Endüstriyel ve ticari enerji depolama ile ilgili ekipmanların işletilmesi sırasında ortaya çıkan yaygın hatalar nelerdir?

Yeni enerji sisteminin önemli bir parçası olan ticari ve endüstriyel enerji depolama sistemlerinin istikrarlı çalışma durumu, enerji kullanım verimliliği ve işletme ekonomik faydalarıyla doğrudan ilişkilidir. Ticari ve endüstriyel enerji depolamanın yüklenen kapasitesindeki hızlı büyümeyle birlikte, ekipman arızası oranı yatırım getirilerini etkileyen kilit bir faktöre dönüştü. Çin Elektrik Konseyi'nden elde edilen verilere göre, 2023 yılında enerji depolama istasyonlarının planlanmamış kesintileri oranının %57'den fazla olduğu ve bunların %80'i üzerinde ekipman eksiklikleri, sistem anormallikleri ve geniş kapsamlı entegrasyon gibi sorunlar nedeniyle meydana geldiği belirlendi. Ticari ve endüstriyel enerji depolama alanında yıllar boyunca ön hatta çalışırken, çeşitli sistem arızalarıyla karşılaştım. Şimdi, ticari ve endüstriyel enerji depolama ekipmanının her alt sisteminin yaygın hata türlerini, nedenlerini ve çözümlerini sistematik olarak analiz ederek, sistem operasyonu ve bakımı için pratik yönergeler sağlayacağım.

1. Batarya Sistemlerinin Yaygın Hataları ve Neden Analizi

Batarya sistemi, enerji depolama sisteminin çekirdek enerji depolama birimidir ve onun hataları sistemin genel performansını doğrudan etkiler.

1.1 Batarya Yaşlanması

Batarya yaşlanması, ticari ve endüstriyel enerji depolama sistemlerinde en yaygın hata türlerinden biridir ve genellikle döngü ömrünün azalması, iç direncin artması ve enerji yoğunluğunun azalması şeklinde ortaya çıkar. Sahip olduğum alan araştırmalarına göre, 2023 verilerine göre, 2,5 yıllık hizmet süresi sonunda, demir fosfat lityum bataryalarının kapasite azalması %28'e ulaşırken, üçlü lityum bataryalarında bu değer %41 seviyesine ulaştı, bu da sektör beklentilerini aşmıştır. Bu azalma, batarya malzemesinin yaşlanması, elektrot yapısındaki değişiklikler ve elektrolit ayrışmasından kaynaklanır, bu da bataryanın enerji depolama kapasitesinde azalma ve sistemin genel verimliliğinde düşüşe neden olur.

1.2 Termal Kaos

Termal kaos, batarya sistemindeki en tehlikeli hata türüdür. Bir kez gerçekleştiğinde, yangına veya hatta patlamaya yol açabilir. Acil durum vakalarını yönetme deneyimlerimde, termal kaos genellikle anormal sıcaklık gradyanları nedeniyledir. Batarya içindeki sıcaklık 120°C'yi aştığında, zincir reaksiyonu tetiklenebilir. Örneğin, katıldığım bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, batarya modülünün sıcaklık farkı 15°C'yi aştı, BMS koruma mekanizmasını tetikleyerek sistemin kapanmasına neden oldu. Termal kaosun nedenleri şunlardır: aşırı şarj, aşırı boşaltma, dış kısaltma devresi, iç mikro kısaltma devresi ve mekanik hasar. Bunlar arasında, bataryanın içindeki tutarsızlık ana risk faktörüdür.

1.3 Batarya Bağlantılarının Oksidasyonu ve Korozyonu

Batarya bağlantılarının oksidasyonu ve korozyonu, ticari ve endüstriyel enerji depolama sistemlerinde yaygın ancak kolayca göz ardı edilebilen hatalardır. Yüksek nemli ortamlarda, sahil projelerinde birçok kez karşılaştığım gibi, batarya bağlantıları okside eğilimlidir, bu da temas direncini artırarak yerel aşırı ısınma ve termal kaosa neden olur. Örneğin, Guangdong'daki güney nem dönmeleri sırasında, bazı enerji depolama dolaplarının içinde büyük miktarda kondansat su oluştu, bu da bağlantıların oksidasyonuna ve sistemin sık sık kapanmasına neden oldu. Ayrıca, bataryanın içindeki elektrolit sızıntısı ve gaz çıkışı da yaygın hatalardır, bu da batarya performansının azalmasına ve güvenlik risklerine neden olabilir.

