I løbet af de sidste 50 år har der været en kontinuerlig stigning i det globale elforbrug med en estimeret brug af omkring 25.300 Terawatt-timer i år 2021. Med overgangen til industri 4.0 er der en stigning i energibehov over hele verden. Disse numre stiger hvert år, ikke inklusive magtkravene i industrielle og andre økonomiske sektorer. Dette industrielle skift og højeffektforbrug er koblet med mere håndgribelige klimaændringer på grund af overdreven emissioner af drivhusgasser. I øjeblikket er de fleste kraftproduktionsanlæg og faciliteter stærkt afhængige af fossile brændstofkilder (olie og gas) for at imødekomme sådanne krav. Disse klimaoptagelser forbyder yderligere energiproduktion ved hjælp af konventionelle metoder. Således er udviklingen af ​​effektive og pålidelige energilagringssystemer blevet stadig vigtigere for at sikre en kontinuerlig og pålidelig energiforsyning af energi fra vedvarende kilder.

Energisektoren har reageret ved at skifte mod vedvarende energi eller "grønne" løsninger. Overgangen er blevet hjulpet af forbedrede fremstillingsteknikker, hvilket for eksempel fører til mere effektiv fremstilling af vindmølleblade. Forskere har også været i stand til at forbedre effektiviteten af ​​fotovoltaiske celler, hvilket har ført til bedre energiproduktion pr. Brugsområde. I 2021 steg elproduktionen fra Solar Photovoltaic (PV) kilder markant og nåede en rekord 179 TWH og repræsenterer en vækst på 22% sammenlignet med 2020. Solar PV -teknologi tegner sig nu for 3,6% af den globale elproduktion og er i øjeblikket den tredje største vedvarende Energikilde efter vandkraft og vind.

Imidlertid løser disse gennembrud ikke nogle af de iboende ulemper ved vedvarende energisystemer, hovedsageligt tilgængelighed. De fleste af disse metoder producerer ingen energi efter behov som kul- og oliekraftværker. Solenergiudgange er for eksempel tilgængelige hele dagen med variationer afhængigt af solbestrålingsvinkler og PV -panelpositionering. Det kan ikke producere nogen energi i løbet af natten, mens dens output reduceres markant i vintersæsonen og på meget overskyede dage. Vindkraft lider også af udsving afhængigt af vindhastigheden. Derfor skal disse løsninger kobles med energilagringssystemer for at opretholde energiforsyning i perioder med lav output.

Hvad er energilagringssystemer?

Energilagringssystemer kan opbevare energi for at blive brugt på et senere tidspunkt. I nogle tilfælde vil der være en form for energikonvertering mellem lagret energi og leveret energi. Det mest almindelige eksempel er elektriske batterier, såsom lithium-ion-batterier eller bly-syre-batterier. De leverer elektrisk energi ved hjælp af kemiske reaktioner mellem elektroderne og elektrolytten.

Batterier eller Bess (Battery Energy Storage System) repræsenterer den mest almindelige energilagringsmetode, der bruges i dagligdagsapplikationer. Et andet opbevaringssystem eksisterer såsom vandkraftplanter, der omdanner den potentielle energi af vand, der er opbevaret i en dæmning til elektrisk energi. Vandet, der falder ned, vil dreje svinghjulet på en turbin, der producerer elektrisk energi. Et andet eksempel er komprimeret gas, ved frigivelse vil gassen dreje hjulet på den turbineproducerende kraft.

Det, der adskiller batterier fra de andre lagringsmetoder, er deres potentielle driftsområder. Fra små enheder og bilforsyning til husholdningsapplikationer og store solfarme kan batterier integreres problemfrit til enhver off-grid-lagringsapplikation. På den anden side kræver vandkraft og komprimerede luftmetoder meget store og komplekse infrastrukturer til opbevaring. Dette fører til meget høje omkostninger, der kræver meget store applikationer for at det er berettiget.

Brug sager til off-grid-lagringssystemer.

Som tidligere nævnt kan lagringssystemer uden for grid lette brugen og afhængigheden af ​​metoder til vedvarende energi såsom sol- og vindkraft. Ikke desto mindre er der andre applikationer, der i høj grad kan drage fordel af sådanne systemer

City Power Grids sigter mod at give den rigtige mængde strøm baseret på udbud og efterspørgsel fra hver by. Den krævede magt kan svinge hele dagen. Off-grid-opbevaringssystemer er blevet brugt til at dæmpe udsving og give mere stabilitet i tilfælde af spids efterspørgsel. Fra et andet perspektiv kan off-the-gitterlagringssystemer være meget gavnlige for at kompensere for enhver uforudset teknisk fejl i det vigtigste strømnet eller i planlagte vedligeholdelsesperioder. De kan imødekomme strømkrav uden at skulle søge efter alternative energikilder. Man kan f.eks. Citere Texas Ice Storm i begyndelsen af ​​februar 2023, der efterlod cirka 262 000 mennesker uden strøm, mens reparationer blev forsinket på grund af de vanskelige vejrforhold.

Elektriske køretøjer er en anden applikation. Forskere har hældt en stor indsats for at optimere batteriproduktions- og opladnings-/afladningsstrategier for at få udstrækning batteriets levetid og effekttæthed. Lithium-ion-batterier har været på forkant med denne lille revolution og er blevet brugt i vid udstrækning i nye elbiler, men også elektriske busser. Bedre batterier i dette tilfælde kan føre til en større kilometertal, men også reduceret opladningstider med de rigtige teknologier.

