Sut i storio trydan oddi ar y grid?

Dros y 50 mlynedd diwethaf, bu cynnydd parhaus yn y defnydd o drydan byd-eang, gydag amcangyfrif o ddefnydd o tua 25,300 terawatt-oriau yn y flwyddyn 2021. Gyda'r newid i ddiwydiant 4.0, mae cynnydd yn y galw am ynni ledled y byd. Mae'r niferoedd hyn yn cynyddu bob blwyddyn, heb gynnwys gofynion pŵer sectorau diwydiannol a sectorau economaidd eraill. Mae'r newid diwydiannol hwn a'r defnydd pŵer uchel yn cael eu cyfuno ag effeithiau newid hinsawdd mwy diriaethol oherwydd allyriadau gormodol o nwyon tŷ gwydr. Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o weithfeydd a chyfleusterau cynhyrchu pŵer yn dibynnu'n helaeth ar ffynonellau tanwydd ffosil (olew a nwy) i fodloni gofynion o'r fath. Mae'r pryderon hinsawdd hyn yn gwahardd cynhyrchu ynni ychwanegol gan ddefnyddio dulliau confensiynol. Felly, mae datblygu systemau storio ynni effeithlon a dibynadwy wedi dod yn fwyfwy pwysig i sicrhau cyflenwad parhaus a dibynadwy o ynni o ffynonellau adnewyddadwy.

Mae’r sector ynni wedi ymateb drwy symud tuag at ynni adnewyddadwy neu atebion “gwyrdd”. Mae'r trawsnewid wedi'i helpu gan well technegau gweithgynhyrchu, gan arwain, er enghraifft, at weithgynhyrchu llafnau tyrbinau gwynt yn fwy effeithlon. Hefyd, mae ymchwilwyr wedi gallu gwella effeithlonrwydd celloedd ffotofoltäig, gan arwain at gynhyrchu ynni gwell fesul maes defnydd. Yn 2021, cynyddodd cynhyrchu trydan o ffynonellau ffotofoltäig solar (PV) yn sylweddol, gan gyrraedd record o 179 TWh ac yn cynrychioli twf o 22% o'i gymharu â 2020. Mae technoleg solar ffotofoltäig bellach yn cyfrif am 3.6% o gynhyrchu trydan byd-eang ac ar hyn o bryd dyma'r trydydd mwyaf adnewyddadwy ffynhonnell ynni ar ôl ynni dŵr a gwynt.

Fodd bynnag, nid yw'r datblygiadau arloesol hyn yn datrys rhai o anfanteision cynhenid systemau ynni adnewyddadwy, yn bennaf argaeledd. Nid yw'r rhan fwyaf o'r dulliau hyn yn cynhyrchu ynni ar alw fel gweithfeydd pŵer glo ac olew. Mae allbynnau ynni solar er enghraifft ar gael trwy gydol y dydd gydag amrywiadau yn dibynnu ar onglau arbelydru haul a lleoliad paneli PV. Ni all gynhyrchu unrhyw ynni yn ystod y nos tra bod ei allbwn yn cael ei leihau'n sylweddol yn ystod tymor y gaeaf ac ar ddiwrnodau cymylog iawn. Mae pŵer gwynt hefyd yn dioddef o amrywiadau yn dibynnu ar gyflymder y gwynt. Felly, mae angen cyplysu'r atebion hyn â systemau storio ynni er mwyn cynnal cyflenwad ynni yn ystod cyfnodau allbwn isel.

Beth yw systemau storio ynni?

Gall systemau storio ynni storio ynni er mwyn ei ddefnyddio yn ddiweddarach. Mewn rhai achosion, bydd ffurf ar drawsnewid egni rhwng egni sydd wedi'i storio a'r egni a ddarperir. Yr enghraifft fwyaf cyffredin yw batris trydan fel batris lithiwm-ion neu fatris asid plwm. Maent yn darparu egni trydan trwy adweithiau cemegol rhwng yr electrodau a'r electrolyt.

Mae batris, neu BESS (system storio ynni batri), yn cynrychioli'r dull storio ynni mwyaf cyffredin a ddefnyddir mewn cymwysiadau bywyd bob dydd. Mae system storio arall yn bodoli fel gweithfeydd ynni dŵr sy'n trosi ynni posibl dŵr sy'n cael ei storio mewn argae yn ynni trydan. Bydd y dŵr sy'n disgyn i lawr yn troi olwyn hedfan tyrbin sy'n cynhyrchu ynni trydan. Enghraifft arall yw nwy cywasgedig, ar ôl ei ryddhau bydd y nwy yn troi olwyn pŵer cynhyrchu'r tyrbin.

