Какие распространенные неисправности возникают при эксплуатации оборудования, связанного с промышленным и коммерческим энергетическим хранением?
Как важная часть новой энергетической системы, стабильная работа коммерческих и промышленных систем хранения энергии напрямую связана с эффективностью использования энергии и экономической выгодой предприятий. С быстрым ростом установленной мощности коммерческих и промышленных систем хранения энергии, частота отказов оборудования стала ключевым фактором, влияющим на возврат инвестиций. Согласно данным Китайского совета по электричеству, в 2023 году доля неплановых отключений станций хранения энергии достигла более 57%, и более 80% из них были вызваны проблемами, такими как дефекты оборудования, аномалии системы и широкая интеграция. В моей многолетней практике на передовой в области коммерческого и промышленного хранения энергии, я сталкивался с различными системными отказами. Теперь я систематически проанализирую распространенные типы неисправностей, их причины и решения для каждого подсистемы коммерческого и промышленного оборудования хранения энергии, чтобы предоставить практические рекомендации для эксплуатации и обслуживания системы.
1. Распространенные неисправности и анализ причин в батарейных системах
Батарейная система, как основное энергохранилище системы хранения энергии, ее неисправности напрямую влияют на общую производительность системы.
1.1 Старение батарей
Старение батарей является одним из самых распространенных типов неисправностей в коммерческих и промышленных системах хранения энергии, что проявляется в снижении циклического ресурса, увеличении внутреннего сопротивления и уменьшении плотности энергии. По результатам моих полевых исследований, согласно данным 2023 года, после 2,5-летнего периода службы, емкость литий-железо-фосфатных батарей уменьшилась на 28%, а трехкомпонентных литий-ионных батарей — на 41%, что значительно превышает ожидания отрасли. Это старение вызывается факторами, такими как старение материалов батареи, изменения структуры электродов и разложение электролита, что приводит к уменьшению емкости аккумулятора и снижению общей эффективности системы.
1.2 Термический пробег
Термический пробег является самым опасным типом неисправности в батарейной системе. При его возникновении может произойти пожар или даже взрыв. В своем опыте работы с чрезвычайными ситуациями, термический пробег обычно вызывается аномальными температурными градиентами. Когда внутренняя температура батареи превышает 120°C, может быть запущена цепная реакция. Например, в одном из коммерческих и промышленных проектов, в котором я участвовал, температурный перепад модуля батареи превысил 15°C, что активировало защитный механизм BMS и привело к остановке системы. Причины термического пробега включают перезаряд, переразряд, внешнее короткое замыкание, внутреннее микрозамыкание и механические повреждения. Из них, несоответствие внутри батареи является основным фактором риска.
1.3 Окисление и коррозия соединителей батарей
Окисление и коррозия соединителей батарей являются распространенными, но часто упускаемыми из виду неисправностями в коммерческих и промышленных системах хранения энергии. В условиях высокой влажности, которые я встречал во многих прибрежных проектах, соединители батарей склонны к окислению, что приводит к увеличению контактного сопротивления, что, в свою очередь, вызывает локальное перегревание и термический пробег. Например, во время "возвращения южной влажности" в Гуандуне, большое количество конденсата образовалось внутри некоторых шкафов хранения энергии, что вызвало окисление соединителей и частые остановки системы. Кроме того, утечка электролита и выделение газа внутри батареи также являются распространенными неисправностями, которые могут привести к ухудшению характеристик батареи и созданию опасностей безопасности.
2. Распространенные неисправности и анализ причин в системе управления батареями (BMS)
BMS является "мозгом" системы хранения энергии, отвечая за мониторинг состояния батареи, защиту и управление.
2.1 Неисправности связи
Неисправности связи являются самой распространенной проблемой BMS, составляя 34% всех неисправностей, связанных с BMS. В своей ежедневной работе по отладке, неисправности связи обычно проявляются в невозможности нормального взаимодействия BMS с верхним уровнем системы, неспособности передавать данные о состоянии батареи или принимать команды управления. Это обычно вызвано факторами, такими как помехи на CAN-шине, плохой контакт соединителей и несовместимость протоколов. Например, в одном из коммерческих и промышленных проектов хранения энергии, протокол связи между BMS и PLC был несовместим, что привело к невозможности правильного выполнения команд зарядки и разрядки, и эффективность системы снизилась более чем на 20%.
