Hva er de vanlige feilene som oppstår under drift av utstyr relatert til industriell og kommersiell energilagring?

Som et viktig del av det nye energisystemet, er stabil drift av kommersielle og industrielle energilagringssystemer direkte relatert til energieffektivitet og bedriftsøkonomisk nytte. Med rask vekst i installert kapasitet for kommersiell og industriell energilagring, har utstyrsfeilrate blitt en nøkkelfaktor som påvirker investeringsavkastning. Ifølge data fra Kinas elektriske råd, var andelen uplanlagte nedtak ved energilagringsanlegg over 57% i 2023, og over 80% av dem ble forårsaket av problemer som utstyrdefekter, systemavvik og omfattende integrasjon. I mine mange år med praksis i frontlinjen for kommersiell og industriell energilagring, har jeg håndtert ulike systemfeil. Nå vil jeg systematisk analysere de vanlige feiltypene, årsaker og løsninger for hver subsystem av kommersielt og industrielt energilagringutstyr for å gi praktisk veiledning for systemdrift og vedlikehold.

1. Vanlige Feil og Årsaksanalyse av Batterisystemer

Batterisystemet, som kjerneenergilagringsenheten i energilagringsystemet, har feil som direkte påvirker systemets totale ytelse.

1.1 Batterialdering

Batterialdering er en av de mest vanlige feiltypene i kommersielle og industrielle energilagringsystemer, hovedsakelig uttrykt som sykluslivslengdeforringelse, økt intern motstand og energitethetsnedgang. I mine feltundersøkelser, ifølge 2023-data, etter en tjenesteperiode på 2,5 år, er kapasitetsnedgangen for litium-ferrofosfatbatterier 28%, mens den for ternære litiumbatterier er 41%, langt over bransje-forventninger. Denne nedgangen er hovedsakelig forårsaket av faktorer som batterimaterialaldering, endringer i elektrodstruktur og elektrolytdekomponering, noe som fører til en nedgang i batteriets energilagringskapasitet og en reduksjon i systemets totale effektivitet.

1.2 Termisk Utspring

Termisk utspring er den farligste feiltypen i batterisystemet. Når det oppstår, kan det føre til brann eller eksplosjon. I min erfaring med å håndtere nødsituasjoner, er termisk utspring ofte forårsaket av anormale temperaturgrader. Når den interne temperaturen i batteriet overstiger 120°C, kan det utløses en kjederekasje. For eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt jeg var involvert i, var temperaturforskjellen på batterimodulen over 15°C, noe som utløste BMS beskyttelsesmekanismen og førte til at systemet sluttet. Induserende faktorer for termisk utspring inkluderer overladning, overtomling, ekstern kortslutning, intern mikrokortslutning og mekanisk skade. Av disse er inkonsistens innen batteriet den hovedrisikofaktoren.

1.3 Oksidasjon og Korrosjon av Batterikoblinger

Oksidasjon og korrosjon av batterikoblinger er vanlige, men lett oversete feil i kommersielle og industrielle energilagringsystemer. I miljøer med høy fuktighet, som jeg har møtt mange ganger i kystprosjekter, er batterikoblinger utsatt for oksidasjon, noe som fører til økt kontaktmotstand, som igjen kan føre til lokal overoppvarming og termisk utspring. For eksempel under "sydlige fuktighetsretur" i Guangdong, dukket det opp store mengder kondensvann inne i noen energilagringskabinet, noe som førte til koblingsoksidasjon og hyppige systemnedtak. I tillegg er lekkasje av elektrolyt og gasutvikling inni batteriet også vanlige feil, som kan føre til batteriforverring og sikkerhetsrisiko.

2. Vanlige Feil og Årsaksanalyse av Batterihåndteringssystem (BMS)

BMS er "hjernen" i energilagringsystemet, ansvarlig for batteritilstandsmonitoring, beskyttelse og administrasjon.

2.1 Kommunikasjonsfeil

Kommunikasjonsfeil er den mest vanlige problemet med BMS, som utgjør 34% av BMS-relaterte feil. I min daglige justeringsarbeid, viser kommunikasjonsfeil seg hovedsakelig som BMS' evne til å interagere normalt med det overordnede systemet, ikke evne til å sende batteritilstandsdata eller motta kontrollkommandoer. Dette er vanligvis forårsaket av faktorer som støy i CAN-buss, dårlig koblingskontakt og protokolluforenelighet. For eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt, var kommunikasjonsprotokollen mellom BMS og PLC uforenelig, noe som førte til at lading og tomning kommandoer ikke kunne utføres riktig, og systemeffektiviteten sank over 20%.

