Během posledních 50 let došlo k neustálému nárůstu globální spotřeby elektřiny, s odhadovaným využitím přibližně 25 300 terawattových hodin v roce 2021. S přechodem směrem k průmyslu 4.0 dochází ke zvýšení energetických požadavků po celém světě. Tato čísla se každoročně zvyšují, bez požadavků na energii průmyslových a jiných ekonomických odvětví. Tento průmyslový posun a vysoce výkonná spotřeba jsou spojeny s hmatatelnějšími účinky na změnu klimatu v důsledku nadměrných emisí skleníkových plynů. V současné době se většina rostlin a zařízení na výrobu energie spoléhá na zdroje fosilních paliv (ropa a plyn), aby takové požadavky splnily. Tyto obavy o klima zakazují dodatečnou výrobu energie pomocí konvenčních metod. Vývoj efektivních a spolehlivých systémů skladování energie se tedy stal stále důležitějším zajištěním nepřetržitého a spolehlivého zásobování energie z obnovitelných zdrojů.
Energetický sektor odpověděl přesunutím na obnovitelnou energii nebo „zelené“ řešení. Přechodovému přechodu pomohly vylepšené výrobní techniky, což vedlo například k efektivnější výrobě čepelí větrné turbíny. Vědci byli také schopni zlepšit účinnost fotovoltaických buněk, což vedlo k lepší výrobě energie na oblast využití. V roce 2021 se výroba elektřiny ze zdrojů solárních fotovoltaických (PV) významně zvýšila a dosáhla rekordu 179 TWH a představovala růst o 22% ve srovnání s rokem 2020. Technologie solárního PV nyní představuje 3,6% globální výroby elektřiny a v současné době je třetí největší obnovitelná obnovitelná schopnost Zdroj energie po vodárce a větru.
Tyto průlomy však nevyřeší některé z vlastních nevýhod systémů obnovitelné energie, zejména dostupnost. Většina z těchto metod nevyrábí energii na vyžádání jako uhlí a ropné elektrárny. Výstupy sluneční energie jsou například dostupné po celý den s variacemi v závislosti na úhlech ozáření slunce a umístění PV panelu. Během noci nemůže produkovat žádnou energii, zatímco její produkce je výrazně snížena během zimní sezóny a ve velmi zakalených dnech. Větrná energie také trpí kolísáním v závislosti na rychlosti větru. Tato řešení proto musí být spojena se systémy skladování energie, aby se udržela dodávka energie během nízkých výstupních období.
Co jsou systémy skladování energie?
Systémy pro skladování energie mohou ukládat energii, aby byla použita později. V některých případech bude existovat forma přeměny energie mezi uloženou energií a poskytnutím energie. Nejběžnějším příkladem jsou elektrické baterie, jako jsou lithium-iontové baterie nebo olověné baterie. Poskytují elektrickou energii prostřednictvím chemických reakcí mezi elektrodami a elektrolytem.
Baterie nebo BESS (Systém skladování energie baterie) představují nejběžnější metodu ukládání energie používanou v aplikacích každodenního života. Jiný skladovací systém existuje, jako jsou vodní elektrárny, které přeměňují potenciální energii vody uložené v přehradě na elektrickou energii. Voda padající dolů otočí setrvačník turbíny, která produkuje elektrickou energii. Dalším příkladem je komprimovaný plyn, po uvolnění plyn otočí kolo produkujícího turbínu.
To, co odděluje baterie od ostatních metod skladování, jsou jejich potenciální oblasti provozu. Od malých zařízení a napájení automobilů po aplikace pro domácnost a velké solární farmy lze baterie bezproblémově integrovat do jakékoli aplikace pro úložiště mimo síť. Na druhé straně metody vodní energie a komprimovaného vzduchu vyžadují pro skladování velmi velké a komplexní infrastruktury. To vede k velmi vysokým nákladům, které vyžadují velmi velké aplikace, aby byly oprávněné.
Případy použití pro úložné systémy mimo síť.
Jak již bylo zmíněno, systémy úložiště mimo síť mohou usnadnit využití a spoléhání se na metody obnovitelné energie, jako je sluneční a větrná energie. Nicméně existují i jiné aplikace, které z takových systémů mohou velmi těžit
Cílem síly městského energetiky je zajistit správné množství energie na základě nabídky a poptávky každého města. Požadovaná síla může kolísat po celý den. Systémy úložiště mimo síť byly použity ke zmírnění fluktuací a poskytování větší stability v případě špičkové poptávky. Z jiného hlediska mohou být systémy úložiště mřížky velmi prospěšné kompenzovat jakoukoli nepředvídanou technickou chybu v hlavní energetické síti nebo během plánované doby údržby. Mohou splnit požadavky na energii, aniž by museli hledat alternativní zdroje energie. Na začátku února 2023 lze citovat například Storm ledu v Texasu, která ponechala přibližně 262 000 lidí bez energie, zatímco opravy byly zpožděny kvůli obtížným povětrnostním podmínkám.
Elektrická vozidla jsou další aplikací. Vědci nalili velké úsilí na optimalizaci strategií výroby a nabíjení/vybíjení baterií, aby rozsahovali životnost a hustotu výkonu baterií. Lithium-iontové baterie byly v popředí této malé revoluce a byly značně používány v nových elektrických automobilech, ale také na elektrických autobusech. Lepší baterie v tomto případě mohou vést k větším počtu najetých kilometrů, ale také zkrácení doby nabíjení se správnými technologiemi.