2.2 Отклонение оценки SOC/SOH
Отклонение оценки SOC/SOH является еще одной распространенной неисправностью BMS. В проектах, в которых я участвовал, если ошибка оценки SOC превышает 8%, это приводит к слишком раннему или позднему завершению зарядки, что влияет на срок службы батареи и эффективность системы. Отклонение оценки SOC обычно вызывается факторами, такими как влияние температуры, несоответствие батарей, недостаточная точность датчиков тока и дефекты алгоритмов. Например, в проекте хранения энергии в условиях высоких температур, ошибка оценки SOC BMS достигала 12%, что приводило к неполному использованию батареи и серьезно влияло на доход.
2.3 Конфликты версий прошивки и программные дефекты
Конфликты версий прошивки и программные дефекты также являются распространенными проблемами BMS. С повышением уровня интеллектуальности систем хранения энергии, сложность программного обеспечения возрастает, и проблемы с уязвимостями и совместимостью становятся все более заметными. Например, Tesla Model 3 столкнулась с ситуацией, когда версия прошивки BMS V12.7.1 была несовместима с системой управления, что привело к аномальной зарядке для 12% владельцев автомобилей. Кроме того, ухудшение точности датчиков BMS и аномальная сбор данных также являются распространенными неисправностями, которые могут быть вызваны факторами, такими как старение датчиков, электромагнитные помехи и проблемы передачи сигналов.
3. Распространенные неисправности и анализ причин в системе преобразования энергии (PCS)
PCS является ключевым оборудованием для преобразования электроэнергии в системе хранения энергии, отвечая за преобразование постоянного тока в переменный и наоборот.
3.1 Снижение эффективности
Снижение эффективности является самой распространенной проблемой PCS, что проявляется в уменьшении эффективности преобразования при зарядке и разрядке. В соответствии с данными, полученными в ходе моих измерений, средняя эффективность преобразования при зарядке традиционных двухуровневых PCS составляет 95% (при нагрузке выше 30%), а при разрядке — 96% (при нагрузке выше 30%); в то время как PCS, использующие T-типа трехуровневые инверторы, имеют среднюю эффективность преобразования при зарядке 95,5% (при нагрузке выше 30%) и при разрядке 96,5% (при нагрузке выше 30%). Снижение эффективности обычно вызывается факторами, такими как старение IGBT/MOSFET-модулей, плохое охлаждение и нерациональные стратегии управления. Например, в одном из коммерческих и промышленных проектов хранения энергии, PCS долгое время работал при высоких температурах, что привело к старению IGBT-модулей, эффективность снизилась до менее 93%, и доход системы снизился на 15%.
3.2 Сбой защиты от перегрузки
Сбой защиты от перегрузки является еще одной распространенной неисправностью PCS, которая может привести к повреждению оборудования или даже пожару. В случаях, с которыми я сталкивался, сбой защиты от перегрузки обычно вызывается факторами, такими как нерациональное проектирование защитного контура, ухудшение точности датчиков и ошибки в логике управления. Например, в одном из проектов хранения энергии, PCS не смог своевременно активировать защиту от перегрузки при внезапном увеличении нагрузки, что привело к перегоранию конденсаторов, система была выведена из строя на 2 дня, и потери превысили 100,000 юаней. Кроме того, неисправности инверторов, избыточные гармоники и нестабильное выходное напряжение/ток также являются распространенными проблемами PCS, которые могут быть вызваны факторами, такими как старение компонентов, плохое охлаждение и дефекты алгоритмов управления.
3.3 Недостаточная антикоррозийная защита
Недостаточная антикоррозийная защита является специфической неисправностью PCS в коммерческих и промышленных системах хранения энергии, особенно в прибрежных или высоко-влажных районах. В проектах, в которых я участвовал в Гуандуне, недостаточная антикоррозийная защита приводит к коррозии плат PCB, окислению клемм и ухудшению характеристик компонентов. Например, в одном из коммерческих и промышленных проектов хранения энергии в Гуандуне, из-за недостаточной антикоррозийной защиты PCS, во время "возвращения южной влажности" плата PCB была повреждена коррозией, что привело к аномальным сигналам на нескольких каналах и невозможности нормальной работы системы.
4. Распространенные неисправности и анализ причин в системах контроля температуры
Система контроля температуры является ключом к обеспечению безопасной работы системы хранения энергии, в основном разделенная на воздушное и жидкостное охлаждение.