2. Batarya Yönetim Sistemi (BMS) nin Yaygın Hataları ve Neden Analizi

BMS, enerji depolama sisteminin "beyni"dir ve batarya durumunu izleme, koruma ve yönetme görevini üstlenir.

2.1 İletişim Hataları

İletişim hataları, BMS'nin en yaygın sorunudur ve BMS ile ilgili hataların %34'ünü oluşturur. Günlük hata ayıklama çalışmalarım sırasında, iletişim hataları genellikle BMS'nin üst düzey sistemle normal şekilde etkileşime geçememesi, batarya durum verilerini iletememesi veya kontrol komutlarını alamaması şeklinde ortaya çıkar. Bu, genellikle CAN bus interferansı, kötü konektör teması ve protokol uyumsuzluğu gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, BMS ile PLC arasındaki iletişim protokolleri uyumsuzdu, bu da şarj ve boşaltma komutlarının doğru bir şekilde yürütülememesine ve sistem verimliliğinin %20'den fazla azalmasına neden oldu.

2.2 SOC/SOH Tahmin Sapması

SOC/SOH tahmin sapması, BMS'nin başka bir yaygın hatasıdır. Katıldığım projelerde, eğer SOC tahmin hatası %8'i aşarsa, şarjın erken veya geç bitmesine neden olur, bu da batarya ömrünü ve sistem verimliliğini etkiler. SOC tahmin sapması, genellikle sıcaklık etkisi, batarya tutarsızlığı, yetersiz akım sensörü doğruluğu ve algoritma eksiklikleri gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, yüksek sıcaklık ortamında bir enerji depolama projesinde, BMS'nin SOC tahmin hatası %12'ye ulaştı, bu da bataryanın tam olarak kullanılmamasına ve geliri ciddi şekilde etkilemesine neden oldu.

2.3 Firmware Versiyon Uyumsuzlukları ve Yazılım Eksiklikleri

Firmware versiyon uyumsuzlukları ve yazılım eksiklikleri de BMS'nin yaygın sorunlarından biridir. Enerji depolama sistemlerinin zekâ düzeyi arttıkça, yazılımın karmaşıklığı da artmaktadır ve yazılım açıkları ve uyumluluk sorunları giderek daha belirgin hale geliyor. Örneğin, Tesla Model 3'te, BMS firmware versiyonu V12.7.1'in kontrol sistemiyle uyumsuzluğundan dolayı %12'si abonelinin şarjı anormaldi. Ayrıca, BMS sensör doğruluğunun azalması ve anormal veri toplama da yaygın hatalardır, bu hatalar genellikle sensör yaşlanması, elektromanyetik interferans ve sinyal iletim sorunları gibi faktörlerden kaynaklanır.

3. Güç Dönüşüm Sistemi (PCS) nin Yaygın Hataları ve Neden Analizi

PCS, enerji depolama sisteminde elektrik enerjisinin dönüşümü için merkezi ekipmandır ve doğrudan akımı alternatif akıma veya tersine çevirmekle görevlidir.

3.1 Verimlilik Düşüşü

Verimlilik düşüşü, PCS'nin en yaygın sorunudur ve genellikle şarj ve boşaltma dönüşüm verimliliğinin azalması şeklinde ortaya çıkar. Gerçekleştirdiğim gerçek ölçüm çalışmaları çerçevesinde, test verilerine göre, geleneksel iki seviyeli PCS'nin ortalama şarj dönüşüm verimliliği %95 (yük %30 üzerinde), boşaltma dönüşüm verimliliği ise %96 (yük %30 üzerinde) olurken, T-tip üç seviyeli inversör kullanan PCS'nin ortalama şarj dönüşüm verimliliği %95.5 (yük %30 üzerinde) ve boşaltma dönüşüm verimliliği %96.5 (yük %30 üzerinde) olmuştur. Verimlilik düşüşü genellikle IGBT/MOSFET modüllerinin yaşlanması, kötü ısı verimi ve mantıksız kontrol stratejileri gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, PCS uzun süre yüksek sıcaklıklarda çalıştırıldı, bu da IGBT modüllerinin yaşlanmasına, verimin %93'ün altına düşmesine ve sistem gelirinin %15 azalmasına neden oldu.

