Những lỗi phổ biến nào thường xảy ra trong quá trình vận hành thiết bị liên quan đến lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại?
Là một phần quan trọng của hệ thống điện mới, việc vận hành ổn định của hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp có liên quan trực tiếp đến hiệu quả sử dụng năng lượng và lợi ích kinh tế của doanh nghiệp. Với sự tăng trưởng nhanh chóng về công suất lắp đặt của hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, tỷ lệ hỏng hóc thiết bị đã trở thành yếu tố then chốt ảnh hưởng đến lợi nhuận đầu tư. Theo dữ liệu từ Hội Điện lực Trung Quốc, vào năm 2023, tỷ lệ ngừng hoạt động không theo kế hoạch của các trạm lưu trữ năng lượng đạt hơn 57%, và hơn 80% trong số đó là do các vấn đề như khuyết tật thiết bị, bất thường hệ thống và tích hợp rộng rãi. Trong những năm làm việc thực tế trên tuyến đầu trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, tôi đã xử lý nhiều loại lỗi hệ thống khác nhau. Bây giờ, tôi sẽ phân tích hệ thống các loại lỗi thông thường, nguyên nhân và giải pháp cho từng tiểu hệ thống của thiết bị lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp để cung cấp hướng dẫn thực tiễn cho việc vận hành và bảo dưỡng hệ thống.
1. Các Lỗi Thường Gặp và Phân Tích Nguyên Nhân của Hệ Thống Pin
Hệ thống pin, là đơn vị lưu trữ năng lượng chính của hệ thống lưu trữ năng lượng, các lỗi của nó直接影响了系统的整体性能。
1.1 Pin Lão Hóa
Pin lão hóa là một trong những loại lỗi phổ biến nhất trong hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, chủ yếu thể hiện qua suy giảm tuổi thọ chu kỳ, tăng kháng nội bộ và giảm mật độ năng lượng. Trong các cuộc điều tra tại chỗ của tôi, theo dữ liệu năm 2023, sau chu kỳ dịch vụ 2,5 năm, mức suy giảm dung lượng của pin lithium phốt phat sắt đạt 28%, và pin lithium ba nguyên tố đạt 41%, vượt xa kỳ vọng của ngành. Sự suy giảm này chủ yếu do các yếu tố như lão hóa vật liệu pin, thay đổi cấu trúc điện cực và phân hủy chất điện phân, dẫn đến giảm khả năng lưu trữ năng lượng của pin và giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống.
1.2 Chạy Nhiệt Tự Do
Chạy nhiệt tự do là loại lỗi nguy hiểm nhất trong hệ thống pin. Khi xảy ra, nó có thể dẫn đến cháy hoặc thậm chí nổ. Trong kinh nghiệm xử lý các trường hợp khẩn cấp, chạy nhiệt tự do thường do các gradient nhiệt độ bất thường gây ra. Khi nhiệt độ bên trong pin vượt quá 120°C, có thể kích hoạt phản ứng dây chuyền. Ví dụ, trong một dự án lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp mà tôi tham gia, chênh lệch nhiệt độ của mô-đun pin vượt quá 15°C, kích hoạt cơ chế bảo vệ BMS và khiến hệ thống tắt. Các nguyên nhân gây ra chạy nhiệt tự do bao gồm sạc quá mức, xả quá mức, ngắn mạch bên ngoài, ngắn mạch vi mô bên trong và hư hại cơ học. Trong đó, sự không đồng nhất bên trong pin là yếu tố rủi ro chính.
1.3 Oxy hóa và Hư Hỏng Của Kết Nối Pin
Oxy hóa và hư hỏng của kết nối pin là lỗi phổ biến nhưng dễ bị bỏ qua trong hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp. Trong môi trường độ ẩm cao, mà tôi đã gặp nhiều lần trong các dự án ven biển, các kết nối pin dễ bị oxy hóa, dẫn đến tăng sức cản tiếp xúc, gây nóng cục bộ và chạy nhiệt tự do. Ví dụ, trong "mùa nồm" ở Quảng Đông, một lượng lớn nước ngưng tụ xuất hiện bên trong một số tủ lưu trữ năng lượng, gây oxy hóa kết nối và tắt hệ thống thường xuyên. Ngoài ra, rò rỉ chất điện phân và thoát khí bên trong pin cũng là lỗi phổ biến, có thể dẫn đến suy giảm hiệu suất pin và nguy cơ an toàn.
2. Các Lỗi Thường Gặp và Phân Tích Nguyên Nhân của Hệ Thống Quản Lý Pin (BMS)
BMS là "bộ não" của hệ thống lưu trữ năng lượng, chịu trách nhiệm giám sát trạng thái, bảo vệ và quản lý pin.
