In l'ultimi 50 anni, ci hè statu un aumentu cuntinuu di u cunsumu di l'electricità glubale, cù un usu stimatu di circa 25 300 terawatt-hours in l'annu 2021. Cù a transizione versu l'industria 4.0, ci hè un aumentu di e dumande d'energia in u mondu. Questi numeri aumentanu ogni annu, senza includere i bisogni di energia di i settori industriali è altri ecunomichi. Stu cambiamentu industriale è u cunsumu d'alta putenza sò accumpagnati da effetti più tangibili di u cambiamentu climaticu per via di emissioni eccessive di gasi di serra. Attualmente, a maiò parte di e piante è e instalazioni di generazione di energia si basanu assai nantu à e fonti di combustibili fossili (oliu è gasu) per risponde à tali richieste. Queste preoccupazioni climatiche pruibiscenu a generazione di energia addiziale cù i metudi cunvinziunali. Cusì, u sviluppu di sistemi di almacenamentu d'energia efficienti è affidabili hè diventatu sempre più impurtante per assicurà un fornimentu cuntinuu è affidabile di energia da fonti rinnuvevuli.
U settore di l'energia hà rispostu trasfirendu versu l'energia rinnuvevuli o suluzioni "verdi". A transizione hè stata aiutata da tecniche di fabricazione mejorate, purtendu per esempiu à una fabricazione più efficaci di pale di turbine eoliche. Inoltre, i circadori anu sappiutu migliurà l'efficienza di e cellule fotovoltaiche, purtendu à una generazione di energia megliu per u spaziu di usu. In 2021, a generazione di l'electricità da fonti solari fotovoltaici (PV) hà aumentatu significativamente, righjunghjendu un record di 179 TWh è rapprisentanu una crescita di 22% in paragunà à 2020. A tecnulugia solare PV conta avà per 3,6% di a generazione d'electricità globale è hè attualmente a terza più grande rinnovabile. fonte d'energia dopu l'energia idroelettrica è u ventu.
Tuttavia, sti scontri ùn risolve micca alcuni di i svantaghji inerenti di i sistemi energetichi rinnuvevuli, principalmente a dispunibilità. A maiò parte di sti metudi ùn pruducenu micca energia nantu à a dumanda cum'è centrali di carbone è oliu. A pruduzzioni di l'energia solare sò per esempiu dispunibuli in tuttu u ghjornu cù variazioni secondu l'anguli di irradiazione di u sole è u posizionamentu di u pannellu PV. Ùn pò micca pruduce energia durante a notte mentre a so pruduzzione hè significativamente ridutta durante a stagione invernale è in i ghjorni assai nuvuli. L'energia di u ventu soffre ancu di fluttuazioni secondu a velocità di u ventu. Per quessa, queste suluzioni anu da esse accumpagnate cù sistemi di almacenamentu di energia per sustene l'approvvigionamentu di energia durante i periodi di bassa produzzione.
Chì sò i sistemi di almacenamentu di energia?
I sistemi di almacenamentu di l'energia ponu almacenà l'energia per esse usata in una tappa più tardi. In certi casi, ci sarà una forma di cunversione d'energia trà l'energia almacenata è l'energia furnita. L'esempiu più cumuni hè e batterie elettriche cum'è batterie di lithium-ion o batterie di piombo-acidu. Anu furnisce energia elettrica per via di reazzione chimica trà l'elettrodi è l'elettroliti.
Batteries, o BESS (sistema di almacenamentu di energia di batterie), rapprisentanu u metudu di almacenamentu d'energia più cumuni utilizatu in l'applicazioni di a vita di ogni ghjornu. Un altru sistema di almacenamentu esiste cum'è e centrali idroelettriche chì cunverte l'energia potenziale di l'acqua almacenata in una presa in energia elettrica. L'acqua caduta girà u volante di una turbina chì pruduce energia elettrica. Un altru esempiu hè u gasu cumpressu, dopu à liberazione, u gasu girarà a rota di a turbina chì produce energia.
