Kateri so pogosti napaki, ki se pojavijo med delovanjem opreme, povezane z industrijskim in trgovinskim shranjevanjem energije?

Kot pomembna sestavina novega električnega sistema je stabilno delovanje komercialnih in industrijskih sistemov shranjevanja energije neposredno povezano z učinkom uporabe energije in gospodarskimi koristmi podjetij. S hitrim naraščanjem nameščene zmogljivosti komercialnih in industrijskih sistemov shranjevanja energije je stopnja odpovedi opreme postala ključni dejavnik, ki vpliva na povratnost investicij. Po podatkih Kitajske električne zveze je v letu 2023 delež neplaniranih izpadov električnih baterijskih naprav dosegl več kot 57 %, pri čemer jih je več kot 80 % povzročilo težave, kot so defekti opreme, sistemske nepravilnosti in obsežna integracija. V svojih letih prakse na prvem planu komercialnega in industrijskega shranjevanja energije sem se soočal z različnimi sistemske soteže. Sedaj bom sistematično analiziral pogoste vrste napak, vzroke in rešitve za vsako podsistemo komercialne in industrijske opreme za shranjevanje energije, da bi ponudil praktične smernice za delovanje in vzdrževanje sistema.

1. Pogoste napake in analiza vzrokov v baterijskih sistemih

Baterijski sistem, kot je glavna enota za shranjevanje energije v sistemu shranjevanja energije, njegove napake neposredno vplivajo na skupno delovanje sistema.

1.1 Staranje baterij

Staranje baterij je eden najpogostejših vrst napak v komercialnih in industrijskih sistemih shranjevanja energije, predvsem se manifestira kot zmanjšanje ciklonske življenjske dobe, povečanje notranjega upora in zmanjšanje gostote energije. V mojih terenskih preiskavah, glede na podatke iz leta 2023, po 2,5-letnem obdobju storitve doseže zmanjšanje kapacitete fosfata železa-litijskih baterij 28 %, trikotniško litijskih baterij pa 41 %, kar je daleč preko pričakovanj industrije. To zmanjšanje je predvsem povzročeno faktori, kot so staranje materiala baterije, sprememba strukture elektrod in razgradnja elektrolita, kar vodi k zmanjšanju sposobnosti baterije za shranjevanje energije in zmanjšanju skupne učinkovitosti sistema.

1.2 Toplotni beg

Toplotni beg je najnevarnejša vrsta napake v baterijskem sistemu. Ko se zgodi, lahko vodi do požara ali celo eksplozije. Iz mojih izkušenj pri obravnavanju nujnih primerov je to toplo stanje običajno povzročeno z nenormalnimi temperaturnimi gradienti. Ko preseže notranja temperatura baterije 120°C, se lahko sproži verižna reakcija. Na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije, v katerem sem sodeloval, je presegla temperaturna razlika baterijskega modula 15°C, sprožila mehanizem zaščite BMS in povzročila ustavitev sistema. Vozili za to toplo stanje vključujejo prenapeljevanje, preizraževanje, zunano kratkoporo, notranje mikrokratekporo in mehansko poškodbo. Med njimi je neenačba znotraj baterije glavni tveganjski faktor.

1.3 Oksidacija in korozija povezav baterij

Oksidacija in korozija povezav baterij sta pogosta, a lahkoma zanemarjena napaka v komercialnih in industrijskih sistemih shranjevanja energije. V visoko vlage okolju, s katerim sem se že mnogokrat soočal v obalnih projektih, so povezave baterij občutljive na oksidacijo, kar vodi do povečanja kontaktne upornosti, kar na vrsti povzroča lokalno pregrevanje in toplotni beg. Na primer, med "vrhovalom južne vlage" v Guangdongu je v notranjosti nekaterih štancov za shranjevanje energije nastalo veliko kondenziranega vode, kar je povzročilo oksidacijo povezav in pogoste ustavitve sistema. Poleg tega je utrčevanje elektrolita in odvajanje plinov znotraj baterije tudi pogosta napaka, ki lahko vodi do degradacije zmogljivosti baterije in varnostnih tveganj.