Yr hyn sy'n gwahanu batris o'r dulliau storio eraill yw eu meysydd gweithredu posibl. O ddyfeisiadau bach a chyflenwad pŵer ceir i gymwysiadau cartref a ffermydd solar mawr, gellir integreiddio batris yn ddi-dor i unrhyw gymhwysiad storio oddi ar y grid. Ar y llaw arall, mae angen seilwaith mawr a chymhleth iawn ar ddulliau storio ynni dŵr ac aer cywasgedig. Mae hyn yn arwain at gostau uchel iawn sy'n gofyn am geisiadau mawr iawn er mwyn ei gyfiawnhau.

Defnyddio casys ar gyfer systemau storio oddi ar y grid.

Fel y soniwyd eisoes, gall systemau storio oddi ar y grid hwyluso'r defnydd a'r ddibyniaeth ar ddulliau ynni adnewyddadwy megis ynni'r haul a gwynt. Serch hynny, mae yna gymwysiadau eraill a all elwa'n fawr o systemau o'r fath

Nod gridiau pŵer dinasoedd yw darparu'r swm cywir o bŵer yn seiliedig ar gyflenwad a galw pob dinas. Gall y pŵer sydd ei angen amrywio trwy gydol y dydd. Defnyddiwyd systemau storio oddi ar y grid i wanhau amrywiadau a darparu mwy o sefydlogrwydd mewn achosion o alw brig. O safbwynt gwahanol, gall systemau storio oddi ar y grid fod yn fuddiol iawn i wneud iawn am unrhyw nam technegol nas rhagwelwyd yn y prif grid pŵer neu yn ystod cyfnodau cynnal a chadw a drefnwyd. Gallant fodloni gofynion pŵer heb orfod chwilio am ffynonellau ynni amgen. Gellir dyfynnu er enghraifft storm iâ Texas yn gynnar ym mis Chwefror 2023 a adawodd tua 262 000 o bobl heb bŵer, tra bod gwaith atgyweirio wedi'i ohirio oherwydd y tywydd anodd.

Mae cerbydau trydan yn gais arall. Mae ymchwilwyr wedi gwneud llawer o ymdrech i wneud y gorau o weithgynhyrchu batri a strategaethau gwefru / rhyddhau er mwyn ehangu hyd oes a dwysedd pŵer batris. Mae batris lithiwm-ion wedi bod ar flaen y gad yn y chwyldro bach hwn ac fe'u defnyddiwyd yn helaeth mewn ceir trydan newydd ond hefyd bysiau trydan. Gall batris gwell yn yr achos hwn arwain at fwy o filltiroedd ond hefyd leihau amseroedd gwefru gyda'r technolegau cywir.

Mae datblygiadau technolegol eraill fel UAVs ac mae robotiaid symudol wedi elwa'n fawr o ddatblygiad batri. Mae strategaethau symud a strategaethau rheoli yn dibynnu'n helaeth ar gapasiti'r batri a'r pŵer a ddarperir.

Beth yw BESS

Mae BESS neu system storio ynni batri yn system storio ynni y gellir ei defnyddio i storio ynni. Gall yr ynni hwn ddod o'r prif grid neu o ffynonellau ynni adnewyddadwy fel ynni gwynt ac ynni solar. Mae'n cynnwys batris lluosog wedi'u trefnu mewn gwahanol gyfluniadau (cyfres / cyfochrog) a'u maint yn seiliedig ar y gofynion. Maent wedi'u cysylltu â gwrthdröydd a ddefnyddir i drosi'r pŵer DC i bŵer AC i'w ddefnyddio. Asystem rheoli batri (BMS)yn cael ei ddefnyddio i fonitro amodau'r batri a'r gweithrediad gwefru/rhyddhau.

O'u cymharu â systemau storio ynni eraill, maent yn arbennig o hyblyg i'w gosod / cysylltu ac nid oes angen seilwaith drud iawn arnynt, ond maent yn dal i ddod ar gost sylweddol ac mae angen cynnal a chadw mwy rheolaidd yn seiliedig ar y defnydd.

sizing BESS ac arferion defnydd

Pwynt hanfodol i'w daclo wrth osod system storio ynni batri yw maint. Faint o fatris sydd eu hangen? Ym mha ffurfweddiad? Mewn rhai achosion, gall y math o batri chwarae rhan hanfodol yn y tymor hir o ran arbedion cost ac effeithlonrwydd

Gwneir hyn fesul achos oherwydd gall ceisiadau amrywio o gartrefi bach i weithfeydd diwydiannol mawr.

