산업 및 상업 에너지 저장과 관련된 장비의 운전 중 발생하는 일반적인 고장은 무엇인가요

상업 및 산업 에너지 저장 시스템의 안정적인 운영은 에너지 활용 효율성과 기업 경제적 이익과 직접적으로 관련되어 있습니다. 상업 및 산업 에너지 저장 설비 용량의 급속한 증가와 함께 장비 고장률이 투자 수익에 영향을 미치는 주요 요인으로 부각되고 있습니다. 중국 전력협회의 데이터에 따르면, 2023년 에너지 저장 발전소의 예기치 않은 정전 비율이 57%를 넘었으며, 그 중 80% 이상이 장비 결함, 시스템 이상, 광범위한 통합 등의 문제로 인해 발생했습니다. 저는 상업 및 산업 에너지 저장 현장에서 여러 시스템 오류를 처리한 경험이 있습니다. 이제 상업 및 산업 에너지 저장 장비의 각 하위 시스템의 일반적인 오류 유형, 원인 및 해결 방법을 체계적으로 분석하여 시스템 운영 및 유지보수에 실질적인 지침을 제공하겠습니다.

1. 배터리 시스템의 일반적인 오류 및 원인 분석

배터리 시스템은 에너지 저장 시스템의 핵심 에너지 저장 단위로서, 그 오류는 시스템의 전체 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

1.1 배터리 노화

배터리 노화는 상업 및 산업 에너지 저장 시스템에서 가장 일반적인 오류 유형 중 하나로, 주로 주기 수명 감소, 내부 저항 증가, 에너지 밀도 감소로 나타납니다. 제 현장 조사에 따르면, 2023년 데이터에 따르면 2.5년 동안 서비스 후 인산철 리튬 배터리의 용량 감소율이 28%, 삼원 리튬 배터리는 41%에 달하며, 이는 업계 기대치를 크게 초과합니다. 이러한 감소는 배터리 재료 노화, 전극 구조 변화, 전해액 분해 등으로 인해 배터리의 에너지 저장 용량이 감소하고 시스템의 전체 효율이 떨어지는 결과를 가져옵니다.

1.2 열 도주

열 도주는 배터리 시스템에서 가장 위험한 오류 유형입니다. 한 번 발생하면 화재 또는 폭발로 이어질 수 있습니다. 제 긴급 사례 처리 경험에 따르면, 열 도주는 보통 비정상적인 온도 기울기로 인해 발생합니다. 배터리 내부 온도가 120°C를 초과하면 연쇄 반응이 일어날 수 있습니다. 예를 들어, 제가 참여했던 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 배터리 모듈의 온도 차이가 15°C를 초과하여 BMS 보호 메커니즘이 작동하여 시스템이 종료되었습니다. 열 도주의 원인에는 과충전, 과방전, 외부 단락, 내부 미세 단락, 기계적 손상 등이 포함되며, 그 중 배터리 내부의 불일치가 주요 위험 요인입니다.

1.3 배터리 커넥터의 산화 및 부식

배터리 커넥터의 산화 및 부식은 상업 및 산업 에너지 저장 시스템에서 흔하지만 간과되기 쉬운 오류입니다. 해안 프로젝트에서 여러 번 겪었던 고습도 환경에서는 배터리 커넥터가 쉽게 산화되어 접촉 저항이 증가하여 국부적인 과열과 열 도주를 유발합니다. 예를 들어, 광동에서 "남쪽 습기"가 돌아왔을 때 일부 에너지 저장 캐비닛 내부에 많은 양의 응축수가 생겨 커넥터 산화와 시스템 종료가 잦았습니다. 또한 배터리 내부의 전해액 누출 및 가스 발생도 흔한 오류로, 배터리 성능 저하와 안전 위험을 초래할 수 있습니다.

2. 배터리 관리 시스템(BMS)의 일반적인 오류 및 원인 분석

BMS는 에너지 저장 시스템의 "뇌" 역할을 하며, 배터리 상태 모니터링, 보호 및 관리를 담당합니다.

2.1 통신 오류

통신 오류는 BMS에서 가장 일반적인 문제로, BMS 관련 오류의 34%를 차지합니다. 제 일상적인 디버깅 작업에서 통신 오류는 주로 BMS가 상위 시스템과 정상적으로 상호작용하지 못하거나 배터리 상태 데이터를 전송하거나 제어 명령을 받지 못하는 것으로 나타납니다. 이는 일반적으로 CAN 버스 간섭, 커넥터 접촉 불량, 프로토콜 호환성 문제 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 BMS와 PLC 사이의 통신 프로토콜이 호환되지 않아 충전 및 방전 명령을 올바르게 실행하지 못했고, 시스템 효율이 20% 이상 감소했습니다.

