מהן התקלות הנפוצות שמתרחשות במהלך הפעלת ציוד הקשור לאגירת אנרגיה בתעשייה ובמסחר?

כחלק חשוב מהמערכת החשמלית החדשה, פעילות יציבה של מערכות אחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות קשורה ישירות לאפקטיביות השימוש באנרגיה וההישגים הכלכליים של הארגון. עם הגידול המהיר בכמות המותקנת של מערכות אחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות, שיעור תקלה במתקנים הפך לגורם מפתח המשפיע על החזר על ההשקעה. לפי נתוני המועצה החשמלית הסינית, בשנת 2023,portion של עצירות בלתי מתוכננות של תחנות אחסון אנרגיה עלו מעל 57%, כאשר למעלה מ-80% מהם נגרמו בעיות כגון פגמים במתקנים, חריגויות מערכת והשתלבות רחבה. במהלך שנותי בעבודה בשטח בתחום אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי, התמודדתי עם מגוון רחב של תקלות מערכת. עכשיו, אנתח באופן שיטתי את סוגים נפוצים של תקלות, סיבותיהם ופתרונותיהם של כל תת-המערכות של מתקני אחסון אנרגיה מסחריים ותעשייתיים כדי להציע הנחיות מעשיות לתפעול ולתחזוקה.

1. תקלות נפוצות ואנליזת סיבות במערכות סוללות

המערכת הסוללתית, כיחידה המרכזית לאחסון אנרגיה במערכת האחסון, תקלות שלה משפיעות ישירות על הביצועים הכלליים של המערכת.

1.1 הזדקנות סוללה

הזדקנות סוללה היא אחת מסוגי התקלות הנפוצים ביותר במערכות אחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות, בעיקר מתבטאת באבוב זמן מחזור, עלייה בהנגדה פנימית וירידה בצפיפות אנרגיה. בחקירות השטח שלי, לפי נתוני 2023, לאחר מחזור שירות של 2.5 שנים, האבוב הקיבולת של סוללות פאראט חומצה ליתיום מגיע ל-28%, ושל סוללות ליתיום טריאד מגיע ל-41%, הרחק מעבר לציפיות התעשייה. האבוב הזה נגרם בעיקר על ידי גורמים כמו הזדקנות חומרים בסוללה, שינויים בתבנית אלקטרודה, ופירוק חומר התמיסה, המוביל להפחתת יכולת אחסון האנרגיה של הסוללה והפחתת האפקטיביות הכללית של המערכת.

1.2 תפרעון תרמי

תפרעון תרמי הוא סוג התקלה המסוכן ביותר במערכת הסוללות. כאשר זה קורה, זה עשוי לגרום למקרה שריפה או אפילו פיצוץ. בהתנסות שלי בהנדסה של מקרי חירום, תפרעון תרמי בדרך כלל נגרם על ידי גרדיאנט טמפרטורה חריג. כאשר הטמפרטורה הפנימית של הסוללה עולה מעל 120°C, ניתן להפעיל תגובה שרשרת. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי בו השתתפתי, הפרש הטמפרטורה של מודול הסוללה עבר 15°C, מה שהפעיל את מנגנון ההגנה של BMS וגרם למערכת להתנתק. הגורמים לתפרעון תרמי כוללים טעינה יתר, התרוקנות יתר, קצר חיצוני, קצר פנימי מיקרוסקופי, והרס מכני. בין היתר, אי-אחידות בתוך הסוללה היא גורם הסיכון העיקרי.

1.3 אוקסידציה וקורוזיה של חיבורי הסוללה

אוקסידציה וקורוזיה של חיבורי הסוללה הן תקלות נפוצות אך מושמטות בקלות במערכות אחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות. בסביבות לחות גבוהות, שפגשתי רבות בפרויקטים צומחים, חיבורי סוללה נוטים לאוקסידציה, מה שמוביל לעליה בהנגדה מגע, מה שמוביל לחימום מקומי והתפרעות תרמית. למשל, במהלך "החזרת לחות דרומית" בגואנגג'ואו, הופיע כמות רבה של מי קONDENSAציה בתוך כמה תאים אחסון אנרגיה, מה שהוביל לאוקסידציה של חיבורים ועצירות תכופות של המערכת. בנוסף, ניקוז חומר התמיסה והפלת גזים בתוך הסוללה הם גם תקלות נפוצות, שיכולות להוביל להפחתת ביצועי הסוללה והצפת סיכונים בטיחותיים.