4.1 Плохое охлаждение
Плохое охлаждение является самой распространенной проблемой системы контроля температуры, что может привести к повышению температуры батареи, снижению эффективности и сокращению срока службы. В проектах теплового управления, в которых я участвовал, согласно исследованиям, каждое увеличение температуры батареи на 10°C приводит к сокращению циклического ресурса примерно на 50%. Плохое охлаждение обычно вызывается факторами, такими как загрязнение радиатора, неисправности вентиляторов, нерациональное проектирование воздуховодов и высокая окружающая температура. Например, в одном из коммерческих и промышленных проектов хранения энергии, из-за загрязнения радиатора, температура батареи превысила 45°C, что активировало защиту BMS, эффективность системы снизилась на 18%, и доход снизился примерно на 80,000 юаней в год.
4.2 Утечка жидкостной системы охлаждения
Утечка жидкостной системы охлаждения является одним из самых опасных отказов в системе контроля температуры. Утечка не только приводит к недостатку охлаждающей жидкости и ухудшению эффекта охлаждения, но также может вызвать короткое замыкание батареи и электрические неисправности. В ходе обслуживания жидкостных систем охлаждения, которое я проводил, утечка обычно вызывается факторами, такими как старение уплотнений, разрыв трубопроводов из-за вибрации и ослабление соединений. Например, в шкафу хранения энергии на LNG-терминале, из-за старения уплотнений трубопроводов жидкостной системы охлаждения произошла утечка охлаждающей жидкости, что привело к появлению большого количества конденсата внутри шкафа и частым остановкам системы. Согласно тестовым данным, твердость уплотнений PTFE увеличивается с 65 Шор D при комнатной температуре до 85 Шор D при -70°C, а коэффициент сжатия уменьшается на 40%, что является основной причиной утечки.
4.3 Неравномерное управление температурой
Неравномерное управление температурой является распространенной проблемой в жидкостных системах охлаждения, что может привести к усугублению внутренней неоднородности батарейного блока. В проектах по проектированию жидкостных систем охлаждения, в которых я участвовал, неравномерное управление температурой обычно вызывается факторами, такими как нерациональное проектирование трубопроводов жидкостного охлаждения, неравномерное распределение потока и дефекты алгоритмов управления. Например, в одном из коммерческих и промышленных проектов хранения энергии, нерациональное проектирование трубопроводов жидкостного охлаждения привело к разнице температур более 10°C в батарейном блоке, что ускорило старение батарей и сократило срок службы системы на 30%.
5. Распространенные неисправности и анализ причин в системе управления энергией (EMS)
EMS является "командиром" системы хранения энергии, отвечая за оптимизацию стратегии работы системы и диспетчеризацию энергии.
5.1 Дефекты алгоритмов
Дефекты алгоритмов являются самой распространенной проблемой EMS, что может привести к нерациональным стратегиям зарядки и разрядки и снижению дохода. В проектах по оптимизации управления энергией, в которых я участвовал, например, в одном из коммерческих и промышленных проектов хранения энергии, дефекты алгоритмов EMS привели к невозможности точного прогнозирования оптимального времени зарядки и разрядки при частых колебаниях цен на электроэнергию, и годовой доход снизился примерно на 15%. Дефекты алгоритмов обычно вызываются факторами, такими как неточные модели, недостаток исторических данных и нерациональные настройки параметров.
5.2 Прерывание связи
Прерывание связи является еще одной распространенной неисправностью EMS, что может привести к невозможности получения команд сверху или передачи операционных данных. В ходе работы по наладке связи, которую я выполнял, прерывание связи обычно вызывается факторами, такими как несовместимость протоколов, сетевые помехи и аппаратные неисправности. Например, в одном из коммерческих и промышленных проектов хранения энергии, протокол связи между EMS и системой диспетчеризации энергосистемы был несовместим.
Когда цены на электроэнергию менялись в реальном времени, стратегии зарядки и разрядки не могли быть своевременно скорректированы, что привело к снижению спекулятивного дохода более чем на 20%. Кроме того, уязвимости информационной безопасности также являются распространенными проблемами EMS, что может привести к атакам на систему или утечке данных. Согласно данным 2023 года, три случая утечки данных, связанные с атаками MOVEit, вошли в десятку крупнейших утечек данных, затронув более одного миллиона человек.
В реальной эксплуатации и обслуживании коммерческих и промышленных систем хранения энергии, нам, практикующим на передовой, необходимо точно идентифицировать эти типы неисправностей, глубоко понимать их причины и затем применять целенаправленные решения. Только таким образом мы можем обеспечить стабильную работу системы, повысить эффективность использования энергии и помочь предприятиям достичь лучших экономических результатов, внося свой вклад в строительство новой энергетической системы.
