Esimerkiksi kaupallinen ja teollinen energiavarastoprojekti, epäasianmukaisen nestejäähdytysputkien suunnittelun takia akupaketin lämpötilaero oli yli 10°C, mikä nopeensi akun vanhentumista ja lyhensi järjestelmän käyttöikää 30 %.

5. Yleiset vikat ja niiden syyanalyysi energiahallintajärjestelmässä (EMS)

EMS on energiavarastojärjestelmän "johtaja", joka on vastuussa järjestelmän toimintastrategian optimoinnista ja energian ajaminnoista.

5.1 Algoritmien puutteet

Algoritmien puutteet ovat EMS:n yleisin ongelma, joka voi johtaa epäasianmukaisiin lataus- ja purkustrategioihin ja pienentää tuottoa. Energiahallinnan optimointiprojekteissa osallistuessani, esimerkiksi kaupallinen ja teollinen energiavarastoprojekti, EMS-algoritmin puutteet johtivat siihen, ettei optimaista lataus- ja purkuaikaa voitu ennustaa tarkasti, kun sähköhinnat vaihtelivat usein, ja vuosittainen tuotto laski noin 15 %. Algoritmien puutteet ovat yleensä aiheutuneet epätarkoista malleista, tarpeettomista historiallisista tiedoista ja epäasianmukaisista parametreista.

5.2 Viestinnän keskeytyminen

Viestinnän keskeytyminen on toinen yleinen EMS-virhe, joka voi johtaa siihen, että järjestelmä ei voi vastaanottaa ylemmän tason komentoja tai lähettää toimintatietoja. Viestinnän debuggaustyössä viestinnän keskeytyminen on yleensä aiheutunut protokollien yhteensopivuuden puutteesta, verkon häiriöstä ja laitteiston vikojen. Esimerkiksi kaupallinen ja teollinen energiavarastoprojekti, EMS:n ja sähköverkon ajaminnojen järjestelmän välisen viestintäprotokollan soveltamattomuus. Sähköhintojen reaaliaikaisessa muutoksessa lataus- ja purkustrategioita ei voitu ajoissa säätää, mikä johti siihen, että arbitraasituotto laski yli 20 %. Lisäksi tietoturvahaitat ovat myös yleisiä EMS-ongelmia, jotka voivat johtaa järjestelmän hyökkäyksiin tai tietovuotoihin. 2023:n datan mukaan kolme MOVEit-hyökkäyksiin liittyvää tietovuotoa sijoittui kymmenen suurimman tietovuodon joukkoon, joka vaikutti yli miljoonaan ihmiseen.

Kaupallisten ja teollisten energiavarastojärjestelmien todellisessa toiminnassa ja huollossa meidän eturintamassa olevien ammattilaisten on tunnistettava täsmällisesti nämä vikatyypit, ymmärrettävä syvällisesti niiden syyt ja ryhdyttävä sitten kohdennettuihin ratkaisuihin. Vain tällä tavoin voimme varmistaa järjestelmän vakauden, parantaa energian käyttöä, ja auttaa yrityksiä saavuttamaan parempia taloudellisia hyötyjä, samalla rakentaen uuden sähköjärjestelmän.