Jakie są typowe usterki występujące podczas eksploatacji sprzętu związanych z przechowywaniem energii w sektorze przemysłowym i handlowym

Jako ważna część nowego systemu energetycznego, stabilne działanie systemów magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym jest bezpośrednio związane z efektywnością wykorzystania energii i korzyściami ekonomicznymi przedsiębiorstw. Wraz z szybkim wzrostem mocy zainstalowanej systemów magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, wskaźnik awarii sprzętu stał się kluczowym czynnikiem wpływającym na zwrot z inwestycji. Według danych Rady Elektrowni Chin, w 2023 roku udział nieplanowanych wyłączeń stacji magazynowania energii przekroczył 57%, a ponad 80% z nich było spowodowanych problemami takimi jak wady sprzętu, anomalie systemowe i szerokie integracje. W moich latach praktyki na pierwszej linii w sektorze komercyjnego i przemysłowego magazynowania energii, poradziłem sobie z różnymi awariami systemów. Teraz systematycznie przeanalizuję typowe rodzaje usterki, przyczyny i rozwiązania dla każdego podsystemu sprzętu do magazynowania energii w celu dostarczenia praktycznych wskazówek dotyczących obsługi i konserwacji systemu.

1. Typowe Usterki i Analiza Przyczyn Systemów Baterii

System baterii, jako centralna jednostka magazynująca energię w systemie magazynowania, jego usterki bezpośrednio wpływają na ogólne wydajności systemu.

1.1 Starzenie Baterii

Starzenie baterii to jeden z najbardziej powszechnych typów usterek w systemach magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, które manifestuje się głównie jako osłabienie cyklu życia, wzrost oporu wewnętrznego i spadek gęstości energii. W moich badaniach terenowych, według danych z 2023 roku, po okresie użytkowania wynoszącym 2,5 lata, osłabienie pojemności baterii litowo-żelazofosforanowych wyniosło 28%, a baterii litowych trójkomponentowych 41%, co znacznie przekracza oczekiwania branżowe. To osłabienie jest głównie spowodowane czynnikami takimi jak starzenie materiałów baterii, zmiany struktury elektrod i rozkład elektrolitu, co powoduje obniżenie zdolności magazynowania energii przez baterię i redukcję ogólnej wydajności systemu.

1.2 Ucieczka Termiczna

Ucieczka termiczna to najbardziej niebezpieczny typ usterki w systemie baterii. Gdy wystąpi, może prowadzić do pożaru lub nawet wybuchu. W moim doświadczeniu w radzeniu sobie z przypadkami nagłymi, ucieczka termiczna jest zwykle spowodowana nietypowymi gradientami temperatury. Gdy temperatura wewnątrz baterii przekracza 120°C, może być wywołana reakcja łańcuchowa. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, w którym uczestniczyłem, różnica temperatur modułu baterii przekroczyła 15°C, co uruchomiło mechanizm ochrony BMS i spowodowało wyłączenie systemu. Przyczyny ucieczki termicznej obejmują nadładowanie, nadrozładowanie, zewnętrzne zamykanie obwodu, mikroprzewody wewnętrzne oraz uszkodzenia mechaniczne. Z nich, niespójność wewnątrz baterii jest głównym czynnikiem ryzyka.

1.3 Oksydacja i Korozja Łączników Baterii

Oksydacja i korozja łączników baterii to powszechne, ale często pomijane usterki w systemach magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym. W środowiskach o wysokiej wilgotności, z którymi wielokrotnie spotkałem się w projektach przybrzeżnych, łączniki baterii są narażone na oksydację, co prowadzi do wzrostu oporu kontaktowego, co z kolei powoduje lokalne przegrzewanie i ucieczkę termiczną. Na przykład, podczas "powrotu wilgoci południowej" w Guangdong, duża ilość kondensatu pojawiła się wewnątrz niektórych szaf magazynujących energię, powodując oksydację łączników i częste wyłączenia systemu. Ponadto przecieki elektrolitu i wydzielanie gazów wewnątrz baterii są również powszechnymi usterek, które mogą prowadzić do degradacji wydajności baterii i zagrożeń bezpieczeństwa.