2. תקלות נפוצות ואנליזת סיבות במערכת ניהול הסוללה (BMS)

BMS היא "המוח" של מערכת האחסון, אחראית על מעקב מצב הסוללה, הגנה וניהול.

2.1 תקלות תקשורת

תקלות תקשורת הן הבעיה הנפוצה ביותר של BMS, מהוות 34% מתקלות הקשורות ל-BMS. בעבודת הדבקה היומיומית שלי, תקלות תקשורת מתבטאות בעיקר ביכולת BMS שלא לתקשר באופן תקין עם המערכת העליונה, ולא להעביר נתונים מצב סוללה או לקבל פקודות בקרה. זה בדרך כלל נגרם על ידי גורמים כגון הפרעות CAN bus, מגע לקוי בחיבור, ואי-תאימות פרוטוקול. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי, הפרוטוקול התקשורת בין BMS ל-PLC היה לא תואם, מה שהוביל לאי-ביצוע נכון של פקודות טעינה והתרוקנות, והפחתת האפקטיביות של המערכת ביותר מ-20%.

2.2 סטייה בהערכה של SOC/SOH

סטייה בהערכה של SOC/SOH היא תקלה נוספת נפוצה של BMS. בפרויקטים בהם השתתפתי, אם השגיאה בהערכת SOC עולה על 8%, זה יוביל לסיום טעינה מוקדם מדי או מאוחר מדי, להשפעה על חיי הסוללה והאפקטיביות של המערכת. סטייה בהערכת SOC נגרמת בעיקר על ידי גורמים כגון השפעת טמפרטורה, אי-אחידות בסוללה, דיוק לא מספיק של חיישן זרם, ופגמים אלגוריתמיים. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה בסביבה חמה, השגיאה בהערכת SOC של BMS הגיעה ל-12%, מה שהוביל לשימוש חלקית בסוללה והשפיע בצורה משמעותית על ההכנסה.

2.3 התנגשויות גרסאות תוכנה ופגמים תוכנה

התנגשויות גרסאות תוכנה ופגמים תוכנה הם גם בעיות נפוצות של BMS. עם העלאה ברמת האינטליגנציה של מערכות אחסון, מורכבות התוכנה גדלה, והפגמים התוכנה והpatibility הופכים לבלטים יותר ויותר. למשל, ב-Tesla Model 3 היה מצב שבו גרסת התוכנה V12.7.1 של BMS הייתה לא תואמת למערכת הבקרה, מה שהוביל לטעינה חריגה עבור 12% מהבעלי. בנוסף, הידרדרות דיוק חיישנים BMS ואיסוף נתונים חריג הם גם תקלות נפוצות, שנגרמות על ידי גורמים כגון הזדקנות חיישן, הפרעות אלקטרומגנטיות, ובעיות העברה אות.

3. תקלות נפוצות ואנליזת סיבות במערכת המרת כוח (PCS)

PCS היא המתקן המרכזי להמרת אנרגיה חשמלית במערכת האחסון, אחראית להמרה של זרם ישר לזרם חילופין ולהפך.

3.1 ירידה באפקטיביות

ירידה באפקטיביות היא הבעיה הנפוצה ביותר של PCS, מתבטאת בעיקר בירידה באפקטיביות המרה של טעינה והתרוקנות. בעבודת המדידה האמיתית שעשתה, לפי נתוני מבחן, האפקטיביות הממוצעת של המרת טעינה של PCS דו-מפלסית מסורתית היא 95% (למעלה מ-30% עומס), והאפקטיביות הממוצעת של המרת התרוקנות היא 96% (למעלה מ-30% עומס); בעוד PCS המשתמשת במעביר T-מפלסי שלושה יש לה אפקטיביות ממוצעת של המרת טעינה של 95.5% (למעלה מ-30% עומס) והאפקטיביות הממוצעת של המרת התרוקנות היא 96.5% (למעלה מ-30% עומס). ירידה באפקטיביות היא בדרך כלל נגרמת על ידי גורמים כגון הזדקנות מודולים IGBT/MOSFET, רדיאציה לקויה, וסטרטגיות בקרה לא הגיוניות. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי, PCS הופעלה בטמפרטורה גבוהה לאורך זמן, מה שהוביל להזדקנות מודולי IGBT, האפקטיביות ירדה מתחת ל-93%, וההכנסה של המערכת ירדה ב-15%.