Y ffynhonnell ynni adnewyddadwy fwyaf cyffredin ar gyfer cartrefi bach, yn enwedig mewn ardaloedd trefol, yw solar sy'n defnyddio paneli ffotofoltäig. Byddai'r peiriannydd yn gyffredinol yn ystyried defnydd pŵer cyfartalog y cartref ac yn asesu'r arbelydru solar yn ystod y flwyddyn ar gyfer y lleoliad penodol. Dewisir nifer y batris a'u cyfluniad grid i gyd-fynd â gofynion y cartref yn ystod cyflenwad pŵer solar isaf y flwyddyn heb ddraenio'r batris yn llwyr. Mae hyn yn rhagdybio ateb i gael annibyniaeth pŵer llwyr o'r prif grid.

Mae cadw cyflwr cymharol gymedrol o wefr neu beidio â gollwng y batris yn llwyr yn rhywbeth a allai fod yn wrth-reddfol ar y dechrau. Wedi'r cyfan, pam defnyddio system storio os na allwn ei dynnu i'r eithaf? Mewn egwyddor, mae'n bosibl, ond efallai nad y strategaeth sy'n sicrhau'r elw mwyaf posibl ar fuddsoddiad.

Un o brif anfanteision BESS yw cost gymharol uchel batris. Felly, mae dewis arferiad defnydd neu strategaeth codi tâl / rhyddhau sy'n cynyddu hyd oes y batri yn hanfodol. Er enghraifft, ni ellir rhyddhau batris asid plwm o dan 50% o gapasiti heb ddioddef difrod na ellir ei wrthdroi. Mae gan batris lithiwm-ion ddwysedd ynni uwch, bywyd beicio hir. Gallant hefyd gael eu rhyddhau gan ddefnyddio ystodau mwy, ond daw hyn ar gost o bris uwch. Mae yna amrywiad uchel yn y gost rhwng gwahanol gemegau, gall batris asid plwm fod yn gannoedd i filoedd o ddoleri yn rhatach na batri lithiwm-ion o'r un maint. Dyna pam mai batris asid plwm yw'r rhai a ddefnyddir fwyaf mewn cymwysiadau solar yng ngwledydd y 3ydd byd a chymunedau tlawd.

Mae perfformiad y batri yn cael ei effeithio'n fawr gan ddiraddiad yn ystod ei oes, nid oes ganddo berfformiad cyson sy'n dod i ben gyda methiant sydyn. Yn lle hynny, gall y gallu a'r capasiti a ddarperir bylu'n raddol. Yn ymarferol, ystyrir bod oes batri wedi rhedeg allan pan fydd ei gapasiti yn cyrraedd 80% o'i gapasiti gwreiddiol. Mewn geiriau eraill, pan fydd yn profi pylu capasiti o 20%. Yn ymarferol, mae hyn yn golygu y gellir darparu llai o egni. Gall hyn effeithio ar gyfnodau defnydd ar gyfer systemau cwbl annibynnol a faint o filltiroedd y gall cerbydau trydan eu talu.

Pwynt arall i'w ystyried yw diogelwch. Gyda datblygiadau mewn gweithgynhyrchu a thechnoleg, mae batris diweddar yn gyffredinol wedi bod yn fwy sefydlog yn gemegol. Fodd bynnag, oherwydd hanes diraddio a cham-drin, gall celloedd fynd i rediad thermol a all arwain at ganlyniadau trychinebus ac mewn rhai achosion beryglu bywyd defnyddwyr.

Dyma pam mae cwmnïau wedi datblygu gwell meddalwedd monitro batri (BMS) i reoli'r defnydd o batris ond hefyd yn monitro cyflwr iechyd er mwyn darparu gwaith cynnal a chadw amserol ac osgoi canlyniadau gwaethygol.

Casgliad

O'r systemau storio ynni grid mae'n gyfle gwych i sicrhau annibyniaeth pŵer o'r prif grid ond hefyd yn ffynhonnell pŵer wrth gefn yn ystod amseroedd segur a chyfnodau llwyth brig. Byddai datblygiad yn hwyluso'r symudiad tuag at ffynonellau ynni gwyrddach, gan gyfyngu ar effaith cynhyrchu ynni ar newid yn yr hinsawdd tra'n parhau i fodloni'r gofynion ynni gyda thwf cyson yn y defnydd.

Systemau storio ynni batri yw'r rhai a ddefnyddir amlaf a'r hawsaf i'w ffurfweddu ar gyfer gwahanol gymwysiadau bob dydd. Mae eu hyblygrwydd uchel yn cael ei wrthbwyso gan gost gymharol uchel, sy'n arwain at ddatblygu strategaethau monitro i ymestyn yr oes berthnasol gymaint â phosibl. Ar hyn o bryd, mae diwydiant a'r byd academaidd yn gwneud llawer o ymdrech i ymchwilio a deall diraddiad batri o dan amodau gwahanol.