2. Typowe Usterki i Analiza Przyczyn Systemu Zarządzania Baterią (BMS)

BMS to "mózg" systemu magazynowania energii, odpowiedzialny za monitorowanie stanu baterii, ochronę i zarządzanie.

2.1 Awarie Komunikacyjne

Awarie komunikacyjne to najpowszechniejszy problem BMS, stanowiąc 34% awarii związanych z BMS. W mojej codziennej pracy debugowania, awarie komunikacyjne objawiają się głównie niemożliwością normalnej interakcji BMS z systemem wyższego poziomu, niezdolnością do przesyłania danych o stanie baterii lub odbierania poleceń sterowania. Jest to zwykle spowodowane czynnikami takimi jak zakłócenia na CAN bus, słaby kontakt łączników i niezgodność protokołów. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnemu i przemysłowemu, protokół komunikacyjny między BMS a PLC był niezgodny, co uniemożliwiło poprawne wykonanie poleceń ładowania i rozładowania, a wydajność systemu spadła o ponad 20%.

2.2 Odchylenia Estymacji SOC/SOH

Odchylenia estymacji SOC/SOH to kolejny powszechny problem BMS. W projektach, w których uczestniczyłem, jeśli błąd estymacji SOC przekracza 8%, może to spowodować zbyt wczesne lub zbyt późne zakończenie ładowania, wpływając na żywotność baterii i wydajność systemu. Odchylenia estymacji SOC są głównie spowodowane czynnikami takimi jak wpływ temperatury, niespójność baterii, niewystarczająca dokładność czujników prądu i wady algorytmów. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w środowisku o wysokiej temperaturze, błąd estymacji SOC przez BMS wynosił 12%, co powodowało, że bateria nie była w pełni wykorzystywana, poważnie wpływając na dochody.

2.3 Konflikty Wersji Firmware i Wady Oprogramowania

Konflikty wersji firmware i wady oprogramowania to również powszechne problemy BMS. Wraz ze wzrostem inteligencji systemów magazynowania energii, zwiększa się złożoność oprogramowania, a wady oprogramowania i problemy z kompatybilnością stają się coraz bardziej widoczne. Na przykład, Tesla Model 3 miała sytuację, w której wersja firmware BMS V12.7.1 była niezgodna z systemem sterowania, co prowadziło do nietypowego ładowania dla 12% właścicieli samochodów. Ponadto degradacja dokładności czujników BMS i nietypowe zbieranie danych to również powszechne usterek, które mogą być spowodowane czynnikami takimi jak starzenie czujników, zakłócenia elektromagnetyczne i problemy z transmisją sygnałów.

3. Typowe Usterki i Analiza Przyczyn Systemu Konwersji Energetycznej (PCS)

PCS to kluczowe urządzenie do konwersji energii elektrycznej w systemie magazynowania energii, odpowiedzialne za konwersję prądu stałego na przemienny i odwrotnie.

3.1 Spadek Wydajności

Spadek wydajności to najpowszechniejszy problem PCS, objawiający się głównie spadkiem wydajności konwersji ładowania i rozładowania. W mojej rzeczywistej pracy pomiarowej, według danych testowych, średnia wydajność konwersji ładowania tradycyjnych PCS dwupoziomowych wynosi 95% (powyżej 30% obciążenia), a wydajność konwersji rozładowania 96% (powyżej 30% obciążenia); natomiast PCS używające trójpoziomowych inwerterów typu T ma średnią wydajność konwersji ładowania 95,5% (powyżej 30% obciążenia) i wydajność konwersji rozładowania 96,5% (powyżej 30% obciążenia). Spadek wydajności jest zwykle spowodowany czynnikami takimi jak starzenie modułów IGBT/MOSFET, słaba wentylacja i nieracjonalne strategie sterowania. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, PCS pracowało długotrwałe w wysokich temperaturach, co prowadziło do starzenia modułów IGBT, a wydajność spadła poniżej 93%, a dochody systemu zmalały o 15%.