2. Pogoste napake in analiza vzrokov v sistemu za upravljanje baterij (BMS)

BMS je "mozgji" sistema shranjevanja energije, odgovoren za spremljanje stanja baterij, zaščito in upravljanje.

2.1 Komunikacijske napake

Komunikacijske napake so najpogostejši problem BMS, ki znaša 34 % BMS povezanih napak. V mojem vsakdanjem delu z razreševanjem napak so komunikacijske napake predvsem vidne kot nezmožnost BMS, da normalno interagira s superiornim sistemom, ne more prenašati podatkov o stanju baterije ali prejemati ukazov za nadzor. To je običajno povzročeno faktori, kot so motnja CAN busa, slaba stikovanost konektorjev in nezdružljivost protokola. Na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije je bil komunikacijski protokol med BMS in PLC nezdružljiv, kar je vodilo do nezmožnosti pravilnega izvajanja nalog napajanja in razkrivanja, s tem pa se je učinkovitost sistema zmanjšala za več kot 20 %.

2.2 Napaka ocenjevanja SOC/SOH

Napaka ocenjevanja SOC/SOH je še ena pogosta napaka BMS. V projektih, v katerih sem sodeloval, če napaka ocenjevanja SOC preseže 8 %, bo to povzročilo, da bo napajanje prehitro ali prepočasi končano, kar vpliva na življenjsko dobo baterije in učinkovitost sistema. Napaka ocenjevanja SOC je predvsem povzročena faktori, kot so vpliv temperature, neenačba baterij, nedostatna natančnost senzorja za tok in pomanjkljivosti algoritma. Na primer, v projektu shranjevanja energije v visoko temperaturnem okolju je bila napaka ocenjevanja SOC BMS-a dosegla 12 %, kar je vodilo do nepopolnega izkoriščanja baterije in hudo vplivalo na prihodek.

2.3 Konflikti verzij firmware in programskih pomanjkljivosti

Konflikti verzij firmware in programskih pomanjkljivosti so tudi pogosti problemi BMS. Z višjo raven inteligence sistemov shranjevanja energije se povečuje kompleksnost programske opreme, zaradi česar postajajo ranljivosti in združljivost vedno bolj izstopajoče. Na primer, Tesla Model 3 je kdaj imel situacijo, ko je bila verzija firmware BMS V12.7.1 nezdružljiva s kontrolnim sistemom, kar je vodilo do nesporazuma pri napajanju 12 % lastnikom avtomobilov. Poleg tega je tudi degradacija natančnosti senzorjev BMS in nepravilno zbiranje podatkov pogosta napaka, ki jo lahko povzročijo faktori, kot so staranje senzorjev, elektromagnetska motnja in težave pri prenosu signala.

3. Pogoste napake in analiza vzrokov v sistemu pretvorbe energije (PCS)

PCS je ključna oprema za pretvorbo električne energije v sistemu shranjevanja energije, odgovorna za pretvorbo toka iz pravokotnega v izmenični ali obratno.

3.1 Padec učinkovitosti

Padec učinkovitosti je najpogostejši problem PCS, predvsem se manifestira kot zmanjšanje učinkovitosti pretvorbe napajanja in razkrivanja. V dejanskem merilnem delu, ki sem ga opravil, glede na testne podatke, je povprečna učinkovitost pretvorbe napajanja tradicionalnega dvostopenjskega PCS 95 % (nad 30 % obremenitve), učinkovitost razkrivanja pa 96 % (nad 30 % obremenitve); medtem ko ima PCS z T-obliko trostopenjskim inverterjem povprečno učinkovitost pretvorbe napajanja 95,5 % (nad 30 % obremenitve) in učinkovitost razkrivanja 96,5 % (nad 30 % obremenitve). Padec učinkovitosti je običajno povzročen faktori, kot so staranje IGBT/MOSFET modulov, slabo ohlajevanje in nerazumno kontroldne strategije. Na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije je bil PCS dolgočasno deloval pri visokih temperaturah, kar je vodilo do staranja IGBT modulov, učinkovitost se je zmanjšala pod 93 %, pri tem pa se je prihodek zmanjšal za 15 %.