2.2 SOC/SOH 추정 편차

SOC/SOH 추정 편차는 BMS의 또 다른 일반적인 오류입니다. 제가 참여한 프로젝트에서 SOC 추정 오차가 8%를 초과하면 충전이 너무 빨리 또는 늦게 종료되어 배터리 수명과 시스템 효율에 영향을 미칩니다. SOC 추정 편차는 주로 온도 영향, 배터리 불일치, 전류 센서 정확도 부족, 알고리즘 결함 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 고온 환경의 에너지 저장 프로젝트에서 BMS의 SOC 추정 오차가 12%에 달해 배터리가 충분히 활용되지 못해 수익에严重影响了系统收益。例如，在一个高温环境下的储能项目中，BMS 的 SOC 估计误差高达 12%，导致电池未能充分利用，严重影响了收益。 请允许我继续翻译剩余部分。不过，根据您的要求，我将直接输出翻译结果，不包含任何解释或注释。 ```html

SOC/SOH 추정 편차는 BMS의 또 다른 일반적인 오류입니다. 제가 참여한 프로젝트에서 SOC 추정 오차가 8%를 초과하면 충전이 너무 빨리 또는 늦게 종료되어 배터리 수명과 시스템 효율에 영향을 미칩니다. SOC 추정 편차는 주로 온도 영향, 배터리 불일치, 전류 센서 정확도 부족, 알고리즘 결함 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 고온 환경의 에너지 저장 프로젝트에서 BMS의 SOC 추정 오차가 12%에 달해 배터리가 충분히 활용되지 못해 수익에 심각한 영향을 미쳤습니다.

2.3 펌웨어 버전 충돌 및 소프트웨어 결함

펌웨어 버전 충돌 및 소프트웨어 결함도 BMS의 일반적인 문제입니다. 에너지 저장 시스템의 지능화 수준이 향상됨에 따라 소프트웨어의 복잡성이 증가하고 소프트웨어 취약점과 호환성 문제가 더욱 두드러집니다. 예를 들어, Tesla Model 3에서는 BMS 펌웨어 버전 V12.7.1이 제어 시스템과 호환되지 않아 12%의 차주에게 충전이 비정상적으로 이루어진 적이 있었습니다. 또한 BMS 센서 정확도 저하 및 데이터 수집 이상도 일반적인 오류로, 센서 노화, 전자기 간섭, 신호 전송 문제 등으로 인해 발생할 수 있습니다.

3. 전력 변환 시스템(PCS)의 일반적인 오류 및 원인 분석

PCS는 에너지 저장 시스템에서 직류를 교류로 또는 그 반대로 변환하는 핵심 장비입니다.

3.1 효율 저하

효율 저하는 PCS의 가장 일반적인 문제로, 주로 충전 및 방전 변환 효율 저하로 나타납니다. 제가 수행한 실제 측정 작업에 따르면, 30% 이상의 부하에서 전통적인 2단계 PCS의 평균 충전 변환 효율은 95%, 방전 변환 효율은 96%였습니다. T-형 3단계 인버터를 사용하는 PCS의 경우 30% 이상의 부하에서 평균 충전 변환 효율은 95.5%, 방전 변환 효율은 96.5%였습니다. 효율 저하는 일반적으로 IGBT/MOSFET 모듈의 노화, 열 방출 부족, 불합리한 제어 전략 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 PCS가 장시간 고온 상태에서 운전되면서 IGBT 모듈이 노화되어 효율이 93% 미만으로 떨어져 시스템 수익이 15% 감소했습니다.

3.2 과부하 보호 실패

과부하 보호 실패는 PCS의 또 다른 일반적인 오류로, 장비 손상이나 화재로 이어질 수 있습니다. 제가 경험한 고장 처리 사례에 따르면, 과부하 보호 실패는 보호 회로 설계의 불합리, 센서 정확도 저하, 제어 논리 오류 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 에너지 저장 프로젝트에서 부하가 갑자기 증가했을 때 PCS가 과부하 보호를 제때 트리거하지 못해 커패시터가 타버려 시스템이 2일간 중단되었고, 손실이 10만 위안을 초과했습니다. 또한 인버터 오류, 과도한 고조파, 불안정한 출력 전압/전류도 PCS의 일반적인 문제로, 부품 노화, 열 방출 부족, 제어 알고리즘 결함 등으로 인해 발생할 수 있습니다.

3.3 부식 저항 부족

부식 저항 부족은 상업 및 산업 에너지 저장 시스템에서 특히 해안이나 고습도 지역에서 발생하는 특수한 PCS 오류입니다. 제가 방문한 광동 프로젝트에서 부식 저항 부족은 PCB 보드 부식, 배선 단자 산화, 부품 성능 저하를 초래합니다. 예를 들어, 광동의 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 PCS의 부식 저항 부족으로 인해 "남쪽 습기" 기간 동안 PCB 보드가 부식되어 다중 채널 신호가 비정상적으로 작동하여 시스템이 정상적으로 운영되지 않았습니다.