Ciò chì separa e batterie da l'altri metudi di almacenamentu hè e so aree putenziali di funziunamentu. Da i picculi dispusitivi è l'alimentazione di l'automobile à l'applicazioni domestiche è a grande splutazioni solare, e batterie ponu esse integrate senza saldatura à qualsiasi applicazione di almacenamento off-grid. Per d 'altra banda, i metudi di l'energia idroelettrica è di l'aria compressa necessitanu infrastrutture assai grandi è cumplesse per u almacenamentu. Questu porta à costi assai elevati chì necessitanu applicazioni assai grandi per esse ghjustificate.
Casi d'usu per sistemi di almacenamentu off-grid.
Cumu l'ammentatu prima, i sistemi di almacenamentu off-grid ponu facilità l'usu è a fiducia in i metudi di energia rinnuvevuli cum'è l'energia solare è eolica. Tuttavia, ci sò altre applicazioni chì ponu benefiziu assai di tali sistemi
E reti elettriche di a cità anu u scopu di furnisce a quantità ghjusta di putenza basatu annantu à l'offerta è a dumanda di ogni cità. U putere necessariu pò fluttuà in tuttu u ghjornu. I sistemi di almacenamentu off-grid sò stati utilizati per attenuà i fluttuazioni è furnisce più stabilità in casi di dumanda di punta. Da una perspettiva diversa, i sistemi di almacenamentu fora di a rete ponu esse assai benefizii per cumpensà ogni difettu tecnicu imprevisu in a rete elettrica principale o durante i periodi di mantenimentu programati. Puderanu risponde à i bisogni di l'energia senza avè a ricerca di fonti d'energia alternativa. Si pò cità per esempiu a tempesta di ghiaccio in Texas à principiu di ferraghju 2023 chì hà lasciatu circa 262 000 persone senza putere, mentre chì e riparazioni sò state ritardate per via di e cundizioni climatichi difficili.
I veiculi elettrici sò una altra applicazione. I ricercatori anu versatu assai sforzu per ottimisà a fabricazione di e batterie è e strategie di carica / scaricamentu per allargà a vita è a densità di putenza di e batterie. E batterie di lithium-ion sò state in prima linea di sta piccula rivoluzione è sò state aduprate largamente in novi vitture elettriche, ma ancu in autobus elettrici. Batterie megliu in questu casu pò purtà à un chilometru più grande, ma ancu i tempi di carica ridotti cù e tecnulugia ghjusta.
Un altru prugressu tecnologicu cum'è UAVs è robots mobili anu benefiziu assai da u sviluppu di a bateria. E strategie di muvimentu è strategie di cuntrollu si basanu assai nantu à a capacità di a bateria è a putenza furnita.
Cosa hè un BESS
BESS o sistema di almacenamentu di energia di bateria hè un sistema di almacenamentu di energia chì pò esse usatu per almacenà energia. Sta energia pò vene da a rete principale o da fonti d'energia rinnuvevuli cum'è l'energia eolica è l'energia solare. Hè cumpostu di batterie multiple disposte in diverse cunfigurazioni (serie/parallel) è dimensionate secondu e esigenze. Sò cunnessi à un inverter chì hè utilizatu per cunvertisce a putenza DC in AC power per l'usu. Un sistema di gestione di a batteria (BMS) hè utilizatu per monitorà e cundizioni di a batteria è l'operazione di carica / scaricamentu.
In cunfrontu à l'altri sistemi di almacenamentu di energia, sò particularmente flessibili per mette / cunnette è ùn necessitanu micca una infrastruttura assai caru, ma anu sempre un costu considerableu è necessitanu un mantenimentu più regulare basatu annantu à l'usu.
BESS dimensionamentu è usu di usu
Un puntu cruciale per affruntà quandu si stallanu un sistema di almacenamentu di l'energia di a bateria hè u dimensionamentu. Quante batterie sò necessarie? In quale cunfigurazione? In certi casi, u tipu di bateria pò ghjucà un rolu cruciale à longu andà in termini di risparmiu di costu è efficienza
Questu hè fattu nantu à una basa di casu, postu chì l'applicazioni ponu varià da e picculi famiglie à grandi impianti industriali.