3.2 Awaria Ochrony Przeciw Nadobciążeniom

Awaria ochrony przeciw nadobciążeniom to kolejny powszechny problem PCS, który może prowadzić do uszkodzenia sprzętu lub nawet pożaru. W przypadkach usuwania usterek, z którymi się zetknąłem, awaria ochrony przeciw nadobciążeniom jest zwykle spowodowana czynnikami takimi jak nieracjonalny projekt obwodu ochronnego, degradacja dokładności czujników i błędy logiki sterowania. Na przykład, w projekcie magazynowania energii, PCS nie aktywowało ochrony przeciw nadobciążeniom w czasie, gdy obciążenie wzrosło nagłym, co doprowadziło do spalenia kondensatorów, system był niedostępny przez 2 dni, a straty przekroczyły 100 000 yuan. Ponadto, awarie inwerterów, nadmierne harmoniczne i niestabilne napięcie/wyjście prądu to również powszechne problemy PCS, które mogą być spowodowane czynnikami takimi jak starzenie komponentów, słaba wentylacja i wady algorytmów sterowania.

3.3 Niewystarczający Stopień Odporności na Korozję

Niewystarczający stopień odporności na korozję to specyficzny problem PCS w systemach magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, szczególnie w obszarach przybrzeżnych lub o wysokiej wilgotności. W projektach, w których byłem w Guangdong, niewystarczający stopień odporności na korozję prowadzi do korozji płyt PCB, oksydacji końcówek przewodów i degradacji wydajności komponentów. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym w Guangdong, z powodu niewystarczającego stopnia odporności na korozję PCS, podczas "powrotu wilgoci południowej", płyta PCB została skorodowana, co prowadziło do nietypowych sygnałów wielokanałowych i system nie mógł działać normalnie.

4. Typowe Usterki i Analiza Przyczyn Systemów Kontroli Temperatury

System kontroli temperatury jest kluczem do zapewnienia bezpiecznej pracy systemu magazynowania energii, podzielony mainly into air-cooling and liquid-cooling schemes.

4.1 Słaba Wentylacja

Słaba wentylacja to najpowszechniejszy problem systemu kontroli temperatury, który może prowadzić do wzrostu temperatury baterii, spadku wydajności i skrócenia okresu użytkowania. W projektach zarządzania ciepłem, w których uczestniczyłem, według badań, każdy wzrost temperatury baterii o 10°C skraca jej cykl życia o około 50%. Słaba wentylacja jest zwykle spowodowana czynnikami takimi jak zanieczyszczenie chłodnic, awarie wentylatorów, nieracjonalny projekt kanałów powietrznych i wysoka temperatura otoczenia. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, z powodu zanieczyszczenia chłodnika, temperatura baterii przekroczyła 45°C, co uruchomiło ochronę BMS, wydajność systemu spadła o 18%, a dochody spadły o około 80 000 yuan rocznie.

4.2 Przeciek Systemu Chłodzenia Płynem

Przeciek systemu chłodzenia płynem to jeden z najbardziej niebezpiecznych usterek w systemie kontroli temperatury. Przeciek nie tylko prowadzi do niewystarczającej ilości płynu chłodzącego i wpływa na efekt chłodzenia, ale także może spowodować zwarcie baterii i awarie elektryczne. W pracach konserwacyjnych systemów chłodzenia płynem, które wykonywałem, przeciek systemu chłodzenia płynem jest zwykle spowodowany czynnikami takimi jak starzenie się uszczelnień, pęknięcie rurociągu z powodu wibracji i luźne łączniki. Na przykład, w szafie magazynującej energię w terminalu LNG, z powodu starzenia się uszczelnień rurociągu chłodzenia płynem, doszło do przecieku płynu chłodzącego, duży ilość kondensatu pojawiła się wewnątrz szafy, a system często się wyłączał. Według danych testowych, twardość uszczelnień PTFE wzrasta z 65 Shore D w temperaturze pokojowej do 85 Shore D przy -70°C, a współczynnik sprężystości spada o 40%, co jest główną przyczyną przecieków.

