Які типові вади виникають під час експлуатації обладнання, пов'язаного зі зберіганням енергії для промислових та комерційних потреб

Як важлива частина нової енергетичної системи, стабільне функціонування комерційних та промислових систем зберігання енергії безпосередньо пов'язане з ефективністю використання енергії та економічними погодженнями підприємств. Зі швидким зростанням встановленої потужності комерційних та промислових систем зберігання енергії, частота виникнення аварій обладнання стала ключовим фактором, що впливає на повернення інвестицій. За даними Китайської електроенергетичної ради, у 2023 році відсоток непланованих відключень електростанцій зберігання енергії досяг більше 57%, а більше 80% з них було спричинено проблемами, такими як дефекти обладнання, системні аномалії та широка інтеграція. Протягом років мого практичного досвіду у сфері комерційного та промислового зберігання енергії, я маю справу з різноманітними системними аваріями. Тепер я систематично проаналізую типові види аварій, причини та рішення для кожного підсистеми комерційного та промислового обладнання зберігання енергії, щоб надати практичні рекомендації для операційного управління та технічного обслуговування системи.

1. Типові аварії та аналіз причин аварій батарейних систем

Батарейна система, як центральна одиниця зберігання енергії системи, її аварії безпосередньо впливають на загальну продуктивність системи.

1.1 Вік батареї

Вік батареї є одним з найпоширеніших видів аварій у комерційних та промислових системах зберігання енергії, що виявляється як зменшення кількості циклів життя, збільшення внутрішнього опору та зниження енергетичної щільності. За моїми даними з місцевих досліджень, за даними 2023 року, після 2,5-річного терміну служби, зниження ємності батарей літієво-железофосфатних досягло 28%, а трьохкомпонентних літієвих - 41%, що значно перевищує очікування галузі. Це зниження в основному викликане факторами, такими як старіння матеріалу батареї, зміна структури електродів та розклад аноліту, що призводить до зменшення ємності зберігання енергії батареєю та зниження загальної ефективності системи.

1.2 Термічний розбіг

Термічний розбіг є найбільш небезпечним типом аварії в батарейній системі. Коли він відбувається, може призвести до пожежі або навіть вибуху. На основі моєї практики у вирішенні надзвичайних ситуацій, термічний розбіг зазвичай викликаний аномальними температурними градієнтами. Коли внутрішня температура батареї перевищує 120°C, може бути запущена ланцюгова реакція. Наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії, у якому я брав участь, різниця температур модуля батареї перевищила 15°C, що спричинило активізацію механізму захисту BMS та виключення системи. Причини термічного розбігу включають перевантаження, перерозряд, зовнішні короткозамкнення, внутрішні мікрокороткозамкнення та механічні пошкодження. Серед них, неоднорідність всередині батареї є основним ризиковим фактором.

1.3 Оксидування та корозія з'єднань батареї

Оксидування та корозія з'єднань батареї є поширеними, але часто неспостережуваними аваріями у комерційних та промислових системах зберігання енергії. У високовологих середовищах, з якими я часто зустрічався у приморських проектах, з'єднання батареї склонні до оксидування, що призводить до збільшення контактного опору, що, в свою чергу, викликає локальне перегрівання та термічний розбіг. Наприклад, під час "повернення південної вологи" у Гуандуні, велика кількість конденсованої води з'явилася всередині деяких шаф зберігання енергії, що спричинило оксидування з'єднань та часті відключення системи. Крім того, витікання електроліту та випромінювання газу всередині батареї також є поширеними аваріями, які можуть призвести до зниження продуктивності батареї та безпеки.

2. Типові аварії та аналіз причин аварій системи управління батареєю (BMS)

BMS є "мозком" системи зберігання енергії, відповідальним за моніторинг стану батареї, захист та управління.

2.1 Аварії зв'язку

Аварії зв'язку є найпоширенішою проблемою BMS, що становить 34% аварій, пов'язаних з BMS. У моїй повсякденній роботі з налагодження, аварії зв'язку зазвичай проявляються як неможливість BMS нормально взаємодіяти з верхнім рівнем системи, не може передавати дані про стан батареї або отримувати команди керування. Це зазвичай викликано факторами, такими як завади CAN-шини, поганий контакт з'єднань та невідповідність протоколів. Наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії, протокол зв'язку між BMS та PLC був несумісним, що призвело до неможливості правильного виконання команд заряджання та розряджання, і ефективність системи знизилася більше ніж на 20%.