Jiný technologický pokrok má rád UAV a mobilní roboti z vývoje baterií velmi těží. Strategie a kontrolní strategie pohybu se silně spoléhají na poskytovanou kapacitu a napájení baterie.
Co je to Bess
Systém skladování energie Bess nebo baterie je systém skladování energie, který lze použít k ukládání energie. Tato energie může pocházet z hlavní mřížky nebo z obnovitelných zdrojů energie, jako je větrná energie a sluneční energie. Skládá se z více baterií uspořádaných v různých konfiguracích (série/paralelní) a velikosti na základě požadavků. Jsou připojeny k střídači, který se používá k převodu napájení stejnosměrného proudu na střídavý výkon pro použití. ASystém správy baterií (BMS)se používá ke sledování podmínek baterie a provozu nabíjení/vypouštění.
Ve srovnání s jinými systémy skladování energie jsou obzvláště flexibilní pro umístění/připojení a nevyžadují velmi nákladnou infrastrukturu, ale stále přicházejí se značnou cenou a vyžadují pravidelnější údržbu na základě použití.
Návyky velikosti a použití Bess
Klíčovým bodem, který je třeba při instalaci systému skladování energie baterie, je velikost. Kolik baterií je potřeba? V jaké konfiguraci? V některých případech může typ baterie hrát klíčovou roli z dlouhodobého hlediska, pokud jde o úspory a efektivitu nákladů
To se provádí případ od případu, protože aplikace se mohou pohybovat od malých domácností po velké průmyslové závody.
Nejběžnějším zdrojem obnovitelných zdrojů energie pro malé domácnosti, zejména v městských oblastech, je sluneční energie pomocí fotovoltaických panelů. Inženýr by obecně zvážil průměrnou spotřebu energie v domácnosti a zasáhl sluneční ozáření v průběhu roku pro konkrétní místo. Počet baterií a jejich konfigurace mřížky je vybrán tak, aby odpovídal požadavkům domácnosti během nejnižšího slunečního zdroje roku, aniž by ne zcela vyčerpal baterie. To předpokládá řešení, které má úplnou nezávislost napájení na hlavní mřížku.
Udržování relativně mírného stavu nabití nebo zcela nevypouštění baterií je nejprve na prvním místě intuitivní. Koneckonců, proč používat úložný systém, pokud jej nemůžeme extrahovat plný potenciál? Teoreticky je to možné, ale nemusí to být strategie, která maximalizuje návratnost investic.
Jednou z hlavních nevýhod Bess jsou relativně vysoké náklady na baterie. Proto je nezbytný výběr zvyku využití nebo strategii nabíjení/vypouštění, která maximalizuje životnost baterie. Například baterie olověných kyselin například nelze propustit pod 50% kapacitu bez utrpení nevratného poškození. Lithium-iontové baterie mají vyšší hustotu energie, dlouhou životnost cyklu. Mohou být také propuštěny pomocí větších rozsahů, ale to přichází za cenu zvýšené ceny. Mezi různými chemiemi existuje vysoký rozptyl nákladů, olověné kyselé baterie mohou být stovky až tisíce dolarů levnější než lithium-iontová baterie stejné velikosti. To je důvod, proč jsou kyselé baterie olova nejpoužívanější v solárních aplikacích v zemích 3. světa a chudých komunitách.
Výkon baterie je silně ovlivněn degradací během jeho životnosti, nemá stálý výkon, který končí náhlým selháním. Místo toho může kapacita a poskytnutí postupně mizet. V praxi se předpokládá, že životnost baterie došla, když její kapacita dosáhne 80% své původní kapacity. Jinými slovy, když zažije 20% kapacitu. V praxi to znamená, že lze poskytnout nižší množství energie. To může ovlivnit období využití pro plně nezávislé systémy a množství najetých kilometrů, které EV může pokrýt.
Dalším bodem, který je třeba zvážit, je bezpečnost. S pokrokem ve výrobě a technologii byly nedávné baterie obecně chemicky stabilnější. Kvůli degradaci a historii zneužívání však mohou buňky jít do tepelného útěku, což může vést k katastrofickým výsledkům a v některých případech ohrožuje život spotřebitelů.
To je důvod, proč společnosti vyvinuly lepší software pro monitorování baterií (BMS), aby kontrolovaly využití baterií, ale také monitorovaly stav zdraví, aby zajistily včasnou údržbu a zabránily přitěžujícím důsledkům.
Závěr
Systémy skladování sítě a energie poskytují skvělou příležitost k dosažení nezávislosti napájení na hlavní mřížku, ale také poskytují zdroj zálohování během období a vrcholným zatížením. Tam by se rozvoj usnadnil posun směrem k ekologičtějším zdrojům energie, čímž by se omezoval dopad výroby energie na změnu klimatu a přitom stále splňoval energetické požadavky s neustálým růstem spotřeby.
Systémy pro skladování energie baterie jsou nejčastěji používány a nejjednodušší konfigurovat pro různé každodenní aplikace. Jejich vysokou flexibilitu je proti relativně vysokým nákladům, což vede k rozvoji monitorovacích strategií k prodloužení příslušné životnosti co nejvíce. V současné době odvětví a akademická obce vylévají velké úsilí, aby prozkoumaly a porozuměly degradaci baterií za různých podmínek.
Související článek:
Přizpůsobená energetická řešení - revoluční přístupy k přístupu k energii
Maximalizace obnovitelné energie: Úloha ukládání energie baterie
Pokroky v technologii baterií pro systémy skladování mořské energie
