Quali sono i guasti comuni che si verificano durante il funzionamento delle apparecchiature correlate all'accumulo di energia industriale e commerciale?
Come parte importante del nuovo sistema energetico, l'operazione stabile dei sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale è direttamente correlata all'efficienza dell'utilizzo dell'energia e ai benefici economici delle imprese. Con la rapida crescita della capacità installata degli accumulatori commerciali e industriali, il tasso di guasto delle attrezzature è diventato un fattore chiave che influenza i rendimenti degli investimenti. Secondo i dati del Consiglio Elettrico Cinese, nel 2023, la percentuale di interruzioni non pianificate delle stazioni di accumulo energetico ha raggiunto oltre il 57%, e più dell'80% di queste sono state causate da problemi come difetti di attrezzatura, anomalie di sistema e integrazione estesa. Nel corso dei miei anni di pratica in prima linea nell'accumulo energetico commerciale e industriale, ho affrontato vari guasti di sistema. Ora, analizzerò sistematicamente i tipi di guasto comuni, le cause e le soluzioni di ciascun sottosistema delle attrezzature di accumulo energetico commerciale e industriale per fornire una guida pratica per l'operazione e la manutenzione del sistema.
1. Guasti Comuni e Analisi delle Cause nei Sistemi di Batteria
Il sistema di batteria, come unità centrale di accumulo energetico del sistema di accumulo, i suoi guasti influiscono direttamente sulle prestazioni complessive del sistema.
1.1 Invecchiamento della Batteria
L'invecchiamento della batteria è uno dei tipi di guasto più comuni nei sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale, manifestandosi principalmente come attenuazione del ciclo di vita, aumento della resistenza interna e diminuzione della densità energetica. Nelle mie indagini sul campo, secondo i dati del 2023, dopo un ciclo di servizio di 2,5 anni, l'attenuazione della capacità delle batterie al fosfato di ferro-litio raggiunge il 28%, mentre quella delle batterie litio ternarie raggiunge il 41%, superando ampiamente le aspettative dell'industria. Questa attenuazione è principalmente causata da fattori come l'invecchiamento del materiale della batteria, cambiamenti nella struttura degli elettrodi e decomposizione dell'elettrolita, risultando in una diminuzione della capacità di accumulo energetico della batteria e in una riduzione dell'efficienza complessiva del sistema.
1.2 Fuga Termica
La fuga termica è il tipo di guasto più pericoloso nel sistema di batteria. Una volta verificatasi, può portare a incendi o persino esplosioni. Nella mia esperienza nella gestione di casi di emergenza, la fuga termica è solitamente causata da gradienti di temperatura anomali. Quando la temperatura interna della batteria supera i 120°C, può essere innescata una reazione a catena. Ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale in cui ho partecipato, la differenza di temperatura del modulo di batteria ha superato i 15°C, innescando il meccanismo di protezione BMS e causando l'arresto del sistema. Le cause della fuga termica includono sovralimentazione, scarica eccessiva, cortocircuito esterno, micro-cortocircuito interno e danni meccanici. Tra questi, l'incoerenza interna della batteria è il principale fattore di rischio.
1.3 Ossidazione e Corrosione dei Collegamenti della Batteria
L'ossidazione e la corrosione dei collegamenti della batteria sono guasti comuni ma facilmente trascurati nei sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale. In ambienti ad alta umidità, che ho incontrato molte volte in progetti costieri, i collegamenti della batteria tendono a ossidarsi, causando un aumento della resistenza di contatto, che a sua volta provoca surriscaldamento locale e fuga termica. Ad esempio, durante il "ritorno dell'umidità meridionale" in Guangdong, è apparsa una grande quantità di condensa all'interno di alcuni armadi di accumulo, causando l'ossidazione dei collegamenti e frequenti arresti del sistema. Inoltre, la perdita di elettrolita e la formazione di gas all'interno della batteria sono anche guasti comuni, che possono portare a una degradazione delle prestazioni della batteria e a rischi per la sicurezza.
2. Guasti Comuni e Analisi delle Cause del Sistema di Gestione della Batteria (BMS)
Il BMS è il "cervello" del sistema di accumulo, responsabile del monitoraggio, della protezione e della gestione dello stato della batteria.
2.1 Guasti di Comunicazione
I guasti di comunicazione sono il problema più comune del BMS, rappresentando il 34% dei guasti legati al BMS. Nel mio lavoro quotidiano di debug, i guasti di comunicazione si manifestano principalmente come l'incapacità del BMS di interagire normalmente con il sistema superiore, non riuscendo a trasmettere i dati di stato della batteria o a ricevere comandi di controllo. Questo è solitamente causato da fattori come interferenze sulla rete CAN, contatti poveri dei connettori e incompatibilità dei protocolli. Ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale, il protocollo di comunicazione tra BMS e PLC era incompatibile, causando l'impossibilità di eseguire correttamente i comandi di carica e scarica, e l'efficienza del sistema è diminuita di oltre il 20%.