3.2 Neuspeh zaščite pred preobremenitvijo

Neuspeh zaščite pred preobremenitvijo je še ena pogosta napaka PCS, ki lahko vodi do poškodbe opreme ali celo požara. V primerih odpravljanja napak, s katerimi sem se soočal, je neuspeh zaščite pred preobremenitvijo običajno povzročen faktori, kot so nerazumno oblikovanje zaščitnega kruga, degradacija natančnosti senzorjev in napake kontroldne logike. Na primer, v projektu shranjevanja energije ni PCS včasih sprožil zaščite pred preobremenitvijo, ko se je obremenitev nenadoma povečala, kar je vodilo do ogorevanja kondenzatorja, sistem je bil brez dejavnosti 2 dni, pri tem pa je škoda presegla 100.000 CNY. Poleg tega so tudi napake inverters, prekomerna harmonika in nestabilna izhodna napetost/tok tudi pogosti problemi PCS, ki jih lahko povzročijo faktori, kot so staranje komponent, slabo ohlajevanje in pomanjkljivosti algoritmov kontrole.

3.3 Nedostatek stopnje odpornosti na korozijo

Nedostatek stopnje odpornosti na korozijo je posebna napaka PCS v komercialnih in industrijskih sistemih shranjevanja energije, zlasti v obalnih ali visoko vlage območjih. V projektih, v katerih sem bil v Guangdongu, je nedostatek odpornosti na korozijo vodil do korozije PCB platnice, oksidacije konektorjev in degradacije komponent. Na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije v Guangdongu je zaradi nedostatka odpornosti na korozijo PCS-a med "vrhovalom južne vlage" došlo do korozije PCB platnice, kar je vodilo do anormalnih signalov na več kanalih in sistema, ki ni mogel delovati normalno.

4. Pogoste napake in analiza vzrokov v sistemih za regulacijo temperature

Sistem za regulacijo temperature je ključ do varnega delovanja sistema shranjevanja energije, predvsem je razdeljen na sheme s povzetjem zraka in tekočine.

4.1 Slabo ohlajevanje

Slabo ohlajevanje je najpogostejši problem sistema za regulacijo temperature, ki lahko vodi do povečanja temperature baterije, zmanjšanja učinkovitosti in skrajšanja življenjske dobe. V projektih upravljanja toplote, v katerih sem sodeloval, glede na raziskave, za vsako 10°C povečanje temperature baterije se bo njegova ciklonska življenjska doba skrajšala za približno 50 %. Slabo ohlajevanje je običajno povzročeno faktori, kot so onesnaženost radijatorja, napake ventilatorjev, nerazumno oblikovanje vodil zraka in visoka okoljska temperatura. Na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije je zaradi onesnaženosti radijatorja temperatura baterije presegla 45°C, sprožila zaščito BMS, učinkovitost sistema se je zmanjšala za 18 %, pri tem pa se je prihodek zmanjšal za približno 80.000 CNY/leto.

4.2 Propadanje sistema s tekočinskim ohlajevanjem

Propadanje sistema s tekočinskim ohlajevanjem je eden najnevarnejših problemov sistema za regulacijo temperature. Propadanje bo ne le vodilo do nedostatka hladila in vplivalo na učinkovitost ohlajevanja, ampak lahko tudi vodi do kratkopora baterije in električnih napak. V delu vzdrževanja sistemov s tekočinskim ohlajevanjem, ki sem ga opravil, je propadanje sistema s tekočinskim ohlajevanjem običajno povzročeno faktori, kot so staranje zategal, razbitje cevi zaradi vibracije in odpustanje konektorjev. Na primer, v štancu za shranjevanje energije LNG prejemne postaje je zaradi staranja zategal tekočinskih cevi došlo do propadanja hladila, v notranjosti štancu je nastalo veliko kondenziranega vode, sistem pa se je pogosto ustavil. Glede na testne podatke se trdota PTFE zategal poveča s 65 Shore D pri sobni temperaturi na 85 Shore D pri -70°C, pri tem pa se raven sprężanja zmanjša za 40 %, kar je glavni vzrok propadanja.