4. 온도 제어 시스템의 일반적인 오류 및 원인 분석

온도 제어 시스템은 에너지 저장 시스템의 안전한 운영을 보장하는 핵심이며, 주로 공랭식과 액랭식으로 나뉩니다.

4.1 열 방출 부족

열 방출 부족은 온도 제어 시스템에서 가장 일반적인 문제로, 배터리 온도 상승, 효율 저하, 수명 단축을 초래할 수 있습니다. 제가 참여한 열 관리 프로젝트에 따르면, 배터리 온도가 10°C 상승할 때마다 주기 수명이 약 50% 줄어듭니다. 열 방출 부족은 일반적으로 라디에이터 오염, 팬 고장, 공기 덕트 설계의 불합리, 높은 주변 온도 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 라디에이터 오염으로 인해 배터리 온도가 45°C를 초과하여 BMS 보호가 트리거되어 시스템 효율이 18% 감소하고 연간 수익이 약 8만 위안 감소했습니다.

4.2 액랭식 시스템 누출

액랭식 시스템 누출은 온도 제어 시스템에서 가장 위험한 오류 중 하나입니다. 누출은 냉각제 부족으로 인해 열 방출 효과가 떨어지고 배터리 단락 및 전기적 고장으로 이어질 수 있습니다. 제가 수행한 액랭식 시스템 유지보수 작업에서 액랭식 시스템 누출은 주로 밀봉재 노화, 파이프 진동 파손, 커넥터 느슨함 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, LNG 수입 기지의 에너지 저장 캐비닛에서 액랭식 파이프 밀봉재 노화로 인해 냉각제 누출이 발생하여 캐비닛 내부에 많은 응축수가 생겨 시스템이 자주 중단되었습니다. 시험 데이터에 따르면 PTFE 밀봉재의 경도는 상온에서 65 Shore D에서 -70°C에서는 85 Shore D로 증가하며, 압축 회복률은 40% 감소하여 누출의 주요 원인이 됩니다.

4.3 온도 제어 불균형

온도 제어 불균형은 액랭식 시스템에서 흔한 문제로, 배터리 팩 내부 불일치를 악화시킬 수 있습니다. 제가 참여한 액랭식 시스템 설계 프로젝트에서 온도 제어 불균형은 주로 액랭식 파이프 설계의 불합리, 유량 분포 불균형, 제어 알고리즘 결함 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 액랭식 파이프 설계의 불합리로 인해 배터리 팩의 온도 차이가 10°C를 초과하여 배터리 노화가 가속되어 시스템 수명이 30% 단축되었습니다.

5. 에너지 관리 시스템(EMS)의 일반적인 오류 및 원인 분석

EMS는 에너지 저장 시스템의 "지휘관"으로, 시스템 운영 전략 최적화와 에너지 분배를 담당합니다.

5.1 알고리즘 결함

알고리즘 결함은 EMS의 가장 일반적인 문제로, 불합리한 충전 및 방전 전략으로 인해 수익이 감소할 수 있습니다. 제가 참여한 에너지 관리 최적화 프로젝트에서 예를 들어, 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 EMS 알고리즘 결함으로 인해 전력 가격 변동이 빈번할 때 최적의 충전 및 방전 타이밍을 정확히 예측하지 못해 연간 수익이 약 15% 감소했습니다. 알고리즘 결함은 일반적으로 정확하지 않은 모델, 부족한 역사적 데이터, 불합리한 매개변수 설정 등으로 인해 발생합니다.

5.2 통신 중단

통신 중단은 EMS의 또 다른 일반적인 오류로, 시스템이 상위 명령을 받거나 운영 데이터를 업로드하지 못하게 합니다. 제가 수행한 통신 디버깅 작업에서 통신 중단은 주로 프로토콜 호환성, 네트워크 간섭, 하드웨어 고장 등으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 상업 및 산업 에너지 저장 프로젝트에서 EMS와 전력망 조정 시스템 간의 통신 프로토콜이 호환되지 않았습니다. 실시간 전력 가격 변동 시 충전 및 방전 전략을 제때 조정하지 못해 아케이지 수익이 20% 이상 감소했습니다. 또한 데이터 보안 취약점도 EMS의 일반적인 문제로, 시스템 공격이나 데이터 유출로 이어질 수 있습니다. 2023년 데이터에 따르면 MOVEit 공격과 관련된 세 가지 데이터 유출 사건이 100만 명 이상의 사람들을 영향을 미친 상위 10개 데이터 유출 사건 중 하나였습니다.

상업 및 산업 에너지 저장 시스템의 실제 운영 및 유지보수에서, 저희 현장 실무자는 이러한 오류 유형을 정확히 식별하고 그 원인을 깊이 이해한 후 대상적인 해결책을 취해야 합니다. 이를 통해 시스템의 안정적인 운영을 보장하고 에너지 활용 효율성을 향상시키며, 기업이 더 나은 경제적 이익을 얻을 수 있도록 돕는 동시에 새로운 전력 시스템 구축에 기여할 수 있습니다.