На працягу апошніх 50 гадоў назіраўся бесперапынны рост сусветнага спажывання электраэнергіі, з ацэначным выкарыстаннем каля 25 300 тэрават-гадзін у 2021 годзе. З пераходам да індустрыі 4.0 ва ўсім свеце расце патрэба ў энергіі. Гэтыя лічбы растуць з кожным годам, не ўлічваючы патрэбы ў электраэнергіі ў прамысловых і іншых галінах эканомікі. Гэты прамысловы зрух і высокае энергаспажыванне спалучаюцца з больш адчувальнымі наступствамі змены клімату з-за празмерных выкідаў парніковых газаў. У цяперашні час большасць электрастанцый і аб'ектаў у значнай ступені залежаць ад крыніц выкапнёвага паліва (нафты і газу), каб задаволіць такія патрэбы. Гэтыя кліматычныя праблемы забараняюць выпрацоўку дадатковай энергіі звычайнымі метадамі. Такім чынам, распрацоўка эфектыўных і надзейных сістэм захоўвання энергіі становіцца ўсё больш важнай для забеспячэння бесперапыннага і надзейнага забеспячэння энергіяй з аднаўляльных крыніц.
Энергетычны сектар адрэагаваў пераходам на аднаўляльныя крыніцы энергіі або «зялёныя» рашэнні. Пераходу дапамаглі ўдасканаленыя тэхналогіі вытворчасці, што прывяло, напрыклад, да больш эфектыўнай вытворчасці лопасцей ветраных турбін. Акрамя таго, даследчыкі змаглі павысіць эфектыўнасць фотаэлектрычных элементаў, што прывяло да лепшай вытворчасці энергіі ў кожнай вобласці выкарыстання. У 2021 годзе выпрацоўка электраэнергіі з дапамогай сонечных фотаэлектрычных (PV) крыніц значна павялічылася, дасягнуўшы рэкордных 179 ТВт-гадз, што складае рост на 22% у параўнанні з 2020 годам. На сонечныя фотаэлектрычныя тэхналогіі цяпер прыпадае 3,6% сусветнай вытворчасці электраэнергіі і ў цяперашні час з'яўляюцца трэцімі па велічыні аднаўляльнымі крыніцамі энергіі. крыніца энергіі пасля гідраэнергіі і ветру.
Аднак гэтыя прарывы не вырашаюць некаторыя з уласцівых недахопаў сістэм аднаўляльных крыніц энергіі, у асноўным даступнасць. Большасць з гэтых метадаў не вырабляюць энергію па патрабаванні, як вугальныя і нафтавыя электрастанцыі. Выхады сонечнай энергіі, напрыклад, даступныя на працягу дня з варыяцыямі ў залежнасці ад кутоў сонечнага апрамянення і размяшчэння фотаэлектрычных панэляў. Ён не можа вырабляць ніякай энергіі на працягу ночы, у той час як яго магутнасць значна зніжаецца ў зімовы сезон і ў вельмі пахмурныя дні. Энергія ветру таксама пакутуе ад ваганняў у залежнасці ад хуткасці ветру. Такім чынам, гэтыя рашэнні павінны спалучацца з сістэмамі захоўвання энергіі, каб падтрымліваць энергазабеспячэнне ў перыяды нізкай магутнасці.
Што такое сістэмы захоўвання энергіі?
Сістэмы захоўвання энергіі могуць назапашваць энергію, каб выкарыстоўваць яе на наступным этапе. У некаторых выпадках будзе мець месца форма пераўтварэння энергіі паміж назапашанай энергіяй і пададзенай энергіяй. Самы распаўсюджаны прыклад - электрычныя батарэі, такія як літый-іённыя батарэі або свінцова-кіслотныя батарэі. Яны забяспечваюць электрычную энергію шляхам хімічных рэакцый паміж электродамі і электралітам.
Батарэі, або BESS (сістэма захоўвання энергіі ад акумулятараў), уяўляюць сабой найбольш распаўсюджаны метад захоўвання энергіі, які выкарыстоўваецца ў паўсядзённым жыцці. Існуюць і іншыя сістэмы захоўвання, такія як гідраэлектрастанцыі, якія ператвараюць патэнцыйную энергію вады, якая захоўваецца ў плаціне, у электрычную. Вада, якая падае ўніз, будзе круціць махавік турбіны, якая выпрацоўвае электрычную энергію. Іншы прыклад - сціснуты газ, пры выпуску газ будзе круціць кола турбіны, вырабляючы энергію.