A fonte d'energia rinnuvevule più cumuna per e piccule famiglie, in particulare in i zoni urbani, hè u solar cù pannelli fotovoltaici. In generale, l'ingegnere cunsidereghja u cunsumu mediu di energia di a famiglia è valuta l'irradiance solare in tuttu l'annu per u locu specificu. U numaru di batterie è a so cunfigurazione di a reta hè sceltu per currisponde à e dumande di a famiglia durante u suministru di energia solare più bassu di l'annu, mentre ùn drenanu micca completamente e batterie. Questu hè presuntu una suluzione per avè una indipendenza completa di u putere da a rete principale.
Mantene un statu di carica relativamente moderatu o micca scaricatu cumplettamente e batterie hè qualcosa chì puderia esse contru intuitive in prima. Dopu tuttu, perchè aduprà un sistema di almacenamentu se ùn pudemu micca estrattà u so potenziale? In teoria hè pussibule, ma puderia micca esse a strategia chì maximizeghja u ritornu di l'investimentu.
Unu di i principali svantaghji di BESS hè u costu relativamente altu di e batterie. Dunque, sceglie un abitudine d'usu o una strategia di carica / scaricamentu chì maximizeghja a vita di a bateria hè essenziale. Per esempiu, e batterie di piombu à l'acidu ùn ponu esse scaricate sottu à 50% di a capacità senza soffre di danni irreversibili. E batterie di lithium-ion anu una densità d'energia più alta, una longa vita di ciclu. Puderanu ancu esse scaricati aduprendu intervalli più grande, ma questu vene à un costu di prezzu aumentatu. Ci hè una alta varianza in u costu trà e diverse chimichi, e batterie à l'acidu di piombo ponu esse centinaie à millaie di dollari più prezzu di una batteria di lithium-ion di a stessa dimensione. Hè per quessa chì e batterie di piombo à l'acidu sò i più utilizati in l'applicazioni solari in i paesi di u terzu mondu è e cumunità povere.
U rendiment di a bateria hè assai affettatu da a degradazione durante a so vita, ùn hà micca un rendimentu stabile chì finisce cù un fallimentu bruscu. Invece, a capacità è furnita pò fade progressivamente. In pratica, a vita di a bateria hè cunsiderata cum'è chì a so capacità righjunghji u 80% di a so capacità originale. In altri palori, quandu si sperienze un fade di capacità di 20%. In pratica, questu significa una quantità più bassa di energia pò esse furnita. Questu pò influenzà i periodi d'utilizazione per sistemi completamente indipendenti è a quantità di chilometru chì un EV pò copre.
Un altru puntu à cunsiderà hè a sicurità. Cù i prugressi in a fabricazione è a tecnulugia, e batterie recenti sò in generale più stabile chimicamente. Tuttavia, a causa di a degradazione è a storia di abusu, e cellule ponu andà in furia termale chì pò purtà à risultati catastròfichi è in certi casi mette in periculu a vita di i cunsumatori.
Hè per quessa chì e cumpagnie anu sviluppatu un megliu software di monitoraghju di a batteria (BMS) per cuntrullà l'usu di a batteria, ma ancu monitorà u statu di salute per furnisce un mantenimentu puntuale è evità cunsequenze aggravate.
Cunclusioni
Di i sistemi di almacenamentu di l'energia di a rete furnisce una grande opportunità per ottene l'indipendenza di l'energia da a rete principale, ma ancu furnisce una fonte di salvezza di energia durante i tempi di inattività è i periodi di carica di punta. U sviluppu faciliterebbe u cambiamentu versu e fonti energetiche più verdi, limitendu cusì l'impattu di a generazione d'energia nantu à u cambiamentu climaticu mentre risponde à i bisogni energetichi cù una crescita constante di u cunsumu.
I sistemi di almacenamentu di l'energia di a batteria sò i più cumuni è i più faciuli di cunfigurà per diverse applicazioni di ogni ghjornu. A so alta flessibilità hè cuntrata da un costu relativamente elevatu, chì porta à u sviluppu di strategie di surviglianza per allargà a vita rispettiva quant'è pussibule. Attualmente, l'industria è l'accademia stanu versendu assai sforzi per investigà è capisce a degradazione di a bateria in diverse cundizioni.
