Apa saja kerusakan umum yang terjadi selama operasi peralatan yang terkait dengan penyimpanan energi industri dan komersial

Sebagai bagian penting dari sistem tenaga baru, operasi stabil sistem penyimpanan energi komersial dan industri secara langsung terkait dengan efisiensi pemanfaatan energi dan manfaat ekonomi perusahaan. Dengan pertumbuhan cepat kapasitas terpasang penyimpanan energi komersial dan industri, tingkat kegagalan peralatan telah menjadi faktor kunci yang mempengaruhi pengembalian investasi. Menurut data dari Dewan Listrik China, pada tahun 2023, proporsi pemadaman tak terencana stasiun penyimpanan energi mencapai lebih dari 57%, dan lebih dari 80% di antaranya disebabkan oleh masalah seperti cacat peralatan, anomali sistem, dan integrasi luas. Dalam praktek front-line saya bertahun-tahun dalam penyimpanan energi komersial dan industri, saya telah menangani berbagai kegagalan sistem. Kini, saya akan menganalisis secara sistematis jenis-jenis kerusakan umum, penyebab, dan solusi setiap subsistem peralatan penyimpanan energi komersial dan industri untuk memberikan panduan praktis bagi operasi dan pemeliharaan sistem.

1. Kerusakan Umum dan Analisis Penyebab Sistem Baterai

Sistem baterai, sebagai unit penyimpanan energi inti dari sistem penyimpanan energi, kerusakannya secara langsung mempengaruhi kinerja keseluruhan sistem.

1.1 Penuaan Baterai

Penuaan baterai adalah salah satu jenis kerusakan paling umum dalam sistem penyimpanan energi komersial dan industri, yang terutama ditunjukkan oleh penurunan siklus hidup, peningkatan hambatan internal, dan penurunan densitas energi. Dalam investigasi lapangan saya, berdasarkan data 2023, setelah siklus layanan 2,5 tahun, penurunan kapasitas baterai fosfat besi litium mencapai 28%, dan baterai litium ternary mencapai 41%, jauh melebihi ekspektasi industri. Penurunan ini terutama disebabkan oleh faktor-faktor seperti penuaan bahan baterai, perubahan struktur elektroda, dan dekomposisi elektrolit, yang mengakibatkan penurunan kapasitas penyimpanan energi baterai dan penurunan efisiensi keseluruhan sistem.

1.2 Lari Panas

Lari panas adalah jenis kerusakan paling berbahaya dalam sistem baterai. Jika terjadi, dapat menyebabkan kebakaran atau bahkan ledakan. Dalam pengalaman saya menangani kasus darurat, lari panas biasanya disebabkan oleh gradien suhu abnormal. Ketika suhu internal baterai melebihi 120°C, reaksi berantai mungkin terpicu. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri yang saya ikuti, perbedaan suhu modul baterai melebihi 15°C, memicu mekanisme perlindungan BMS dan menyebabkan sistem berhenti. Penyebab lari panas termasuk pengisian berlebih, pengosongan berlebih, hubungan pendek eksternal, mikro-hubungan pendek internal, dan kerusakan mekanis. Di antaranya, ketidakseragaman dalam baterai adalah faktor risiko utama.

1.3 Oksidasi dan Korosi Koneksi Baterai

Oksidasi dan korosi koneksi baterai adalah kerusakan umum tetapi sering diabaikan dalam sistem penyimpanan energi komersial dan industri. Dalam lingkungan lembab tinggi, yang saya temui berkali-kali dalam proyek pantai, koneksi baterai rentan terhadap oksidasi, yang mengakibatkan peningkatan hambatan kontak, yang pada gilirannya menyebabkan pemanasan lokal dan lari panas. Misalnya, selama "kembalinya kelembaban selatan" di Guangdong, banyak air kondensat muncul di dalam beberapa lemari penyimpanan energi, menyebabkan oksidasi koneksi dan pemadaman sistem yang sering. Selain itu, kebocoran elektrolit dan pelepasan gas di dalam baterai juga merupakan kerusakan umum, yang mungkin menyebabkan penurunan kinerja baterai dan bahaya keselamatan.

2. Kerusakan Umum dan Analisis Penyebab Sistem Manajemen Baterai (BMS)

BMS adalah "otak" dari sistem penyimpanan energi, bertanggung jawab atas pemantauan, perlindungan, dan manajemen keadaan baterai.

2.1 Kegagalan Komunikasi

Kegagalan komunikasi adalah masalah BMS paling umum, menyumbang 34% dari kegagalan terkait BMS. Dalam pekerjaan debugging harian saya, kegagalan komunikasi biasanya ditunjukkan oleh ketidakmampuan BMS berinteraksi normal dengan sistem level atas, tidak dapat mentransmisikan data keadaan baterai atau menerima perintah kontrol. Ini biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti gangguan bus CAN, kontak konektor buruk, dan inkompabilitas protokol. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri, protokol komunikasi antara BMS dan PLC tidak kompatibel, mengakibatkan tidak dapat melaksanakan perintah pengisian dan pengosongan dengan benar, dan efisiensi sistem turun lebih dari 20%.