3.2 Aşırı Yük Koruma Arızası

Aşırı yük koruma arızası, PCS'nin başka bir yaygın hatasıdır ve ekipman hasarına veya hatta yangına yol açabilir. Deneyimlediğim hata işleme vakalarında, aşırı yük koruma arızası genellikle koruma devresinin mantıksız tasarımı, sensör doğruluğunun azalması ve kontrol mantığı hataları gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, bir enerji depolama projesinde, yük ani bir şekilde arttığında PCS aşırı yük korumasını zamanında tetikleyemedi, bu da kondansatörin yanmasına, sistemin 2 gün boyunca hizmet dışı kalmasına ve zararın 100.000 yuanı aşmasına neden oldu. Ayrıca, inverter hataları, aşırı harmonikler ve kararsız çıkış gerilimi/akımı da PCS'nin yaygın sorunlarıdır, bu sorunlar genellikle bileşen yaşlanması, kötü ısı verimi ve kontrol algoritması eksiklikleri gibi faktörlerden kaynaklanır.

3.3 Yetersiz Korozyon Direnci

Yetersiz korozyon direnci, ticari ve endüstriyel enerji depolama sistemlerindeki PCS'nin özel bir hatasıdır, özellikle sahil veya yüksek nemli bölgelerde. Guangdong'daki projelerimde, yetersiz korozyon direnci PCB kartlarının korozyonuna, kablolama uçlarının oksidasyonuna ve bileşenlerin performansının azalmasına neden olur. Örneğin, Guangdong'daki bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, PCS'nin yetersiz korozyon direnci nedeniyle, güney nem dönmeleri sırasında PCB kartı korozyona uğradı, bu da çok kanallı sinyallerin anormal olması ve sistemin normal çalışmamasına neden oldu.

4. Sıcaklık Kontrol Sistemlerinin Yaygın Hataları ve Neden Analizi

Sıcaklık kontrol sistemi, enerji depolama sisteminin güvenli işlemesini sağlamak için kritik unsurdur ve genellikle hava soğutmalı ve sıvı soğutmalı düzenlemelerine ayrılmıştır.

4.1 Kötü Isı Verimi

Kötü ısı verimi, sıcaklık kontrol sisteminin en yaygın sorunudur ve batarya sıcaklığının artmasına, verimliliğin azalmasına ve ömrünün kısalmasına neden olabilir. Katıldığım termal yönetim projelerinde, araştırmalara göre, batarya sıcaklığının her 10°C artmasıyla birlikte, döngü ömrü yaklaşık %50 azalır. Kötü ısı verimi genellikle radyatör kirliği, fan hataları, mantıksız hava kanalı tasarımı ve yüksek çevre sıcaklığı gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, radyatör kirliği nedeniyle batarya sıcaklığı 45°C'yi aştı, BMS koruması tetiklendi, sistem verimliliği %18 azaldı ve yıllık gelir yaklaşık 80.000 yuan azaldı.

4.2 Sıvı Soğutma Sistemi Sızıntısı

Sıvı soğutma sistemi sızıntısı, sıcaklık kontrol sisteminin en tehlikeli hatalarından biridir. Sızıntı, soğutucu sıvının yetersiz kalmasına ve ısı verimi üzerinde olumsuz etkisine neden olur, ayrıca batarya kısaltması ve elektriksel hatalara da yol açabilir. Sıvı soğutma sistemlerinin bakım çalışmalarında, sıvı soğutma sistemi sızıntısı genellikle mühür yaşlanması, boru titreşim kırılması ve konektör gevşemesi gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, bir LNG alma terminalindeki bir enerji depolama dolabında, sıvı soğutma boru mühürlerinin yaşlanması nedeniyle soğutucu sıvı sızıntısı meydana geldi, dolabın içinde büyük miktarda kondansat su oluştu ve sistem sık sık kapanıyordu. Test verilerine göre, PTFE mühürlerin sertliği oda sıcaklığında 65 Shore D'den -70°C'de 85 Shore D'ye yükselir ve basınsız yeniden sıçrama oranı %40 azalır, bu da sızıntıya neden olan ana faktördür.