2.2 SOC/SOH Estimeringsavvik

SOC/SOH estimeringsavvik er en annen vanlig feil hos BMS. I prosjekter jeg har deltatt i, hvis SOC-estimeringsfeilen overstiger 8%, vil det føre til at ladingen avsluttes for tidlig eller for sent, noe som påvirker batterilevetid og systemeffektivitet. SOC-estimeringsavvik er hovedsakelig forårsaket av faktorer som temperaturinfluens, batteriinkonsistens, utilstrekkelig strømsensorpresisjon og algoritmeavvik. For eksempel, i et energilagringsprosjekt i et høyt temperaturmiljø, var SOC-estimeringsfeilen hos BMS så høy som 12%, noe som førte til at batteriet ikke ble fullt utnyttet, og inntekten ble alvorlig påvirket.

2.3 Firmware Versjonskonflikter og Programvaredefekter

Firmware versjonskonflikter og programvaredefekter er også vanlige problemer med BMS. Med økt intelligensnivå i energilagringsystemer, øker programvarens kompleksitet, og programvaresårbarhet og kompatibilitetsproblemer blir mer fremtredende. For eksempel, Tesla Model 3 hadde en situasjon hvor BMS firmware versjon V12.7.1 var uforenelig med kontrollsystemet, noe som førte til at 12% av bilene hadde abnormal lading. I tillegg, nedgang i BMS sensorpresisjon og abnormale datainnsamling er også vanlige feil, som kan være forårsaket av faktorer som sensoraldering, elektromagnetisk støy og signalforsendelsesproblemer.

3. Vanlige Feil og Årsaksanalyse av Strømoversettelsessystem (PCS)

PCS er kjerneutstyret for elektrisk energioversettelse i energilagringsystemet, ansvarlig for konvertering av direkte strøm til alternerende strøm eller motsatt.

3.1 Effektivitetsnedgang

Effektivitetsnedgang er det mest vanlige problemet med PCS, hovedsakelig uttrykt som en nedgang i ladings- og tomningskonverteringseffektivitet. I det faktiske målearbeidet jeg har gjort, ifølge testdata, er den gjennomsnittlige ladingskonverteringseffektiviteten for tradisjonelle to-nivå PCS 95% (over 30% belastning), og tomningskonverteringseffektiviteten er 96% (over 30% belastning); mens PCS som bruker T-type tre-nivåinvertorer har en gjennomsnittlig ladingskonverteringseffektivitet på 95,5% (over 30% belastning) og en tomningskonverteringseffektivitet på 96,5% (over 30% belastning). Effektivitetsnedgang er vanligvis forårsaket av faktorer som aldring av IGBT/MOSFET-moduler, dårlig varmekjøling og urealisable kontrollstrategier. For eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt, ble PCS operert ved høye temperaturer over lengre tid, noe som førte til aldring av IGBT-moduler, effektiviteten sank til under 93%, og systeminntekten sank med 15%.

3.2 Overbelastningsbeskyttelsesfeil

Overbelastningsbeskyttelsesfeil er en annen vanlig feil hos PCS, som kan føre til utstyrskader eller brann. I feilhåndteringscasene jeg har opplevd, er overbelastningsbeskyttelsesfeil vanligvis forårsaket av faktorer som urealistisk design av beskyttelseskretsen, nedgang i sensorpresisjon og kontrolllogikkfeil. For eksempel, i et energilagringsprosjekt, klarte PCS ikke å utløse overbelastningsbeskyttelse i tide når belastningen økte plutselig, noe som førte til kondensatorbrann, systemet var ute av tjeneste i to dager, og tapet oversteg 100 000 yuan. I tillegg, inverterfeil, overdreven harmoniske og ustabil utdatastrøm/spenning er også vanlige problemer hos PCS, som kan være forårsaket av faktorer som komponentaldering, dårlig varmekjøling og kontrollalgoritmeavvik.

3.3 Utilstrekkelig Korrosjonsbestandighet

Utilstrekkelig korrosjonsbestandighet er en spesiell feil hos PCS i kommersielle og industrielle energilagringsystemer, spesielt i kystområder eller høyt fuktighetsområder. I prosjektene jeg har vært i i Guangdong, vil utilstrekkelig korrosjonsbestandighet føre til PCB-korrosjon, oksidasjon av kabelforbindelser og komponentytingsnedgang. For eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt i Guangdong, på grunn av utilstrekkelig korrosjonsbestandighet hos PCS, under "sydlige fuktighetsretur", ble PCB-kortet korroderet, noe som førte til abnormale flerkanalsignaler og systemet kunne ikke fungere normalt.

4. Vanlige Feil og Årsaksanalyse av Temperaturkontrollsystemer

Temperaturkontrollsystemet er nøkkelen til å sikre trygg drift av energilagringsystemet, hovedsakelig delt inn i luftkjøling og væskkjølingsskjemaer.

