Que son os fallos comúns que ocorren durante a operación do equipo relacionado coa almacenamento de enerxía industrial e comercial

Como parte importante do novo sistema de enerxía, o funcionamento estable dos sistemas de almacenamento de enerxía comercial e industrial está directamente relacionado coa eficiencia da utilización da enerxía e os beneficios económicos das empresas. Con o rápido crecemento da capacidade instalada de almacenamento de enerxía comercial e industrial, a taxa de fallo do equipo converteuse nun factor clave que afecta aos retornos da inversión. Segundo datos do Consello Eléctrico de China, en 2023, a proporción de cortes non programados nas centrais de almacenamento de enerxía alcanzou máis do 57%, e máis do 80% destes foron causados por problemas como defectos de equipos, anomalias do sistema e integración extensa. Na miña práctica de fronteira durante anos no almacenamento de enerxía comercial e industrial, tratei con diversos fallos de sistema. Agora, analizaré de forma sistemática os tipos de fallos comúns, as súas causas e solucions en cada subsistema do equipo de almacenamento de enerxía comercial e industrial para proporcionar orientación práctica para a operación e manutención do sistema.

1. Fallos Comúns e Análise de Causas nos Sistemas de Baterías

O sistema de baterías, como a unidade central de almacenamento de enerxía do sistema de almacenamento, os seus fallos afectan directamente ao rendemento global do sistema.

1.1 Envellecemento das Baterías

O envellecemento das baterías é un dos tipos de fallos máis comúns nos sistemas de almacenamento de enerxía comercial e industrial, manifestándose principalmente como atenuación da vida útil cíclica, aumento da resistencia interna e diminución da densidade de enerxía. Nas miñas investigacións in situ, segundo datos de 2023, despois dun ciclo de servizo de 2,5 anos, a atenuación da capacidade das baterías de ferro-fosfato de lítio alcanza o 28%, e a das baterías de lítio ternario alcanza o 41%, superando ampliamente as expectativas da industria. Esta atenuación é principalmente causada por factores como o envellecemento do material da batería, cambios na estrutura do electrodo e descomposición do electrólito, resultando nunha diminución da capacidade de almacenamento de enerxía da batería e redución da eficiencia global do sistema.

1.2 Fuga Térmica

A fuga térmica é o tipo de fallo máis perigoso no sistema de baterías. Unha vez que ocorre, pode levar a incendios ou incluso explosións. Na miña experiencia en manejar casos de emerxencia, a fuga térmica adoita ser causada por gradientes de temperatura anómalos. Cando a temperatura interna da batería supera os 120°C, pode activarse unha reacción en cadea. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial no que participei, a diferenza de temperatura do módulo de batería superou os 15°C, activando o mecanismo de protección do BMS e provocando o apagado do sistema. As causas da fuga térmica inclúen sobrecarga, descarga excesiva, curto-circuíto externo, micro-curto-circuíto interno e danos mecánicos. Entre eles, a inconsistencia interna da batería é o principal factor de risco.

1.3 Oxidación e Corrosión dos Conectores de Batería

A oxidación e corrosión dos conectores de batería son fallos comúns pero facilmente pasados por alto nos sistemas de almacenamento de enerxía comercial e industrial. En entornos de alta humidade, que atopé moitas veces en proxectos costeiros, os conectores de batería están predispostos á oxidación, resultando nun aumento da resistencia de contacto, que, a súa vez, provoca un sobreaquecimento local e fuga térmica. Por exemplo, durante o "retorno da humidade do sur" en Cantón, apareceu unha gran cantidade de condensación dentro de algúns armarios de almacenamento de enerxía, causando a oxidación dos conectores e apagados frecuentes do sistema. Ademais, a fuga de electrólito e a evolución de gases dentro da batería tamén son fallos comúns, que poden levar a unha degradación do rendemento da batería e a riscos de seguridade.

2. Fallos Comúns e Análise de Causas no Sistema de Xestión de Baterías (BMS)

O BMS é o "cérebro" do sistema de almacenamento de enerxía, encargado da monitorización do estado da batería, protección e xestión.

2.1 Fallos de Comunicación

Os fallos de comunicación son o problema máis común do BMS, representando o 34% dos fallos relacionados co BMS. No meu traballo diario de depuración, os fallos de comunicación manifestáronse principalmente na incapacidade do BMS para interactuar normalmente co sistema superior, non poido transmitir datos de estado da batería nin recibir ordes de control. Isto adoita ser causado por factores como a interferencia do bus CAN, mal contacto dos conectores e incompatibilidade de protocolos. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial, o protocolo de comunicación entre o BMS e o PLC era incompatíbel, resultando na incapacidad de executar correctamente as ordes de carga e descarga, e a eficiencia do sistema diminuíu máis do 20%.