2.2 Penyimpangan Estimasi SOC/SOH

Penyimpangan estimasi SOC/SOH adalah kerusakan BMS lain yang umum. Dalam proyek yang saya ikuti, jika kesalahan estimasi SOC melebihi 8%, akan menyebabkan pengisian berakhir terlalu dini atau terlambat, mempengaruhi umur baterai dan efisiensi sistem. Penyimpangan estimasi SOC terutama disebabkan oleh faktor-faktar seperti pengaruh suhu, ketidakseragaman baterai, akurasi sensor arus yang kurang, dan cacat algoritma. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi di lingkungan suhu tinggi, kesalahan estimasi SOC BMS mencapai 12%, mengakibatkan baterai tidak dimanfaatkan sepenuhnya dan sangat mempengaruhi pendapatan.

2.3 Konflik Versi Firmware dan Cacat Perangkat Lunak

Konflik versi firmware dan cacat perangkat lunak juga merupakan masalah BMS yang umum. Dengan peningkatan tingkat kecerdasan sistem penyimpanan energi, kompleksitas perangkat lunak meningkat, dan kerentanan perangkat lunak serta isu kompatibilitas menjadi semakin menonjol. Misalnya, Tesla Model 3 pernah mengalami situasi di mana versi firmware BMS V12.7.1 tidak kompatibel dengan sistem kontrol, mengakibatkan pengisian abnormal untuk 12% pemilik mobil. Selain itu, penurunan akurasi sensor BMS dan pengumpulan data abnormal juga merupakan kerusakan umum, yang mungkin disebabkan oleh faktor-faktor seperti penuaan sensor, gangguan elektromagnetik, dan masalah transmisi sinyal.

3. Kerusakan Umum dan Analisis Penyebab Sistem Konversi Daya (PCS)

PCS adalah peralatan inti untuk konversi energi listrik dalam sistem penyimpanan energi, bertanggung jawab untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik atau sebaliknya.

3.1 Penurunan Efisiensi

Penurunan efisiensi adalah masalah PCS paling umum, yang terutama ditunjukkan oleh penurunan efisiensi konversi pengisian dan pengosongan. Dalam pekerjaan pengukuran aktual yang saya lakukan, berdasarkan data uji, efisiensi konversi pengisian rata-rata PCS dua tingkat tradisional adalah 95% (di atas beban 30%), dan efisiensi konversi pengosongan adalah 96% (di atas beban 30%); sementara PCS menggunakan inverter T-tiga tingkat memiliki efisiensi konversi pengisian rata-rata 95,5% (di atas beban 30%) dan efisiensi konversi pengosongan 96,5% (di atas beban 30%). Penurunan efisiensi biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti penuaan modul IGBT/MOSFET, pendinginan buruk, dan strategi kontrol yang tidak rasional. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri, PCS dioperasikan pada suhu tinggi untuk waktu yang lama, mengakibatkan penuaan modul IGBT, efisiensi turun di bawah 93%, dan pendapatan sistem berkurang 15%.

3.2 Kegagalan Perlindungan Overload

Kegagalan perlindungan overload adalah kerusakan PCS lain yang umum, yang mungkin menyebabkan kerusakan peralatan atau bahkan kebakaran. Dalam kasus penanganan kerusakan yang saya alami, kegagalan perlindungan overload biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti desain sirkuit perlindungan yang tidak rasional, penurunan akurasi sensor, dan kesalahan logika kontrol. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi, PCS gagal memicu perlindungan overload tepat waktu ketika beban meningkat tiba-tiba, mengakibatkan pembakaran kapasitor, sistem berhenti selama 2 hari, dan kerugian melebihi 100.000 yuan. Selain itu, kerusakan inverter, harmonisa berlebih, dan tegangan/output arus yang tidak stabil juga merupakan masalah umum PCS, yang mungkin disebabkan oleh faktor-faktor seperti penuaan komponen, pendinginan buruk, dan cacat algoritma kontrol.

3.3 Kelas Anti-Korosi yang Kurang

Kelas anti-korosi yang kurang adalah kerusakan khusus PCS dalam sistem penyimpanan energi komersial dan industri, terutama di daerah pesisir atau lembab tinggi. Dalam proyek-proyek yang saya kunjungi di Guangdong, kelas anti-korosi yang kurang akan menyebabkan korosi papan PCB, oksidasi terminal kabel, dan penurunan kinerja komponen. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri di Guangdong, karena kelas anti-korosi PCS yang kurang, selama "kembalinya kelembaban selatan", papan PCB terkorosi, mengakibatkan sinyal multi-saluran abnormal dan sistem tidak dapat beroperasi normal.

4. Kerusakan Umum dan Analisis Penyebab Sistem Kontrol Suhu

Sistem kontrol suhu adalah kunci untuk memastikan operasi aman sistem penyimpanan energi, terutama dibagi menjadi skema pendinginan udara dan cairan.