3.2 כשל בהגנה על עומס יתר

כשל בהגנה על עומס יתר הוא תקלה נוספת נפוצה של PCS, שעלולה לגרום להרסquipment או אפילו לשריפה. בפרטי הטיפול בתקלות בהם התמודדתי, כשל בהגנה על עומס יתר נגרם בדרך כלל על ידי גורמים כגון תכנון לא הגיוני של מעגל ההגנה, הידרדרות דיוק חיישנים, וטעויות לוגיקה בקרה. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה, PCS נכשלה בהפעלת הגנה על עומס יתר בזמן שהעמסה עלתה לפתע, מה שהוביל להרס קONDENSATOR, המערכת הפסיקה לפעול למשך 2 ימים, וההפסד עמד על יותר מ-100,000 יואן. בנוסף, תקלות מפנק, הרמוניות מופרזות, ומתח/זרם יציאה לא יציבים הם גם בעיות נפוצות של PCS, שנגרמות על ידי גורמים כגון הזדקנות מרכיבים, רדיאציה לקויה, ופגמים אלגוריתמיים בקרה.

3.3 דרגת עמידות לקורוזיה חסרה

דרגת עמידות לקורוזיה חסרה היא תקלה מיוחדת של PCS במערכות אחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות, במיוחד באזורים צומחים או בעלי לחות גבוהה. בפרויקטים בהם הייתי בגואנגדונג, דרגת עמידות לקורוזיה חסרה תוביל לקורוזיה של לוח PCB, אוקסידציה של מיתקי חיווט, והידרדרות ביצועים של מרכיבים. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי בגואנגדונג, בשל דרגת עמידות לקורוזיה חסרה של PCS, במהלך "החזרת לחות דרומית", לוח ה-PCB נקרץ, מה שהוביל לסיגナルים מרובים חריגים והמערכת לא יכלה לפעול באופן תקין.

4. תקלות נפוצות ואנליזת סיבות במערכות בקרה טמפרטורה

מערכת הבקרה הטמפרטורה היא המפתח להבטיח את הפעילות הבטוחה של מערכת האחסון, מתחלקת בעיקר לשיטות קירור אוויר וקירור נוזל.

4.1 רדיאציה לקויה

רדיאציה לקויה היא הבעיה הנפוצה ביותר של מערכת הבקרה הטמפרטורה, שעלולה להוביל לעלייה בטמפרטורת הסוללה, ירידה באפקטיביות, וקיצור משך החיים. בפרויקטי ניהול חום בהם השתתפתי, לפי מחקרים, לכל עלייה של 10°C בטמפרטורת הסוללה, משך החיים שלה יקוצר בערך ב-50%. רדיאציה לקויה היא בדרך כלל נגרמת על ידי גורמים כגון זיהום רדייטור, כשל מערביים, תכנון תעלת אוויר לא הגיוני, וטמפרטורת סביבה גבוהה. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי, בשל זיהום רדייטור, טמפרטורת הסוללה עברה 45°C, מה שהפעיל הגנה BMS, האפקטיביות של המערכת ירדה ב-18%, וההכנסה ירדה בערך ב-80,000 יואן בשנה.

4.2 דליפה במערכת קירור נוזל

דליפה במערכת קירור נוזל היא אחת מהתקלות המסוכנות ביותר במערכת הבקרה הטמפרטורה. דליפה לא רק תוביל לנוזל קירור חסר ותפחת את אפקטיביות הקירור, אלא גם עלולה לגרום לקצר חשמלי בסוללה. בעבודת תחזוקה של מערכות קירור נוזל שעשתה, דליפה במערכת קירור נוזל היא בדרך כלל נגרמת על ידי גורמים כגון הזדקנות חותם, שבירה עקב רעידות צינור, ופיחות חיבור. למשל, בתא אחסון אנרגיה של תחנת קבלה של LNG, בשל הזדקנות חותמי צינור קירור, קרתה דליפה של נוזל קירור, כמות גדולה של מי קONDENSAציה הופיעו בתוך התא, והמערכת עצרה תכופות. לפי נתוני מבחן, קשיות חותמי PTFE עולה מ-65 Shore D בטמפרטורת החדר ל-85 Shore D ב-70°C-, והשחזור לדיכוי יורד ב-40%, וזה הגורם העיקרי לדליפה.

