Oor die afgelope 50 jaar was daar 'n voortdurende toename in wêreldwye elektrisiteitsverbruik, met 'n geskatte verbruik van ongeveer 25 300 terawatt-uur in die jaar 2021. Met die oorgang na industrie 4.0 is daar 'n toename in energiebehoeftes regoor die wêreld. Hierdie getalle neem elke jaar toe, nie die kragvereistes van industriële en ander ekonomiese sektore ingesluit nie. Hierdie industriële verskuiwing en hoë kragverbruik gaan gepaard met meer tasbare gevolge van klimaatsverandering as gevolg van oormatige vrystelling van kweekhuisgasse. Tans maak die meeste kragopwekkingsaanlegte en -fasiliteite swaar op fossielbrandstofbronne (olie en gas) staat om aan sulke eise te voldoen. Hierdie klimaatkwessies verbied bykomende energieopwekking deur gebruik te maak van konvensionele metodes. Dus het die ontwikkeling van doeltreffende en betroubare energiebergingstelsels al hoe belangriker geword om 'n deurlopende en betroubare voorsiening van energie uit hernubare bronne te verseker.
Die energiesektor het gereageer deur te verskuif na hernubare energie of "groen" oplossings. Die oorgang is aangehelp deur verbeterde vervaardigingstegnieke, wat byvoorbeeld gelei het tot meer doeltreffende vervaardiging van windturbinelemme. Navorsers kon ook die doeltreffendheid van fotovoltaïese selle verbeter, wat lei tot beter energieopwekking per gebruiksarea. In 2021 het elektrisiteitsopwekking uit sonkragfotovoltaïese (FV) bronne aansienlik toegeneem, wat 'n rekord van 179 TWh bereik het en 'n groei van 22% verteenwoordig vergeleke met 2020. Sonkrag FV-tegnologie is nou verantwoordelik vir 3,6% van wêreldwye elektrisiteitsopwekking en is tans die derde grootste hernubare energiebron na hidrokrag en wind.
Hierdie deurbrake los egter nie sommige van die inherente nadele van hernubare energiestelsels nie, hoofsaaklik beskikbaarheid, op. Die meeste van hierdie metodes produseer geen energie op aanvraag as steenkool- en oliekragsentrales nie. Sonenergie-uitsette is byvoorbeeld regdeur die dag beskikbaar met variasies na gelang van sonbestralingshoeke en PV-paneelposisionering. Dit kan geen energie gedurende die nag produseer nie, terwyl sy uitset aansienlik verminder word gedurende die winterseisoen en op baie bewolkte dae. Windkrag ly ook onder fluktuasies na gelang van die windspoed. Daarom moet hierdie oplossings met energiebergingstelsels gekoppel word om energietoevoer gedurende lae uitsetperiodes te handhaaf.
Wat is energiebergingstelsels?
Energiebergingstelsels kan energie stoor om op 'n later stadium gebruik te word. In sommige gevalle sal daar 'n vorm van energie-omskakeling tussen gestoorde energie en verskafde energie wees. Die mees algemene voorbeeld is elektriese batterye soos litium-ioon batterye of loodsuur batterye. Hulle verskaf elektriese energie deur middel van chemiese reaksies tussen die elektrodes en die elektroliet.
Batterye, of BESS (battery energie stoor stelsel), verteenwoordig die mees algemene energie berging metode wat gebruik word in die daaglikse lewe toepassings. Ander bergingstelsels bestaan soos hidrokragsentrales wat die potensiële energie van water wat in 'n dam gestoor word, omskakel na elektriese energie. Die water wat afval, sal die vliegwiel van 'n turbine wat elektriese energie produseer, laat draai. Nog 'n voorbeeld is saamgeperste gas, by vrylating sal die gas die wiel van die turbine draai wat krag produseer.