Што адрознівае акумулятары ад іншых спосабаў захоўвання, так гэта іх патэнцыйныя вобласці дзеяння. Ад невялікіх прылад і аўтамабільных блокаў сілкавання да бытавых прымянення і вялікіх сонечных ферм, акумулятары можна бесперашкодна інтэграваць у любое пазасеткавае прымяненне захоўвання. З іншага боку, метады гідраэнергетыкі і сціснутага паветра патрабуюць вельмі вялікай і складанай інфраструктуры для захоўвання. Гэта прыводзіць да вельмі высокіх выдаткаў, якія патрабуюць вельмі вялікіх прыкладанняў, каб гэта было апраўдана.
Варыянтаў выкарыстання аўтаномных сістэм захоўвання дадзеных.
Як згадвалася раней, аўтаномныя сістэмы захоўвання могуць спрыяць выкарыстанню аднаўляльных крыніц энергіі, такіх як сонечная і ветравая, і залежнасць ад іх. Тым не менш, ёсць іншыя прыкладанні, якія могуць атрымаць вялікую карысць ад такіх сістэм
Гарадскія электрасеткі накіраваны на забеспячэнне патрэбнай колькасці энергіі ў залежнасці ад попыту і прапановы ў кожным горадзе. Неабходная магутнасць можа вагацца на працягу дня. Аўтаномныя сістэмы захоўвання дадзеных выкарыстоўваліся для аслаблення ваганняў і забеспячэння большай стабільнасці ў выпадку пікавага попыту. З іншага пункту гледжання, пазасеткавыя сістэмы захоўвання могуць быць вельмі карыснымі для кампенсацыі любых непрадбачаных тэхнічных збояў у асноўнай электрасетцы або падчас планавых перыядаў тэхнічнага абслугоўвання. Яны могуць задаволіць патрэбы ў электраэнергіі без неабходнасці шукаць альтэрнатыўныя крыніцы энергіі. У якасці прыкладу можна прывесці ледзяную буру ў Тэхасе ў пачатку лютага 2023 года, у выніку якой каля 262 000 чалавек засталіся без электрычнасці, а рамонтныя работы былі адкладзены з-за складаных умоў надвор'я.
Яшчэ адно прымяненне - электрамабілі. Даследчыкі прыклалі шмат намаганняў, каб аптымізаваць вытворчасць акумулятараў і стратэгіі зарадкі/разрадкі, каб павялічыць тэрмін службы і шчыльнасць магутнасці акумулятараў. Літый-іённыя батарэі былі ў авангардзе гэтай маленькай рэвалюцыі і шырока выкарыстоўваліся ў новых электрамабілях, а таксама ў электрычных аўтобусах. Лепшыя акумулятары ў гэтым выпадку могуць прывесці да павелічэння прабегу, але і да скарачэння часу зарадкі пры правільных тэхналогіях.
Іншыя тэхналагічныя дасягненні, такія як беспілотнікі і мабільныя робаты, атрымалі вялікую карысць ад распрацоўкі батарэй. Там стратэгіі руху і стратэгіі кіравання ў значнай ступені залежаць ад ёмістасці батарэі і забяспечанай магутнасці.
Што такое BESS
BESS або батарэйная сістэма захоўвання энергіі - гэта сістэма захоўвання энергіі, якая можа выкарыстоўвацца для захоўвання энергіі. Гэтая энергія можа паступаць з асноўнай сеткі або з аднаўляльных крыніц энергіі, такіх як энергія ветру і сонечная энергія. Ён складаецца з некалькіх батарэй, размешчаных у розных канфігурацыях (паслядоўна/паралельна) і памерам у залежнасці ад патрабаванняў. Яны падлучаны да інвертара, які выкарыстоўваецца для пераўтварэння пастаяннага току ў пераменны ток для выкарыстання. Сістэма кіравання батарэяй (BMS) выкарыстоўваецца для маніторынгу стану батарэі і аперацыі зарадкі/разрадкі.
У параўнанні з іншымі сістэмамі захоўвання энергіі, яны асабліва гнуткія для размяшчэння/падключэння і не патрабуюць вельмі дарагой інфраструктуры, але яны па-ранейшаму каштуюць значна і патрабуюць больш рэгулярнага абслугоўвання ў залежнасці ад выкарыстання.
Памеры BESS і звычкі выкарыстання
Важным момантам пры ўсталёўцы акумулятарнай сістэмы захоўвання энергіі з'яўляецца памер. Колькі батарэек трэба? У якой камплектацыі? У некаторых выпадках тып батарэі можа гуляць вырашальную ролю ў доўгатэрміновай перспектыве з пункту гледжання эканоміі сродкаў і эфектыўнасці
Гэта робіцца ў кожным канкрэтным выпадку, паколькі прымяненне можа вар'іравацца ад невялікіх хатніх гаспадарак да буйных прамысловых прадпрыемстваў.