4.3 בקרה לא אחידה של הטמפרטורה

בקרה לא אחידה של הטמפרטורה היא בעיה נפוצה במערכות קירור נוזל, שעלולה להוביל להחמרה של אי-אחידות פנימית של חבילת הסוללה. בפרויקטי תכנון של מערכות קירור נוזל בהם השתתפתי, בקרה לא אחידה של הטמפרטורה היא בדרך כלל נגרמת על ידי גורמים כגון תכנון לא הגיוני של צינורות קירור, חלוקה לא אחידה של זרימה, ופגמים אלגוריתמיים בקרה. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי, תכנון לא הגיוני של צינורות קירור הוביל להפרש טמפרטורה של יותר מ-10°C בחבילת הסוללה, מהCELERATES את הזדקנות הסוללה ומפחיתה את משך החיים של המערכת ב-30%.

5. תקלות נפוצות ואנליזת סיבות במערכות ניהול אנרגיה (EMS)

EMS היא "מפקד" של מערכת האחסון, אחראית על אופטימיזציה של אסטרטגיית הפעילות והפצה של האנרגיה.

5.1 פגמים אלגוריתמיים

פגמים אלגוריתמיים הם הבעיה הנפוצה ביותר של EMS, שעלולים להוביל לאסטרטגיות טעינה והתרוקנות לא הגיוניות והפחתת ההכנסה. בפרויקטי אופטימיזציה של ניהול אנרגיה בהם השתתפתי, למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי, פגמים אלגוריתמיים של EMS גרמו לכך שלא ניתן היה לחזות בדיוק את הזמן הטוב ביותר לטעינה והתרוקנות כשהמחירים משתנים תדיר, וההכנסה השנתית ירדה בערך ב-15%. פגמים אלגוריתמיים הם בדרך כלל נגרמים על ידי גורמים כגון מודלים לא מדוייקים, מידע היסטורי חסר, והגדרות פרמטרים לא הגיוניות.

5.2 ניתוק תקשורת

ניתוק תקשורת הוא תקלה נוספת נפוצה של EMS, שעלול להוביל לכך שהמערכת לא יכולה לקבל פקודות מעיליות או להעלות נתונים של פעולה. בעבודת הדבקה תקשורת שעשתה, ניתוק תקשורת הוא בדרך כלל נגרם על ידי גורמים כגון אי-תאימות פרוטוקול, הפרעות רשת, וכשלים חומרה. למשל, בפרויקט אחסון אנרגיה מסחרי ותעשייתי, הפרוטוקול התקשורת בין EMS למערכת הפיקוד של הרשת החשמלית היה לא תואם. כאשר המחירים השתנו בזמן אמת, לא ניתן היה להתאים במהירות את אסטרטגיות הטעינה והתרוקנות, מה שהוביל להפחתה של יותר מ-20% בהכנסות מארביטראז'. בנוסף, פגיעות אבטחה נתונים הן גם בעיות נפוצות של EMS, שעלולות להוביל למתקפות מערכת או לדליפות נתונים. לפי נתוני 2023, שלוש דליפות נתונים הקשורות למתקפות MOVEit היו בין עשרת מקרי הדליפה הגדולים, והשפיעו על יותר ממיליון אנשים.

במבצע ותחזוקה של מערכות אחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות, אנחנו עובדי השטח צריכים לזהות במדויק את סוגי התקלות הללו, להבין לעומק את הסיבות שלהם, ואז לקחת פתרונות ממוקדים. רק כך נוכל להבטיח את הפעילות היציבה של המערכת, לשפר את אפקטיביות השימוש באנרגיה, לעזור לארגונים להשיג הישגים כלכליים טובים יותר תוך כדי תרומה לבניית מערכת חשמלית חדשה.