Andre teknologiske fremskridt kan lide UAV'er og mobile robotter har draget fordel af batteriudvikling. Der er bevægelsesstrategier og kontrolstrategier meget afhængige af den leverede batterikapacitet og strøm.

Hvad er en Bess

Bess eller Battery Energy Storage System er et energilagringssystem, der kan bruges til at opbevare energi. Denne energi kan komme fra hovednettet eller fra vedvarende energikilder såsom vindenergi og solenergi. Det er sammensat af flere batterier arrangeret i forskellige konfigurationer (serie/parallel) og størrelse baseret på kravene. De er forbundet til en inverter, der bruges til at konvertere DC -strømmen til AC -strøm til brug. Et batteristyringssystem (BMS) bruges til at overvåge batteriets forhold og opladnings-/udledningsoperationen.

Sammenlignet med andre energilagringssystemer er de især fleksible at placere/forbinde og kræver ikke en meget dyre infrastruktur, men de kommer stadig til en betydelig pris og kræver mere regelmæssig vedligeholdelse baseret på brugen.

Bess størrelse og brugsvaner

Et afgørende punkt at tackle, når du installerer et batterilagringssystem, er størrelse. Hvor mange batterier er der behov for? I hvilken konfiguration? I nogle tilfælde kan batteriets type spille en afgørende rolle på lang sigt med hensyn til omkostningsbesparelser og effektivitet

Dette gøres fra sag til sag, da applikationer kan variere fra små husstande til store industrianlæg.

Den mest almindelige vedvarende energikilde til små husstande, især i byområder, er solenergi ved hjælp af fotovoltaiske paneler. Ingeniøren vil generelt overveje det gennemsnitlige strømforbrug i husstanden og vurderer solbestrålingen gennem året for det specifikke sted. Antallet af batterier og deres gitterkonfiguration vælges til at matche husholdningskravene under årets laveste solenergi. Dette antager en løsning for at have fuldstændig strømafhængighed fra hovednettet.

At holde en relativt moderat ladningstilstand eller ikke helt udskrive batterierne er noget, der måske er modsat intuitivt. Når alt kommer til alt, hvorfor bruge et lagersystem, hvis vi ikke kan udtrække det fuldt potentiale? I teorien er det muligt, men det er måske ikke den strategi, der maksimerer investeringsafkastet.

En af de største ulemper ved Bess er de relativt høje omkostninger ved batterier. Derfor er det vigtigt at vælge en brugsvaner eller en opladnings-/afladningsstrategi, der maksimerer batteriets levetid. For eksempel kan blysyrebatterier ikke udledes under 50% kapacitet uden at lide af irreversibel skade. Lithium-ion-batterier har højere energitæthed, lang cyklus levetid. De kan også udledes ved hjælp af større intervaller, men dette koster en pris af øget pris. Der er en høj varians i omkostningerne mellem forskellige kemister, blygsyrebatterier kan være hundreder til tusinder af dollars billigere end et lithium-ion-batteri af samme størrelse. Dette er grunden til, at blykasisbatterier er de mest anvendte i solanvendelser i 3. verdenslande og fattige samfund.

Batteriets ydelse er stærkt påvirket af nedbrydning i løbet af sin levetid, den har ikke en stabil ydelse, der ender med pludselig fiasko. I stedet kan kapaciteten og den tildelte falmning gradvist. I praksis anses en batterilevetid for at have løbet ud, når dens kapacitet når 80% af sin oprindelige kapacitet. Med andre ord, når det oplever en kapacitet på 20% falder. I praksis betyder det, at der kan leveres en lavere mængde energi. Dette kan påvirke brugsperioder for fuldt uafhængige systemer og mængden af ​​kilometertal, som en EV kan dække.

Et andet punkt at overveje er sikkerhed. Med fremskridt inden for fremstilling og teknologi har nylige batterier generelt været mere stabile kemisk. På grund af nedbrydning og misbrugshistorie kan celler imidlertid gå ind i termisk løb, hvilket kan føre til katastrofale resultater og i nogle tilfælde sætte forbrugernes liv i fare.

Dette er grunden til, at virksomheder har udviklet bedre batteriovervågningssoftware (BMS) til at kontrollere batteriforbruget, men også overvåge sundhedstilstanden for at give rettidig vedligeholdelse og undgå forværrede konsekvenser.

Konklusion

Af lageret energisystemer giver en stor mulighed for at opnå strømafhængighed fra det vigtigste net, men giver også en sikkerhedskilde for magten og spidsbelastningsperioder. Der vil udviklingen lette skiftet mod grønnere energikilder og dermed begrænse virkningen af ​​energiproduktion på klimaændringer, mens de stadig opfylder energibehovet med konstant vækst i forbruget.

Batterilagringssystemer er de mest almindeligt anvendte og de nemmeste at konfigurere til forskellige hverdagslige applikationer. Deres høje fleksibilitet modvirkes af en relativt høje omkostning, hvilket fører til udvikling af overvågningsstrategier for at forlænge den respektive levetid så meget som muligt. I øjeblikket hælder industri og akademia en stor indsats for at undersøge og forstå nedbrydning af batterier under forskellige forhold.