2.2 Відхилення оцінки SOC/SOH

Відхилення оцінки SOC/SOH є іншою поширеною аварією BMS. У проектах, в яких я брав участь, якщо помилка оцінки SOC перевищує 8%, це призведе до занадто раннього або пізнішого завершення заряджання, що впливає на тривалість життя батареї та ефективність системи. Відхилення оцінки SOC зазвичай викликане факторами, такими як вплив температури, неоднорідність батареї, недостатня точність датчиків струму та дефекти алгоритмів. Наприклад, у проекті зберігання енергії у високотемпературному середовищі, помилка оцінки SOC BMS досягла 12%, що призвело до неповного використання батареї та серйозно вплинуло на доход.

2.3 Конфлікти версій прошивки та програмні дефекти

Конфлікти версій прошивки та програмні дефекти також є поширеними проблемами BMS. Зі зростанням рівня інтелектуальності систем зберігання енергії, складність програмного забезпечення збільшується, а програмні уразливості та проблеми сумісності стають все більш актуальними. Наприклад, Tesla Model 3 коли-небудь мала ситуацію, коли версія прошивки BMS V12.7.1 була несумісною з системою керування, що призвело до аномального заряджання для 12% власників автомобілів. Крім того, зниження точності датчиків BMS та аномальне збору даних також є поширеними аваріями, які можуть бути викликані факторами, такими як старіння датчиків, електромагнітні завади та проблеми передачі сигналів.

3. Типові аварії та аналіз причин аварій системи перетворення електроенергії (PCS)

PCS є ключовим обладнанням для перетворення електроенергії в системі зберігання енергії, відповідальним за перетворення постійного струму на перемінний або навпаки.

3.1 Зниження ефективності

Зниження ефективності є найпоширенішою проблемою PCS, що проявляється як зменшення ефективності перетворення при заряджанні та розряджанні. За даними фактичних вимірювань, які я проводив, за тестовими даними, середня ефективність перетворення заряджання традиційного двурівневого PCS становить 95% (при навантаженні понад 30%), а ефективність розряджання становить 96% (при навантаженні понад 30%); тоді як PCS, який використовує T-подібні трирівневі інвертори, має середню ефективність перетворення заряджання 95.5% (при навантаженні понад 30%) та ефективність розряджання 96.5% (при навантаженні понад 30%). Зниження ефективності зазвичай викликане факторами, такими як старіння модулів IGBT/MOSFET, погана теплоотдача та нерозумні стратегії керування. Наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії, PCS довго працював при високих температурах, що призвело до старіння модулів IGBT, ефективність знизилася нижче 93%, а дохід системи знизився на 15%.

3.2 Несправність захисту від перенавантаження

Несправність захисту від перенавантаження є іншою поширеною аварією PCS, яка може призвести до пошкодження обладнання або навіть пожежі. У випадках виправлення аварій, які я досвідчив, несправність захисту від перенавантаження зазвичай викликана факторами, такими як нерозумний дизайн захисного контуру, зниження точності датчиків та помилки логіки керування. Наприклад, у проекті зберігання енергії, PCS не зміг вчасно активувати захист від перенавантаження, коли навантаження раптово зросло, що призвело до згоріння конденсатора, система була виключена на 2 дні, а втрати перевищили 100 000 юанів. Крім того, аварії інвертора, надмірні гармоніки та нестабільні вихідні напруга/струм також є поширеними проблемами PCS, які можуть бути викликані факторами, такими як старіння компонентів, погана теплоотдача та дефекти алгоритмів керування.

3.3 Недостатня антикорозійна категорія

Недостатня антикорозійна категорія є спеціфічною аварією PCS у комерційних та промислових системах зберігання енергії, особливо у приморських або високовологих районах. У проектах, у яких я був у Гуандуні, недостатня антикорозійна категорія призводить до корозії плати PCB, оксидування клем, та зниження продуктивності компонентів. Наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії у Гуандуні, через недостатню антикорозійну категорію PCS, під час "повернення південної вологи" плата PCB була пошкоджена корозією, що призвело до аномальних сигналів на багатьох каналах, і система не могла нормально працювати.

4. Типові аварії та аналіз причин аварій систем керування температурою

Система керування температурою є ключовою для забезпечення безпечного функціонування системи зберігання енергії, вона включає в себе системи з повітряним та рідкісним охолодженням.