4.1 Dårlig Varmekjøling

Dårlig varmekjøling er det mest vanlige problemet med temperaturkontrollsystemet, som kan føre til økt batteritemperatur, redusert effektivitet og forkortet levetid. I termisk forvaltningsprosjekter jeg har deltatt i, ifølge forskning, for hver 10°C økning i batteritemperatur, vil sykluslevealderen forkortes med omtrent 50%. Dårlig varmekjøling er vanligvis forårsaket av faktorer som radiatorfot, ventilatorfeil, urealistisk luftkanaldesign og høy ytre temperatur. For eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt, på grunn av radiatorfot, oversteg batteritemperaturen 45°C, utløste BMS beskyttelse, systemeffektiviteten sank med 18%, og inntekten sank med omtrent 80 000 yuan/år.

4.2 Lekasje i Væskkjølingssystem

Lekasje i væskkjølingssystemet er en av de farligste feilene i temperaturkontrollsystemet. Lekasje vil ikke bare føre til utilstrekkelig kjølevæske og påvirke varmekjølingen, men kan også føre til batterikortslutning og elektriske feil. I vedlikeholdsarbeidet med væskkjølingssystemer jeg har gjort, er lekasje i væskkjølingssystemet vanligvis forårsaket av faktorer som seglasaldering, rørsvingbrudd og koblingsloshet. For eksempel, i et energilagringskabinet ved et LNG-mottak, på grunn av aldring av væskkjølingssystemets segler, oppsto lekasje, en stor mengde kondensvann dukket opp inne i kabinetet, og systemet sluttet ofte. Ifølge testdata, øker hardheten av PTFE-segler fra 65 Shore D ved romtemperatur til 85 Shore D ved -70°C, og komprimeringsgjenopprettingsgraden synker med 40%, som er den hovedmessige årsaken til lekasje.

4.3 Ujevn Temperaturkontroll

Ujevn temperaturkontroll er et vanlig problem i væskkjølingssystemer, som kan føre til forverring av intern inkonsistens i batteripakken. I væskkjølingssystemdesignprosjekter jeg har deltatt i, er ujevn temperaturkontroll vanligvis forårsaket av faktorer som urealistisk design av væskkjølingssystemets rør, ujevn flytdistribusjon og kontrollalgoritmeavvik. For eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt, ledet urealistisk design av væskkjølingssystemets rør til en temperaturforskjell på over 10°C i batteripakken, som forskyndet batterialdering og forkortet systemlevealderen med 30%.

5. Vanlige Feil og Årsaksanalyse av Energiadministrasjonssystem (EMS)

EMS er "befaleren" for energilagringsystemet, ansvarlig for optimalisering av systemdriftsstrategi og energidisponering.

5.1 Algoritmeavvik

Algoritmeavvik er det mest vanlige problemet med EMS, som kan føre til urealistiske lading- og tomningsstrategier og redusert inntekt. I energiadministrasjonsoptimaliseringsprosjekter jeg har deltatt i, for eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt, førte EMS-algoritmeavvik til at man ikke kunne forutsi den optimale lading- og tomningstidspunktet når strømpriser variede, og årlig inntekt sank med omtrent 15%. Algoritmeavvik er vanligvis forårsaket av faktorer som unøyaktige modeller, utilstrekkelig historisk data og urealistiske parametereinstillinger.

5.2 Kommunikasjonsavbrudd

Kommunikasjonsavbrudd er en annen vanlig feil hos EMS, som kan føre til at systemet ikke kan motta overordnede kommandoer eller laste opp driftsdata. I kommunikasjonsjusteringsarbeidet jeg har gjort, er kommunikasjonsavbrudd vanligvis forårsaket av faktorer som protokolluforenelighet, nettverksstøy og maskinvarefeil. For eksempel, i et kommersielt og industriel energilagringsprosjekt, var kommunikasjonsprotokollen mellom EMS og kraftnettets disponentsystem uforenelig. Når strømpriser variede i sanntid, kunne lading- og tomningsstrategiene ikke justeres i tide, noe som førte til en reduksjon på over 20% i spekulasjonsinntekt. I tillegg, er data-sikkerhetssårbarheter også vanlige problemer hos EMS, som kan føre til systemangrep eller datalæk. Ifølge 2023-data, var tre datalækager relatert til MOVEit-angrep blant de ti største datalækasene, som påvirket over en million mennesker.

I den faktiske drift og vedlikehold av kommersielle og industrielle energilagringsystemer, må vi frontlinjepraktikere nøyaktig identifisere disse feiltypene, forstå deres årsaker dypt, og deretter ta målformede løsninger. Kun på denne måten kan vi sikre systemets stabile drift, forbedre energieffektiviteten og bidra til å bygge et nytt energisystem, samtidig som vi hjelper bedrifter med å oppnå bedre økonomiske resultater.