Найбольш распаўсюджанай аднаўляльнай крыніцай энергіі для невялікіх хатніх гаспадарак, асабліва ў гарадах, з'яўляецца сонечная батарэя з выкарыстаннем фотаэлектрычных панэляў. Інжынер звычайна ўлічвае сярэдняе энергаспажыванне хатняй гаспадаркі і ацэньвае сонечнае апрамяненне на працягу года для канкрэтнага месца. Колькасць батарэй і іх канфігурацыя сеткі выбіраюцца ў адпаведнасці з хатнімі патрэбамі падчас самага нізкага запасу сонечнай энергіі ў годзе, але пры гэтым батарэі не разраджаюцца цалкам. Гэта прадугледжвае поўную энерганезалежнасць ад асноўнай сеткі.
Падтрымліваць адносна ўмераны ўзровень зарада або не цалкам разраджаць батарэі - гэта тое, што спачатку можа здацца неінтуітыўным. У рэшце рэшт, навошта выкарыстоўваць сістэму захоўвання дадзеных, калі мы не можам атрымаць увесь яе патэнцыял? Тэарэтычна гэта магчыма, але гэта можа быць не тая стратэгія, якая максімальна павялічвае аддачу ад інвестыцый.
Адным з галоўных недахопаў BESS з'яўляецца адносна высокі кошт акумулятараў. Такім чынам, важна выбраць звычку выкарыстання або стратэгію зарадкі/разрадкі, якая максімальна павялічвае тэрмін службы батарэі. Напрыклад, свінцова-кіслотныя акумулятары нельга разраджаць ніжэй за 50% ёмістасці без незваротных пашкоджанняў. Літый-іённыя батарэі маюць больш высокую шчыльнасць энергіі, працяглы тэрмін службы. Іх таксама можна разраджаць, выкарыстоўваючы большыя дыяпазоны, але гэта адбываецца за кошт павышэння цаны. Існуе вялікая розніца ў кошце паміж рознымі хімікатамі, свінцова-кіслотныя батарэі могуць быць на сотні і тысячы долараў танней, чым літый-іённыя батарэі таго ж памеру. Вось чаму свінцова-кіслотныя акумулятары часцей за ўсё выкарыстоўваюцца ў сонечных батарэях у краінах 3-га свету і бедных населеных пунктах.
Прадукцыйнасць акумулятара моцна залежыць ад дэградацыі на працягу тэрміну службы, ён не мае стабільнай працы, што заканчваецца раптоўным выхадам з ладу. Замест гэтага прадастаўленая ёмістасць можа паступова змяншацца. На практыцы тэрмін службы батарэі лічыцца вычарпаным, калі яе ёмістасць дасягае 80% ад першапачатковай. Іншымі словамі, калі ёмістасць зніжаецца на 20%. На практыцы гэта азначае, што можна забяспечыць меншую колькасць энергіі. Гэта можа паўплываць на перыяды выкарыстання цалкам незалежных сістэм і колькасць прабегу, які можа пераадолець EV.
Яшчэ адзін момант, які варта ўлічваць, - бяспека. Дзякуючы прагрэсу ў вытворчасці і тэхналогіях, апошнія батарэі ў цэлым больш стабільныя ў хімічным плане. Аднак з-за гісторыі дэградацыі і злоўжывання клеткі могуць перайсці ў цеплавой разгон, што можа прывесці да катастрафічных вынікаў і ў некаторых выпадках паставіць пад пагрозу жыццё спажыўцоў.
Вось чаму кампаніі распрацавалі больш якаснае праграмнае забеспячэнне для маніторынгу батарэі (BMS), каб кантраляваць выкарыстанне батарэі, а таксама кантраляваць стан здароўя, каб забяспечыць своечасовае тэхнічнае абслугоўванне і пазбегнуць цяжкіх наступстваў.
Заключэнне
Сістэмы назапашвання энергіі ў сетцы даюць выдатную магчымасць дасягнуць энерганезалежнасці ад асноўнай сеткі, а таксама забяспечваюць рэзервовую крыніцу энергіі падчас прастояў і перыядаў пікавай нагрузкі. Развіццё будзе садзейнічаць пераходу да больш экалагічных крыніц энергіі, тым самым абмежаваўшы ўплыў выпрацоўкі энергіі на змяненне клімату, задаволіўшы патрэбы ў энергіі пры пастаянным росце спажывання.
Акумулятарныя сістэмы захоўвання энергіі з'яўляюцца найбольш часта выкарыстоўванымі і самымі простымі ў канфігурацыі для розных паўсядзённых прыкладанняў. Іх высокай гнуткасці супрацьстаіць адносна высокі кошт, што прыводзіць да распрацоўкі стратэгій маніторынгу для максімальнага падаўжэння тэрміну службы. У цяперашні час прамысловасць і навуковыя колы прыкладаюць шмат намаганняў, каб даследаваць і зразумець дэградацыю батарэі ў розных умовах.