4.1 Погане теплообмін

Погане теплообмін є найпоширенішою проблемою системи керування температурою, що може призвести до збільшення температури батареї, зниження ефективності та скорочення строку служби. У проектах теплового управління, в яких я брав участь, за даними досліджень, кожне збільшення температури батареї на 10°C призводить до зменшення циклів життя близько на 50%. Погане теплообмін зазвичай викликане факторами, такими як забруднення радіаторів, аварії вентиляторів, нерозумний дизайн каналів повітря та висока температура оточення. Наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії, через забруднення радіаторів, температура батареї перевищила 45°C, що спричинило активізацію захисту BMS, ефективність системи знизилася на 18%, а дохід знизився близько на 80 000 юанів на рік.

4.2 Витікання системи рідкісного охолодження

Витікання системи рідкісного охолодження є однією з найбільш небезпечних аварій системи керування температурою. Витікання не лише призведе до недостатньої кількості холодильної рідини та вплину на ефективність теплообміну, але також може призвести до короткого замикання батареї та електричних аварій. У роботі з технічним обслуговуванням систем рідкісного охолодження, яку я проводив, витікання системи рідкісного охолодження зазвичай викликане факторами, такими як старіння ущільнювачів, розрив трубопроводів через вібрацію та послаблення з'єднань. Наприклад, у шафі зберігання енергії LNG-приймального терміналу, через старіння ущільнювачів трубопроводів рідкісного охолодження, відбувалося витікання холодильної рідини, велика кількість конденсованої води з'явилася всередині шафи, і система часто відключалася. За даними випробувань, твердість ущільнювачів PTFE збільшується з 65 Шора D при комнатній температурі до 85 Шора D при -70°C, а відновлення стиснення зменшується на 40%, що є основною причиною витікання.

4.3 Нерівномірне керування температурою

Нерівномірне керування температурою є поширеною проблемою систем рідкісного охолодження, що може призвести до погіршення внутрішньої неоднорідності батареї. У проектах дизайну систем рідкісного охолодження, в яких я брав участь, нерівномірне керування температурою зазвичай викликане факторами, такими як нерозумний дизайн трубопроводів рідкісного охолодження, нерівномірне розподілення потоку та дефекти алгоритмів керування. Наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії, нерозумний дизайн трубопроводів рідкісного охолодження призвів до різниці температур більше 10°C в батареї, що прискорило старіння батареї та скоротило строк служби системи на 30%.

5. Типові аварії та аналіз причин аварій системи управління енергією (EMS)

EMS є "керівником" системи зберігання енергії, відповідальним за оптимізацію стратегій функціонування системи та розподілу енергії.

5.1 Дефекти алгоритмів

Дефекти алгоритмів є найпоширенішою проблемою EMS, що може призвести до нерозумних стратегій заряджання та розряджання та зниження доходу. У проектах оптимізації управління енергією, в яких я брав участь, наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії, дефекти алгоритмів EMS призвели до неможливості точного прогнозування оптимального часу заряджання та розряджання при частій зміні тарифів на електроенергію, і дохід на рік знизився близько на 15%. Дефекти алгоритмів зазвичай викликані факторами, такими як неточні моделі, недостатня історична інформація та нерозумне встановлення параметрів.

5.2 Перерива зв'язку

Перерива зв'язку є іншою поширеною аварією EMS, що може призвести до неможливості отримання команд від верхнього рівня системи або передачі даних про роботу. У роботі з налагодженням зв'язку, яку я проводив, перерива зв'язку зазвичай викликана факторами, такими як несумісність протоколів, мережні завади та аварії обладнання. Наприклад, у комерційному та промисловому проекті зберігання енергії, протокол зв'язку між EMS та системою диспетчеризації електромережі був несумісним. Коли тарифи на електроенергію змінювалися в реальному часі, стратегії заряджання та розряджання не могли бути вчасно змінені, що призвело до зниження прибутку від арбітражу більше ніж на 20%. Крім того, уразливості безпеки даних також є поширеною проблемою EMS, що може призвести до атак на систему або витоку даних. За даними 2023 року, три випадки витоку даних, пов'язаних з атаками MOVEit, входять до числа десяти найбільших випадків витоку даних, що вплинули на більше одного мільйона людей.

У реальному операційному управлінні та технічному обслуговуванні комерційних та промислових систем зберігання енергії, ми, практики на передовій, повинні точно визначати ці типи аварій, глибоко розуміти їхні причини, а потім впроваджувати цілеспрямовані рішення. Лише таким чином ми зможемо забезпечити стабільне функціонування системи, підвищити ефективність використання енергії та допомогти підприємствам досягти кращих економічних результатів, одночасно сприяючи будівництву нової енергетичної системи.