2.2 Desvío na Estimación de SOC/SOH

O desvío na estimación de SOC/SOH é outro fallo común do BMS. Nos proxectos nos que participei, se o erro de estimación de SOC supera o 8%, provocará que a carga termine demasiado pronto ou tarde, afectando a vida útil da batería e a eficiencia do sistema. O desvío na estimación de SOC adoita ser causado por factores como a influencia da temperatura, a inconsistencia da batería, a insuficiente precisión dos sensores de corrente e defectos de algoritmo. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía en un ambiente de alta temperatura, o erro de estimación de SOC do BMS foi tan alto como o 12%, resultando en que a batería non se utilice completamente e afectando gravemente os ingresos.

2.3 Conflictos de Versión de Firmware e Defectos de Software

Os conflictos de versión de firmware e os defectos de software son tamén problemas comúns do BMS. Con o aumento do nivel de intelixencia dos sistemas de almacenamento de enerxía, a complexidade do software aumenta, e as vulnerabilidades de software e problemas de compatibilidade tornanse cada vez máis prominentes. Por exemplo, o Tesla Model 3 teve unha situación onde a versión de firmware V12.7.1 do BMS era incompatíbel co sistema de control, resultando en unha carga anómala para o 12% dos propietarios de vehículos. Ademais, a degradación da precisión dos sensores do BMS e a recolección de datos anómala son tamén fallos comúns, que poden ser causados por factores como o envellecemento dos sensores, a interferencia electromagnética e problemas de transmisión de sinais.

3. Fallos Comúns e Análise de Causas no Sistema de Conversión de Potencia (PCS)

O PCS é o equipo central para a conversión de enerxía eléctrica no sistema de almacenamento de enerxía, encargado de converter a corrente continua en alternativa ou viceversa.

3.1 Decréscimo de Eficiencia

O decrecemento da eficiencia é o problema máis común do PCS, manifestándose principalmente como unha diminución da eficiencia de conversión de carga e descarga. No meu traballo de medición real, segundo datos de proba, a eficiencia media de conversión de carga do PCS de dúas etapas tradicionais é do 95% (por encima do 30% de carga), e a eficiencia de conversión de descarga é do 96% (por encima do 30% de carga); mentres que o PCS que usa inversores de tres niveles T-tipo ten unha eficiencia media de conversión de carga do 95,5% (por encima do 30% de carga) e unha eficiencia de conversión de descarga do 96,5% (por encima do 30% de carga). O decrecemento da eficiencia adoita ser causado por factores como o envellecemento dos módulos IGBT/MOSFET, unha dissipación de calor deficiente e estratexias de control non razonables. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial, o PCS foi operado a altas temperaturas durante un tempo prolongado, resultando no envellecemento dos módulos IGBT, a eficiencia caeu abaixo do 93%, e os ingresos do sistema diminuíron o 15%.

3.2 Fallo de Protección contra Sobrecarga

O fallo de protección contra sobrecarga é outro fallo común do PCS, que pode levar a danos no equipo ou incluso a incendios. Nos casos de manejo de fallos que experimentei, o fallo de protección contra sobrecarga adoita ser causado por factores como un deseño non razonable do circuito de protección, degradación da precisión dos sensores e erros de lóxica de control. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía, o PCS non conseguiu activar a protección contra sobrecarga a tempo cando a carga aumentou de súpeto, resultando na queimadura de condensadores, o sistema estivo fora de servizo durante 2 días, e a perda superou os 100.000 yuanes. Ademais, fallos de inversor, harmónicos excesivos e voltaxe/corrente de saída inestables son tamén problemas comúns do PCS, que poden ser causados por factores como o envellecemento de componentes, unha dissipación de calor deficiente e defectos de algoritmo de control.

3.3 Insuficiente Grao de Anti-corrosión

O grao insuficiente de anti-corrosión é un fallo especial do PCS nos sistemas de almacenamento de enerxía comercial e industrial, especialmente en áreas costeiras ou de alta humidade. Nos proxectos nos que estiven en Cantón, un grao insuficiente de anti-corrosión levará á corrosión da placa PCB, óxido dos terminais de conexión e degradación do rendemento dos componentes. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial en Cantón, debido a un grao insuficiente de anti-corrosión do PCS, durante o "retorno da humidade do sur", a placa PCB foi corroída, resultando en sinais multicanal anómalos e o sistema non puido operar normalmente.

4. Fallos Comúns e Análise de Causas nos Sistemas de Control de Temperatura

O sistema de control de temperatura é a clave para asegurar o funcionamento seguro do sistema de almacenamento de enerxía, dividíndose principalmente en esquemas de refrigeración por aire e por líquido.