2.2 Deviazione nella Stima SOC/SOH
La deviazione nella stima SOC/SOH è un altro guasto comune del BMS. Nei progetti in cui ho partecipato, se l'errore di stima SOC supera l'8%, può causare una terminazione prematura o tardiva della carica, influendo sulla durata della batteria e sull'efficienza del sistema. La deviazione nella stima SOC è principalmente causata da fattori come l'influenza della temperatura, l'incoerenza della batteria, l'insufficiente precisione del sensore di corrente e difetti algoritmici. Ad esempio, in un progetto di accumulo in un ambiente ad alta temperatura, l'errore di stima SOC del BMS era alto fino al 12%, causando un utilizzo incompleto della batteria e influendo gravemente sui ricavi.
2.3 Conflitti di Versione Firmware e Difetti Software
I conflitti di versione firmware e i difetti software sono anche problemi comuni del BMS. Con l'aumento del livello di intelligenza dei sistemi di accumulo, la complessità del software aumenta, e le vulnerabilità del software e i problemi di compatibilità diventano sempre più evidenti. Ad esempio, il Model 3 di Tesla ha avuto una situazione in cui la versione firmware V12.7.1 del BMS era incompatibile con il sistema di controllo, causando un'anomalia di carica per il 12% dei proprietari di auto. Inoltre, la degradazione della precisione dei sensori BMS e la raccolta anomala dei dati sono anche guasti comuni, che possono essere causati da fattori come l'invecchiamento dei sensori, l'interferenza elettromagnetica e i problemi di trasmissione del segnale.
3. Guasti Comuni e Analisi delle Cause del Sistema di Conversione dell'Energia (PCS)
Il PCS è l'attrezzatura chiave per la conversione dell'energia elettrica nel sistema di accumulo, responsabile della conversione di corrente continua in alternata e viceversa.
3.1 Declino dell'Efficienza
Il declino dell'efficienza è il problema più comune del PCS, manifestandosi principalmente come una diminuzione dell'efficienza di conversione di carica e scarica. Nel mio lavoro di misurazione effettivo, secondo i dati di test, l'efficienza media di conversione di carica dei tradizionali PCS a due livelli è del 95% (sopra il 30% di carico), e l'efficienza di conversione di scarica è del 96% (sopra il 30% di carico); mentre i PCS che utilizzano invertitori T a tre livelli hanno un'efficienza media di conversione di carica del 95,5% (sopra il 30% di carico) e un'efficienza di conversione di scarica del 96,5% (sopra il 30% di carico). Il declino dell'efficienza è solitamente causato da fattori come l'invecchiamento dei moduli IGBT/MOSFET, una dissipazione del calore insufficiente e strategie di controllo irrazionali. Ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale, il PCS è stato operato a temperature elevate per un lungo periodo, causando l'invecchiamento dei moduli IGBT, l'efficienza è scesa sotto il 93% e i ricavi del sistema sono diminuiti del 15%.
3.2 Mancanza di Protezione da Sovraccarico
La mancanza di protezione da sovraccarico è un altro guasto comune del PCS, che può portare a danni alle attrezzature o persino a incendi. Nei casi di gestione dei guasti che ho affrontato, la mancanza di protezione da sovraccarico è solitamente causata da fattori come un design irrazionale del circuito di protezione, degradazione della precisione dei sensori e errori logici di controllo. Ad esempio, in un progetto di accumulo, il PCS non ha attivato in tempo la protezione da sovraccarico quando il carico è aumentato improvvisamente, causando la combustione di un condensatore, l'interruzione del sistema per 2 giorni e una perdita superiore a 100.000 yuan. Inoltre, i guasti dell'inverter, l'eccesso di armoniche e la tensione/corrente di uscita instabili sono anche problemi comuni del PCS, che possono essere causati da fattori come l'invecchiamento dei componenti, una dissipazione del calore insufficiente e difetti algoritmici di controllo.
3.3 Grado di Resistenza alla Corrosione Insufficiente
Il grado di resistenza alla corrosione insufficiente è un guasto specifico del PCS nei sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale, specialmente in aree costiere o ad alta umidità. Nei progetti in cui sono stato in Guangdong, un grado di resistenza alla corrosione insufficiente porta alla corrosione della scheda PCB, all'ossidazione dei terminali di cablaggio e alla degradazione delle prestazioni dei componenti. Ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale in Guangdong, a causa di un grado di resistenza alla corrosione insufficiente del PCS, durante il "ritorno dell'umidità meridionale", la scheda PCB è stata corrosa, causando segnali multipli anomali e l'incapacità del sistema di funzionare normalmente.
4. Guasti Comuni e Analisi delle Cause dei Sistemi di Controllo della Temperatura
Il sistema di controllo della temperatura è la chiave per garantire l'operazione sicura del sistema di accumulo, suddiviso principalmente in schemi di raffreddamento a aria e a liquido.