2.1 Lỗi Giao Tiếp
Lỗi giao tiếp là vấn đề phổ biến nhất của BMS, chiếm 34% lỗi liên quan đến BMS. Trong công việc điều chỉnh hàng ngày, lỗi giao tiếp chủ yếu thể hiện qua việc BMS không thể tương tác bình thường với hệ thống cấp trên, không thể truyền dữ liệu trạng thái pin hoặc nhận lệnh điều khiển. Điều này thường do các yếu tố như nhiễu CAN bus, tiếp xúc kém của kết nối và không tương thích giao thức. Ví dụ, trong một dự án lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, giao thức giao tiếp giữa BMS và PLC không tương thích, dẫn đến không thể thực thi đúng lệnh sạc và xả, và hiệu suất hệ thống giảm hơn 20%.
2.2 Sai Số Ước Lượng SOC/SOH
Sai số ước lượng SOC/SOH là lỗi phổ biến khác của BMS. Trong các dự án tôi tham gia, nếu sai số ước lượng SOC vượt quá 8%, nó sẽ khiến sạc dừng quá sớm hoặc quá muộn, ảnh hưởng đến tuổi thọ pin và hiệu suất hệ thống. Sai số ước lượng SOC chủ yếu do các yếu tố như ảnh hưởng của nhiệt độ, không đồng nhất pin, độ chính xác cảm biến dòng điện không đủ và khuyết tật thuật toán. Ví dụ, trong một dự án lưu trữ năng lượng ở môi trường nhiệt độ cao, sai số ước lượng SOC của BMS lên tới 12%, khiến pin không được sử dụng hết và nghiêm trọng ảnh hưởng đến doanh thu.
2.3 Xung Đột Phiên Bản Firmware và Lỗi Phần Mềm
Xung đột phiên bản firmware và lỗi phần mềm cũng là vấn đề phổ biến của BMS. Với sự cải thiện về mức độ thông minh của hệ thống lưu trữ năng lượng, độ phức tạp của phần mềm tăng lên, và các lỗ hổng phần mềm và vấn đề tương thích ngày càng nổi bật. Ví dụ, Tesla Model 3 từng gặp tình huống phiên bản firmware BMS V12.7.1 không tương thích với hệ thống điều khiển, khiến 12% chủ sở hữu xe gặp vấn đề sạc bất thường. Ngoài ra, suy giảm độ chính xác cảm biến BMS và thu thập dữ liệu bất thường cũng là lỗi phổ biến, có thể do các yếu tố như lão hóa cảm biến, nhiễu điện từ và vấn đề truyền tín hiệu.
3. Các Lỗi Thường Gặp và Phân Tích Nguyên Nhân của Hệ Thống Chuyển Đổi Năng Lượng (PCS)
PCS là thiết bị cốt lõi cho việc chuyển đổi năng lượng điện trong hệ thống lưu trữ năng lượng, chịu trách nhiệm chuyển đổi dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều và ngược lại.
3.1 Hiệu Suất Giảm
Hiệu suất giảm là vấn đề phổ biến nhất của PCS, chủ yếu thể hiện qua giảm hiệu suất chuyển đổi sạc và xả. Trong công việc đo thực tế tôi đã làm, theo dữ liệu thử nghiệm, hiệu suất chuyển đổi sạc trung bình của PCS hai cấp truyền thống là 95% (trên 30% tải), và hiệu suất chuyển đổi xả là 96% (trên 30% tải); trong khi PCS sử dụng bộ nghịch đảo ba cấp T-type có hiệu suất chuyển đổi sạc trung bình là 95.5% (trên 30% tải) và hiệu suất chuyển đổi xả là 96.5% (trên 30% tải). Hiệu suất giảm thường do các yếu tố như lão hóa mô-đun IGBT/MOSFET, tản nhiệt kém và chiến lược kiểm soát không hợp lý. Ví dụ, trong một dự án lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, PCS hoạt động ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, dẫn đến lão hóa mô-đun IGBT, hiệu suất giảm xuống dưới 93%, và doanh thu hệ thống giảm 15%.
3.3 Chống ăn mòn không đủ
Chống ăn mòn không đủ là một lỗi đặc biệt của PCS trong hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, đặc biệt là ở các khu vực ven biển hoặc độ ẩm cao. Trong các dự án tôi đã tham gia ở Quảng Đông, chống ăn mòn không đủ sẽ dẫn đến ăn mòn bo mạch PCB, oxi hóa đầu nối dây và suy giảm hiệu suất của các thành phần. Ví dụ, trong một dự án lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp ở Quảng Đông, do chống ăn mòn không đủ của PCS, trong "mùa nồm", bo mạch PCB bị ăn mòn, dẫn đến tín hiệu đa kênh bất thường và hệ thống không thể hoạt động bình thường.