4.1 Mala Dissipación de Calor

A mala dissipación de calor é o problema máis común do sistema de control de temperatura, que pode levar a un aumento da temperatura da batería, unha diminución da eficiencia e unha redución da vida útil. Nos proxectos de xestión térmica nos que participei, segundo investigacions, por cada aumento de 10°C na temperatura da batería, a súa vida útil cíclica será reducida aproximadamente o 50%. A mala dissipación de calor adoita ser causada por factores como a suxección do radiador, fallos de ventilador, deseño de conductos de aire non razonable e alta temperatura ambiental. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial, debido á suxección do radiador, a temperatura da batería superou os 45°C, activando a protección do BMS, a eficiencia do sistema diminuíu o 18%, e os ingresos diminuíron aproximadamente 80.000 yuanes/ano.

4.2 Fuga do Sistema de Refrigeración por Líquido

A fuga do sistema de refrigeración por líquido é un dos fallos máis perigosos no sistema de control de temperatura. A fuga non só levará a unha insuficiente cantidad de refrigerante e afectará o efecto de dissipación de calor, senón que tamén pode causar un curto-circuíto da batería e fallos eléctricos. No meu traballo de mantemento de sistemas de refrigeración por líquido, a fuga do sistema de refrigeración por líquido adoita ser causada por factores como o envellecemento dos sellos, a ruptura de tubos debido á vibración e o afrouxamento dos conectores. Por exemplo, nun armario de almacenamento de enerxía dunha estación de recepción de GNL, debido ao envellecemento dos sellos dos tubos de refrigeración por líquido, ocorreu unha fuga de refrigerante, aparecendo unha gran cantidade de condensación dentro do armario, e o sistema apagouse frecuentemente. Segundo datos de proba, a dureza dos sellos de PTFE aumenta do 65 Shore D a temperatura ambiente ao 85 Shore D a -70°C, e a taxa de resorte de compresión diminúe o 40%, sendo esta a causa principal da fuga.

4.3 Control de Temperatura Desigual

O control de temperatura desigual é un problema común nos sistemas de refrigeración por líquido, que pode levar ao agravamento da inconsistencia interna do paquete de baterías. Nos proxectos de deseño de sistemas de refrigeración por líquido nos que participei, o control de temperatura desigual adoita ser causado por factores como un deseño non razonable dos tubos de refrigeración por líquido, distribución desigual de fluxo e defectos de algoritmo de control. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial, un deseño non razonable dos tubos de refrigeración por líquido levou a unha diferenza de temperatura de máis de 10°C no paquete de baterías, acelerando o envellecemento da batería e reducindo a vida útil do sistema en un 30%.

5. Fallos Comúns e Análise de Causas no Sistema de Xestión de Enerxía (EMS)

O EMS é o "comandante" do sistema de almacenamento de enerxía, encargado da optimización da estratexia de operación do sistema e a despacho de enerxía.

5.1 Defectos de Algoritmo

Os defectos de algoritmo son o problema máis común do EMS, que pode levar a estratexias de carga e descarga non razonables e unha redución dos ingresos. Nos proxectos de optimización de xestión de enerxía nos que participei, por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial, os defectos de algoritmo do EMS levaram a unha incapacidad de predecir correctamente o momento óptimo de carga e descarga cando os prezos da enerxía fluctuaban frecuentemente, e os ingresos anuais diminuíron aproximadamente o 15%. Os defectos de algoritmo adoitan ser causados por factores como modelos non precisos, datos históricos insuficientes e configuración de parámetros non razonables.

5.2 Interrupción de Comunicación

A interrupción de comunicación é outro fallo común do EMS, que pode levar a que o sistema non poida recibir ordes superiores nin subir datos de operación. No meu traballo de depuración de comunicación, a interrupción de comunicación adoita ser causada por factores como incompatibilidade de protocolos, interferencia de rede e fallos de hardware. Por exemplo, nun proxecto de almacenamento de enerxía comercial e industrial, o protocolo de comunicación entre o EMS e o sistema de despacho da rede eléctrica era incompatíbel. Cando os prezos da enerxía cambiaban en tempo real, as estratexias de carga e descarga non puideron ser axustadas a tempo, resultando nunha redución de máis do 20% nos ingresos de arbitraje. Ademais, as vulnerabilidades de seguridade de datos son tamén problemas comúns do EMS, que poden levar a ataques ao sistema ou filtración de datos. Segundo datos de 2023, tres incidentes de filtración de datos relacionados cos ataques MOVEit figuraron entre os dez incidentes de filtración de datos máis importantes, afectando a máis dun millón de persoas.

Na operación e manutención real dos sistemas de almacenamento de enerxía comercial e industrial, nós, os practicantes de fronteira, necesitamos identificar con precisión estes tipos de fallos, entender profundamente as súas causas e, a continuación, tomar solucions específicas. Só así podemos asegurar o funcionamento estable do sistema, mellorar a eficiencia da utilización da enerxía e axudar ás empresas a lograr mellores beneficios económicos, contribuíndo á construción dun novo sistema de enerxía.