4.1 Dissipazione del Calore Insufficiente
La dissipazione del calore insufficiente è il problema più comune del sistema di controllo della temperatura, che può portare a un aumento della temperatura della batteria, a una diminuzione dell'efficienza e a una riduzione della durata di vita. Nei progetti di gestione termica in cui ho partecipato, secondo le ricerche, ogni aumento di 10°C nella temperatura della batteria ne riduce la durata del ciclo di vita di circa il 50%. La dissipazione del calore insufficiente è solitamente causata da fattori come la sporca dei dissipatori, guasti dei ventilatori, design irrazionale dei dotti d'aria e temperature ambientali elevate. Ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale, a causa della sporca dei dissipatori, la temperatura della batteria ha superato i 45°C, innescando la protezione BMS, l'efficienza del sistema è diminuita del 18% e i ricavi sono diminuiti di circa 80.000 yuan all'anno.
4.2 Perdite nel Sistema di Raffreddamento a Liquido
Le perdite nel sistema di raffreddamento a liquido sono uno dei guasti più pericolosi del sistema di controllo della temperatura. Le perdite non solo portano a una carenza di refrigerante e influiscono sull'efficacia della dissipazione del calore, ma possono anche causare cortocircuiti e guasti elettrici nelle batterie. Nel mio lavoro di manutenzione dei sistemi di raffreddamento a liquido, le perdite sono solitamente causate da fattori come l'invecchiamento dei sigilli, la rottura dei tubi a causa delle vibrazioni e il rilassamento dei connettori. Ad esempio, in un armadio di accumulo di una stazione di ricezione LNG, a causa dell'invecchiamento dei sigilli dei tubi di raffreddamento a liquido, si è verificata una perdita di refrigerante, con l'apparizione di una grande quantità di condensa all'interno dell'armadio, causando frequenti interruzioni del sistema. Secondo i dati di test, l'indurimento dei sigilli PTFE aumenta da 65 Shore D a temperatura ambiente a 85 Shore D a -70°C, e il tasso di rimbalzo compressivo diminuisce del 40%, che è la causa principale delle perdite.
4.3 Controllo della Temperatura Ineguale
Il controllo della temperatura ineguale è un problema comune nei sistemi di raffreddamento a liquido, che può portare all'aggravarsi dell'incoerenza interna del pacchetto di batterie. Nei progetti di progettazione di sistemi di raffreddamento a liquido in cui ho partecipato, il controllo della temperatura ineguale è solitamente causato da fattori come un design irrazionale dei tubi di raffreddamento a liquido, una distribuzione del flusso ineguale e difetti algoritmici di controllo. Ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale, un design irrazionale dei tubi di raffreddamento a liquido ha portato a una differenza di temperatura di oltre 10°C nel pacchetto di batterie, accelerando l'invecchiamento della batteria e riducendo la durata del sistema del 30%.
5. Guasti Comuni e Analisi delle Cause del Sistema di Gestione dell'Energia (EMS)
L'EMS è il "comandante" del sistema di accumulo, responsabile dell'ottimizzazione delle strategie operative del sistema e della gestione dell'energia.
5.1 Difetti Algoritmici
I difetti algoritmici sono il problema più comune dell'EMS, che possono portare a strategie di carica e scarica irrazionali e a una riduzione dei ricavi. Nei progetti di ottimizzazione della gestione dell'energia in cui ho partecipato, ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale, i difetti algoritmici dell'EMS hanno impedito di prevedere con precisione il momento ottimale di carica e scarica quando i prezzi dell'energia fluttuavano frequentemente, riducendo i ricavi annuali di circa il 15%. I difetti algoritmici sono solitamente causati da fattori come modelli inaccurati, dati storici insufficienti e impostazioni dei parametri irrazionali.
5.2 Interruzione della Comunicazione
L'interruzione della comunicazione è un altro guasto comune dell'EMS, che può impedire al sistema di ricevere comandi superiori o di inviare dati di operazione. Nel mio lavoro di debug della comunicazione, l'interruzione della comunicazione è solitamente causata da fattori come incompatibilità dei protocolli, interferenze di rete e guasti hardware. Ad esempio, in un progetto di accumulo energetico commerciale e industriale, il protocollo di comunicazione tra EMS e il sistema di dispatching della rete elettrica era incompatibile. Quando i prezzi dell'energia cambiavano in tempo reale, le strategie di carica e scarica non potevano essere aggiustate in tempo, riducendo i ricavi di arbitraggio di oltre il 20%. Inoltre, le vulnerabilità di sicurezza dei dati sono anche problemi comuni dell'EMS, che possono portare a attacchi al sistema o a fughe di dati. Secondo i dati del 2023, tre incidenti di fuga di dati legati agli attacchi MOVEit sono stati classificati tra i dieci incidenti di fuga di dati più gravi, interessando oltre un milione di persone.
Nell'operazione e manutenzione effettiva dei sistemi di accumulo energetico commerciale e industriale, noi praticanti in prima linea dobbiamo identificare con precisione questi tipi di guasto, comprendere approfonditamente le loro cause e quindi adottare soluzioni mirate. Solo in questo modo possiamo garantire l'operazione stabile del sistema, migliorare l'efficienza dell'utilizzo dell'energia e aiutare le imprese a ottenere migliori benefici economici, contribuendo alla costruzione di un nuovo sistema energetico.