4.3 Eşit Olmayan Sıcaklık Kontrolü

Eşit olmayan sıcaklık kontrolü, sıvı soğutma sistemlerinde yaygın bir sorundur ve batarya paketinin içindeki tutarsızlığın artmasına neden olabilir. Katıldığım sıvı soğutma sistemi tasarım projelerinde, eşit olmayan sıcaklık kontrolü genellikle sıvı soğutma borularının mantıksız tasarımı, eşit olmayan akış dağılımı ve kontrol algoritması eksiklikleri gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, sıvı soğutma borularının mantıksız tasarımı, batarya paketinde 10°C'yi aşan bir sıcaklık farkına neden oldu, bu da batarya yaşlanmasını hızlandırdı ve sistem ömrünü %30 azalttı.

5. Enerji Yönetim Sistemi (EMS) nin Yaygın Hataları ve Neden Analizi

EMS, enerji depolama sisteminin "komutanıdır" ve sistem operasyon stratejisini optimize etme ve enerji yönetimi görevini üstlenir.

5.1 Algoritma Eksiklikleri

Algoritma eksiklikleri, EMS'nin en yaygın sorunudur ve şarj ve boşaltma stratejilerinin mantıksız olmasını ve gelirin azalmasını sağlayabilir. Katıldığım enerji yönetim optimizasyon projelerinde, örneğin, bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, EMS algoritma eksiklikleri, elektrik fiyatlarındaki sık değişimler sırasında optimal şarj ve boşaltma zamanını doğru bir şekilde tahmin edememesine neden oldu ve yıllık gelir yaklaşık %15 azaldı. Algoritma eksiklikleri genellikle modelin doğruluğu, yetersiz geçmiş veri ve mantıksız parametre ayarları gibi faktörlerden kaynaklanır.

5.2 İletişim Kesintisi

İletişim kesintisi, EMS'nin başka bir yaygın hatasıdır ve sistemin üst düzey komutları alamamasına veya operasyon verilerini yükleyememesine neden olabilir. Gerçekleştirdiğim iletişim hata ayıklama çalışmalarında, iletişim kesintisi genellikle protokol uyumsuzluğu, ağ interferansı ve donanım hataları gibi faktörlerden kaynaklanır. Örneğin, bir ticari ve endüstriyel enerji depolama projesinde, EMS ile elektrik şebekesi idare sistemi arasındaki iletişim protokolleri uyumsuzdu. Elektrik fiyatları gerçek zamanlı olarak değiştiğinde, şarj ve boşaltma stratejileri zamanında ayarlanamadı, bu da spekülatif gelirin %20'den fazla azalmasına neden oldu. Ayrıca, veri güvenliği açıkları da EMS'nin yaygın sorunları arasındadır ve bu, sisteme saldırıya veya veri sızıntısına neden olabilir. 2023 verilerine göre, MOVEit saldırılarıyla ilgili üç veri sızıntısı, bir milyondan fazla kişiyi etkileyen en büyük on veri sızıntısı arasındaydı.

Ticari ve endüstriyel enerji depolama sistemlerinin gerçek operasyonu ve bakımında, ön hatta çalışanlar olarak bu hata tiplerini doğru bir şekilde tanımlamamız, nedenlerini derinlemesine anlamamız ve ardından hedefli çözümler uygulamamız gerekmektedir. Yalnızca bu şekilde, sistemin istikrarlı çalışmasını, enerji kullanım verimliliğini artırmayı ve işletmelere daha iyi ekonomik faydalar sağlamayı sağlayabiliriz, yeni bir enerji sistemi oluşturmaya katkıda bulunurken.