4.3 Nierównomierne Kontrolowanie Temperatury

Nierównomierne kontrolowanie temperatury to powszechny problem w systemach chłodzenia płynem, który może prowadzić do nasilenia niespójności wewnętrznej pakietu baterii. W projektach projektowania systemów chłodzenia płynem, w których uczestniczyłem, nierównomierne kontrolowanie temperatury jest zwykle spowodowane czynnikami takimi jak nieracjonalny projekt rurociągów chłodzenia płynem, nierównomierne dystrybucja przepływu i wady algorytmów sterowania. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, nieracjonalny projekt rurociągów chłodzenia płynem prowadził do różnicy temperatur w pakiecie baterii przekraczającej 10°C, co przyspieszało starzenie baterii i skracało żywotność systemu o 30%.

5. Typowe Usterki i Analiza Przyczyn Systemu Zarządzania Energia (EMS)

EMS to "dowódca" systemu magazynowania energii, odpowiedzialny za optymalizację strategii działania systemu i dysponowanie energią.

5.1 Wady Algorytmów

Wady algorytmów to najpowszechniejszy problem EMS, który może prowadzić do nieracjonalnych strategii ładowania i rozładowania oraz obniżenia dochodów. W projektach optymalizacji zarządzania energią, w których uczestniczyłem, na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, wady algorytmów EMS prowadziły do niemożności dokładnego przewidywania optymalnego czasu ładowania i rozładowania w warunkach częstych fluktuacji cen energii, a dochody roczne spadły o około 15%. Wady algorytmów są zwykle spowodowane czynnikami takimi jak niedokładne modele, niewystarczające dane historyczne i nieracjonalne ustawienia parametrów.

5.2 Przerwanie Komunikacji

Przerwanie komunikacji to kolejny powszechny problem EMS, który może prowadzić do niemożności odbierania poleceń z wyższego poziomu lub przesyłania danych operacyjnych. W pracach debugowania komunikacji, które wykonywałem, przerwanie komunikacji jest zwykle spowodowane czynnikami takimi jak niezgodność protokołów, zakłócenia sieciowe i awarie sprzętu. Na przykład, w projekcie magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, protokół komunikacyjny między EMS a systemem dysponowania energią elektryczną był niezgodny. Gdy ceny energii zmieniały się w czasie rzeczywistym, strategie ładowania i rozładowania nie mogły być dostosowane w czasie, co prowadziło do obniżenia dochodów z arbitrażu o ponad 20%. Ponadto, luk w bezpieczeństwie danych to również powszechny problem EMS, który może prowadzić do ataków na system lub wycieku danych. Według danych z 2023 roku, trzy incydenty wycieku danych związane z atakami MOVEit znalazły się wśród dziesięciu największych incydentów wycieku danych, wpływając na ponad milion osób.

W rzeczywistej obsłudze i konserwacji systemów magazynowania energii w sektorze komercyjnym i przemysłowym, my praktycy na pierwszej linii musimy dokładnie identyfikować te typy usterek, głęboko zrozumieć ich przyczyny, a następnie podjąć skierowane rozwiązania. Tylko w ten sposób możemy zapewnić stabilne działanie systemu, zwiększyć efektywność wykorzystania energii i pomóc przedsiębiorstwom osiągnąć lepsze korzyści ekonomiczne, jednocześnie przyczyniając się do budowy nowego systemu energetycznego.