Wat batterye van die ander bergingsmetodes skei, is hul potensiële werkingsareas. Van klein toestelle en motorkragtoevoer tot huishoudelike toepassings en groot sonkragplase, batterye kan naatloos geïntegreer word in enige buite-netwerkbergingstoepassing. Aan die ander kant vereis hidrokrag- en saamgeperste lugmetodes baie groot en komplekse infrastruktuur vir berging. Dit lei tot baie hoë koste wat baie groot aansoeke verg sodat dit geregverdig kan word.
Gebruik gevalle vir buite-rooster bergingstelsels.
Soos voorheen genoem, kan bergingstelsels buite die netwerk die gebruik en afhanklikheid van hernubare energiemetodes soos son- en windkrag vergemaklik. Daar is nietemin ander toepassings wat grootliks by sulke stelsels kan baat
Stadskragnetwerke poog om die regte hoeveelheid krag te verskaf op grond van die vraag en aanbod van elke stad. Die krag benodig kan deur die dag wissel. Opbergingstelsels buite die netwerk is gebruik om skommelinge te demp en meer stabiliteit te verskaf in gevalle van piekvraag. Vanuit 'n ander perspektief kan bergingstelsels buite die netwerk baie voordelig wees om te vergoed vir enige onvoorsiene tegniese fout in die hoofkragnetwerk of tydens geskeduleerde instandhoudingsperiodes. Hulle kan aan kragvereistes voldoen sonder om na alternatiewe energiebronne te soek. ’n Mens kan byvoorbeeld die Texas-ysstorm vroeg in Februarie 2023 noem wat ongeveer 262 000 mense sonder krag gelaat het, terwyl herstelwerk vertraag is weens die moeilike weerstoestande.
Elektriese voertuie is 'n ander toepassing. Navorsers het baie moeite gedoen om batteryvervaardiging en laai-/ontlaaistrategieë te optimaliseer om die lewensduur en kragdigtheid van batterye te vergroot. Litium-ioonbatterye was op die voorpunt van hierdie klein revolusie en is wyd gebruik in nuwe elektriese motors, maar ook elektriese busse. Beter batterye in hierdie geval kan lei tot 'n groter kilometers, maar ook verminderde laai tye met die regte tegnologie.
Ander tegnologiese vooruitgang soos UAV's en mobiele robotte het groot voordeel getrek uit batteryontwikkeling. Daar is bewegingstrategieë en beheerstrategieë sterk afhanklik van die batterykapasiteit en krag wat voorsien word.
Wat is 'n BESS
BESS of battery energie stoor stelsel is 'n energie stoor stelsel wat gebruik kan word om energie te stoor. Hierdie energie kan van die hoofnetwerk of van hernubare energiebronne soos windenergie en sonenergie kom. Dit is saamgestel uit veelvuldige batterye wat in verskillende konfigurasies (reeks/parallel) gerangskik is en grootte gebaseer is op die vereistes. Hulle is gekoppel aan 'n omskakelaar wat gebruik word om die GS-krag na WS-krag om te skakel vir gebruik. 'n Batterybestuurstelsel (BMS) word gebruik om die batterytoestande en die laai-/ontlaaiwerking te monitor.
In vergelyking met ander energiebergingstelsels is dit besonder buigsaam om te plaas/koppel en vereis nie 'n hoogs duur infrastruktuur nie, maar dit kom steeds teen 'n aansienlike koste en vereis meer gereelde instandhouding gebaseer op die gebruik.
BESS grootte en gebruik gewoontes
'n Belangrike punt om aan te pak wanneer 'n battery-energiebergingstelsel geïnstalleer word, is grootte. Hoeveel batterye word benodig? In watter opset? In sommige gevalle kan die tipe battery op die lang termyn 'n deurslaggewende rol speel in terme van kostebesparings en doeltreffendheid
Dit word op 'n geval-tot-geval basis gedoen aangesien toepassings kan wissel van klein huishoudings tot groot industriële aanlegte.
Die mees algemene hernubare energiebron vir klein huishoudings, veral in stedelike gebiede, is sonkrag wat fotovoltaïese panele gebruik. Die ingenieur sal oor die algemeen die gemiddelde kragverbruik van die huishouding oorweeg en die sonbestraling oor die jaar vir die spesifieke ligging bepaal. Die aantal batterye en hul netwerkkonfigurasie word gekies om by die huishoudelike behoeftes te pas tydens die laagste sonkragtoevoer van die jaar, terwyl die batterye nie heeltemal leeg is nie. Dit veronderstel 'n oplossing om volledige kragonafhanklikheid van die hoofnetwerk te hê.