4.1 Pendinginan Buruk

Pendinginan buruk adalah masalah paling umum dari sistem kontrol suhu, yang mungkin menyebabkan kenaikan suhu baterai, penurunan efisiensi, dan penurunan umur layanan. Dalam proyek manajemen termal yang saya ikuti, menurut penelitian, untuk setiap kenaikan suhu baterai 10°C, siklus hidupnya akan berkurang sekitar 50%. Pendinginan buruk biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti kotoran radiator, kegagalan kipas, desain saluran udara yang tidak rasional, dan suhu lingkungan tinggi. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri, karena kotoran radiator, suhu baterai melebihi 45°C, memicu perlindungan BMS, efisiensi sistem turun 18%, dan pendapatan berkurang sekitar 80.000 yuan/tahun.

4.2 Kebocoran Sistem Pendingin Cairan

Kebocoran sistem pendingin cairan adalah salah satu kerusakan paling berbahaya dalam sistem kontrol suhu. Kebocoran tidak hanya akan menyebabkan kurangnya pendingin dan mempengaruhi efek pendinginan, tetapi juga mungkin menyebabkan hubungan pendek baterai dan kerusakan listrik. Dalam pekerjaan pemeliharaan sistem pendingin cairan yang saya lakukan, kebocoran sistem pendingin cairan biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti penuaan segel, retak pipa karena getaran, dan longgaran koneksi. Misalnya, dalam lemari penyimpanan energi stasiun penerimaan LNG, karena penuaan segel pipa pendingin cairan, terjadi kebocoran pendingin, banyak air kondensat muncul di dalam lemari, dan sistem sering berhenti. Berdasarkan data uji, kekerasan segel PTFE meningkat dari 65 Shore D pada suhu ruangan menjadi 85 Shore D pada -70°C, dan laju rebound kompresi berkurang 40%, yang merupakan penyebab utama kebocoran.

4.3 Kontrol Suhu Tidak Merata

Kontrol suhu yang tidak merata adalah masalah umum dalam sistem pendingin cairan, yang mungkin menyebabkan peningkatan ketidakseragaman internal paket baterai. Dalam proyek desain sistem pendingin cairan yang saya ikuti, kontrol suhu yang tidak merata biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti desain pipa pendingin cairan yang tidak rasional, distribusi aliran yang tidak merata, dan cacat algoritma kontrol. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri, desain pipa pendingin cairan yang tidak rasional menyebabkan perbedaan suhu lebih dari 10°C dalam paket baterai, mempercepat penuaan baterai dan mempersingkat umur sistem sebesar 30%.

5. Kerusakan Umum dan Analisis Penyebab Sistem Manajemen Energi (EMS)

EMS adalah "komandan" dari sistem penyimpanan energi, bertanggung jawab atas optimalisasi strategi operasi sistem dan penjadwalan energi.

5.1 Cacat Algoritma

Cacat algoritma adalah masalah EMS paling umum, yang mungkin menyebabkan strategi pengisian dan pengosongan yang tidak rasional dan pendapatan berkurang. Dalam proyek optimasi manajemen energi yang saya ikuti, misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri, cacat algoritma EMS menyebabkan tidak dapat memprediksi dengan akurat waktu pengisian dan pengosongan optimal saat harga listrik fluktuatif, dan pendapatan tahunan berkurang sekitar 15%. Cacat algoritma biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti model yang tidak akurat, data historis yang kurang, dan pengaturan parameter yang tidak rasional.

5.2 Pemutusan Komunikasi

Pemutusan komunikasi adalah kerusakan EMS lain yang umum, yang mungkin menyebabkan sistem tidak dapat menerima perintah level atas atau mengunggah data operasi. Dalam pekerjaan debugging komunikasi yang saya lakukan, pemutusan komunikasi biasanya disebabkan oleh faktor-faktor seperti inkompabilitas protokol, gangguan jaringan, dan kegagalan perangkat keras. Misalnya, dalam proyek penyimpanan energi komersial dan industri, protokol komunikasi antara EMS dan sistem penjadwalan grid listrik tidak kompatibel. Ketika harga listrik berubah secara real-time, strategi pengisian dan pengosongan tidak dapat disesuaikan tepat waktu, mengakibatkan pengurangan lebih dari 20% pendapatan arbitrase. Selain itu, kerentanan keamanan data juga merupakan masalah umum EMS, yang mungkin menyebabkan serangan sistem atau kebocoran data. Menurut data 2023, tiga insiden kebocoran data terkait serangan MOVEit masuk dalam sepuluh insiden kebocoran data teratas, mempengaruhi lebih dari satu juta orang.

Dalam operasi dan pemeliharaan sebenarnya sistem penyimpanan energi komersial dan industri, kami praktisi front-line perlu mengidentifikasi dengan akurat jenis-jenis kerusakan ini, memahami mendalam penyebabnya, dan kemudian mengambil solusi yang ditargetkan. Hanya dengan cara ini, kita dapat memastikan operasi sistem yang stabil, meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi, dan membantu perusahaan mencapai manfaat ekonomi yang lebih baik sambil berkontribusi pada pembangunan sistem tenaga baru.