4.3 Nenavpična regulacija temperature

Nenavpična regulacija temperature je pogosta težava v sistemih s tekočinskim ohlajevanjem, ki lahko vodi do poslabšanja notranje neenačbe baterijskega paketa. V projektih oblikovanja sistemov s tekočinskim ohlajevanjem, v katerih sem sodeloval, je nenavpična regulacija temperature običajno povzročena faktori, kot so nerazumno oblikovanje tekočinskih cevi, neravnomerna distribucija pretoka in pomanjkljivosti algoritma kontrole. Na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije je zaradi nerazumnega oblikovanja tekočinskih cevi došlo do temperature več kot 10°C v baterijskem paketu, kar je pospešilo staranje baterije in skrajšalo življenjsko dobo sistema za 30 %.

5. Pogoste napake in analiza vzrokov v sistemih upravljanja energije (EMS)

EMS je "ukazatelj" sistema shranjevanja energije, odgovoren za optimizacijo operativne strategije sistema in usmerjanje energije.

5.1 Pomanjkljivosti algoritma

Pomanjkljivosti algoritma so najpogostejši problem EMS, ki lahko vodi do nesmiselnih strategij napajanja in razkrivanja ter zmanjšanega prihodka. V projektih optimizacije upravljanja energije, v katerih sem sodeloval, na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije, so pomanjkljivosti algoritma EMS vodile do nezmožnosti točnega napovedovanja optimalnega časa napajanja in razkrivanja, ko so cene energije pogosto fluktuirale, pri tem pa se je letni prihodek zmanjšal za približno 15 %. Pomanjkljivosti algoritma so običajno povzročene faktori, kot so netočni modeli, nedostatek zgodovinskih podatkov in nerazumni postavitve parametrov.

5.2 Prekinitev komunikacije

Prekinitev komunikacije je še en pogost problem EMS, ki lahko vodi do tega, da sistem ne more prejemati ukazov superiornega sistema ali prenašati operativnih podatkov. V delu prilagajanja komunikacije, ki sem ga opravil, je prekinitev komunikacije običajno povzročena faktori, kot so nezdružljivost protokola, mrežna motnja in napake strojne opreme. Na primer, v komercialnem in industrijskem projektu shranjevanja energije je bil komunikacijski protokol med EMS in sistemom za usmerjanje električne mreže nezdružljiv. Ko so se cene energije spremenile v realnem času, ni bilo mogoče pravočasno prilagoditi strategij napajanja in razkrivanja, kar je vodilo do zmanjšanja prihodkov iz arbitraža za več kot 20 %. Poleg tega so tudi ranljivosti varnosti podatkov pogosti problemi EMS, ki lahko vodijo do napadov na sistem ali propadanja podatkov. Glede na podatke iz leta 2023 so tri incidenta propadanja podatkov, povezanih z napadi MOVEit, bili med deset največjih incidentov propadanja podatkov, ki so vplivali na več kot milijon ljudi.

V dejanskem delu in vzdrževanju komercialnih in industrijskih sistemov shranjevanja energije moramo mi praktiki na prvem planu točno prepoznati te vrste napak, globoko razumeti njihove vzroki in potem sprejeti ciljne rešitve. Le tako lahko zagotovimo stabilno delovanje sistema, izboljšamo učinkovitost uporabe energije in pomagamo podjetjem doseči boljše gospodarske koristi, medtem ko prispevamo k gradnji novega električnega sistema.