Om 'n relatief matige toestand van lading te hou of om die batterye nie heeltemal te ontlaai nie, is iets wat aanvanklik teen-intuïtief kan wees. Per slot van rekening, hoekom 'n bergingstelsel gebruik as ons nie die volle potensiaal daarvan kan onttrek nie? In teorie is dit moontlik, maar dit is dalk nie die strategie wat die opbrengs op belegging maksimeer nie.
Een van die belangrikste nadele van BESS is die relatief hoë koste van batterye. Daarom is dit noodsaaklik om 'n gebruiksgewoonte of 'n laai-/ontlaaistrategie te kies wat die batteryleeftyd maksimeer. Loodsuurbatterye kan byvoorbeeld nie onder 50% kapasiteit ontlaai word sonder om onomkeerbare skade te ly nie. Litium-ioonbatterye het 'n hoër energiedigtheid, 'n lang sikluslewe. Hulle kan ook met groter reekse ontslaan word, maar dit kom teen 'n koste van verhoogde prys. Daar is 'n groot verskil in koste tussen verskillende chemieë, loodsuurbatterye kan honderde tot duisende dollars goedkoper wees as 'n litium-ioonbattery van dieselfde grootte. Dit is hoekom loodsuurbatterye die meeste in sonkragtoepassings in derdewêreldlande en arm gemeenskappe gebruik word.
Die battery se werkverrigting word swaar beïnvloed deur agteruitgang gedurende sy leeftyd, dit het nie 'n bestendige werkverrigting wat eindig met skielike mislukking nie. In plaas daarvan kan die kapasiteit en voorsiening progressief vervaag. In die praktyk word 'n batteryleeftyd beskou as uitgeput wanneer sy kapasiteit 80% van sy oorspronklike kapasiteit bereik. Met ander woorde, wanneer dit 'n 20% kapasiteit vervaag ervaar. In die praktyk beteken dit dat 'n laer hoeveelheid energie verskaf kan word. Dit kan gebruiksperiodes vir ten volle onafhanklike stelsels en die hoeveelheid kilometers wat 'n EV kan dek, beïnvloed.
Nog 'n punt om te oorweeg is veiligheid. Met vooruitgang in vervaardiging en tegnologie was onlangse batterye oor die algemeen chemies meer stabiel. As gevolg van agteruitgang en misbruikgeskiedenis kan selle egter in termiese weghol gaan wat tot katastrofiese resultate kan lei en in sommige gevalle die verbruikers se lewe in gevaar stel.
Dit is hoekom maatskappye beter batterymoniteringsagteware (BMS) ontwikkel het om batterygebruik te beheer, maar ook om die toestand van gesondheid te monitor om tydige instandhouding te verskaf en verergerende gevolge te vermy.
Gevolgtrekking
Van die netwerk-energie bergingstelsels bied 'n wonderlike geleentheid om krag onafhanklikheid van die hoofnetwerk te bereik, maar bied ook 'n rugsteunbron van krag tydens stilstand en spitsladingsperiodes. Daar ontwikkeling sal die verskuiwing na groener energiebronne fasiliteer, en sodoende die impak van energieopwekking op klimaatsverandering beperk terwyl daar steeds aan die energiebehoeftes voldoen word met konstante groei in verbruik.
Battery-energie-bergingstelsels is die mees gebruikte en die maklikste om te konfigureer vir verskillende alledaagse toepassings. Hul hoë buigsaamheid word teengewerk deur 'n relatief hoë koste, wat lei tot die ontwikkeling van moniteringstrategieë om die onderskeie lewensduur so veel as moontlik te verleng. Tans doen die nywerheid en akademie baie moeite om battery-agteruitgang onder verskillende toestande te ondersoek en te verstaan.