4. Các Lỗi Thường Gặp và Phân Tích Nguyên Nhân của Hệ Thống Kiểm Soát Nhiệt Độ
Hệ thống kiểm soát nhiệt độ là chìa khóa để đảm bảo an toàn vận hành của hệ thống lưu trữ năng lượng, chủ yếu được chia thành các phương án làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng.
4.1 Tản nhiệt kém
Tản nhiệt kém là vấn đề phổ biến nhất của hệ thống kiểm soát nhiệt độ, có thể dẫn đến tăng nhiệt độ pin, giảm hiệu suất và rút ngắn tuổi thọ. Trong các dự án quản lý nhiệt tôi đã tham gia, theo nghiên cứu, mỗi 10°C tăng nhiệt độ pin, tuổi thọ chu kỳ của nó sẽ giảm khoảng 50%. Tản nhiệt kém thường do các yếu tố như bụi bẩn tản nhiệt, hỏng quạt, thiết kế đường ống không hợp lý và nhiệt độ môi trường cao. Ví dụ, trong một dự án lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, do bụi bẩn tản nhiệt, nhiệt độ pin vượt quá 45°C, kích hoạt bảo vệ BMS, hiệu suất hệ thống giảm 18%, và doanh thu giảm khoảng 80.000 nhân dân tệ/năm.
4.2 Rò rỉ Hệ Thống Làm Mát Bằng Chất Lỏng
Rò rỉ hệ thống làm mát bằng chất lỏng là một trong những lỗi nguy hiểm nhất của hệ thống kiểm soát nhiệt độ. Rò rỉ không chỉ dẫn đến thiếu chất làm mát và ảnh hưởng đến hiệu quả tản nhiệt mà còn có thể gây ra ngắn mạch và lỗi điện của pin. Trong công việc bảo trì hệ thống làm mát bằng chất lỏng tôi đã làm, rò rỉ hệ thống làm mát bằng chất lỏng thường do các yếu tố như lão hóa gioăng, vỡ đường ống do rung động và lỏng kết nối. Ví dụ, trong một tủ lưu trữ năng lượng của trạm nhận LNG, do lão hóa gioăng đường ống làm mát bằng chất lỏng, xảy ra rò rỉ chất làm mát, lượng lớn nước ngưng tụ xuất hiện bên trong tủ, và hệ thống tắt thường xuyên. Theo dữ liệu thử nghiệm, độ cứng của gioăng PTFE tăng từ 65 Shore D ở nhiệt độ phòng lên 85 Shore D ở -70°C, và tỷ lệ hồi đàn giảm 40%, là nguyên nhân chính gây rò rỉ.
4.3 Điều Khiển Nhiệt Độ Không Đều
Điều khiển nhiệt độ không đều là vấn đề phổ biến trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng, có thể dẫn đến tăng sự không đồng nhất bên trong gói pin. Trong các dự án thiết kế hệ thống làm mát bằng chất lỏng tôi đã tham gia, điều khiển nhiệt độ không đều thường do các yếu tố như thiết kế đường ống làm mát bằng chất lỏng không hợp lý, phân phối dòng chảy không đều và khuyết tật thuật toán kiểm soát. Ví dụ, trong một dự án lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, thiết kế đường ống làm mát bằng chất lỏng không hợp lý dẫn đến chênh lệch nhiệt độ hơn 10°C trong gói pin, làm tăng tốc độ lão hóa pin và缩短系统寿命30%。
5. 常见故障及原因分析：能源管理系统（EMS）
EMS是储能系统的“指挥官”，负责系统运行策略优化和能源调度。
5.1 算法缺陷
算法缺陷是EMS最常见的问题，可能导致充电和放电策略不合理，从而减少收益。在我参与的能源管理优化项目中，例如，在一个商业和工业储能项目中，EMS算法缺陷导致在电价频繁波动时无法准确预测最佳充放电时机，年收益减少了约15%。算法缺陷通常由模型不准确、历史数据不足和参数设置不合理等因素引起。
5.2 通信中断
通信中断是EMS的另一个常见故障，可能导致系统无法接收上级命令或上传运行数据。在我进行的通信调试工作中，通信中断通常由协议不兼容、网络干扰和硬件故障等因素引起。例如，在一个商业和工业储能项目中，EMS与电网调度系统之间的通信协议不兼容。
当电价实时变化时，无法及时调整充放电策略，导致套利收益减少超过20%。此外，数据安全漏洞也是EMS的常见问题，可能导致系统攻击或数据泄露。根据2023年的数据，与MOVEit攻击相关的三次数据泄露事件位列十大数据泄露事件之列，影响人数超过一百万。
在商业和工业储能系统的实际运维中，我们一线从业者需要准确识别这些故障类型，深入理解其原因，然后采取有针对性的解决方案。只有这样，才能确保系统的稳定运行，提高能源利用效率，并帮助企业实现更好的经济效益，同时为新型电力系统的建设做出贡献。
