In den letzten 50 Jahren hat der globale Stromverbrauch kontinuierlich gestiegen. Im Jahr 2021 wurden rund 25.300 Terawattstunden verwendet. Mit dem Übergang in Richtung Industrie 4.0 gibt es weltweit einen Anstieg der Energiebedarfsanforderungen. Diese Zahlen nehmen jedes Jahr zu und enthalten nicht die Stromanforderungen der industriellen und anderen Wirtschaftssektoren. Dieser industrielle Verschiebung und der Hochleistungsverbrauch sind aufgrund der übermäßigen Emissionen von Treibhausgasen mit konkreten Klimawandeleffekten verbunden. Derzeit verlassen sich die meisten Anlagen und Einrichtungen für die Stromerzeugung stark auf fossile Brennstoffquellen (Öl und Gas), um solche Anforderungen zu erfüllen. Diese Klima betreffen die zusätzliche Energieerzeugung mit herkömmlichen Methoden. Daher ist die Entwicklung effizienter und zuverlässiger Energiespeichersysteme immer wichtiger geworden, um eine kontinuierliche und zuverlässige Energieversorgung von erneuerbaren Quellen zu gewährleisten.

Der Energiesektor hat reagiert, indem er sich auf erneuerbare Energien oder „grüne“ Lösungen verlagert. Der Übergang wurde durch verbesserte Fertigungstechniken unterstützt, was zum Beispiel zu einer effizienteren Herstellung von Windkraftanlagen führt. Außerdem konnten Forscher die Effizienz von Photovoltaikzellen verbessern, was zu einer besseren Energieerzeugung pro Nutzungsbereich führte. Im Jahr 2021 stieg die Stromerzeugung aus Solarphotovoltaik (PV) -Squellen signifikant an, erreichte einen Rekord von 179 TWH und entspricht einem Wachstum von 22% gegenüber 2020. Die Solar -PV Energiequelle nach Wasserkraft und Wind.

Diese Durchbrüche lösen jedoch nicht einige der inhärenten Nachteile erneuerbarer Energiesysteme, hauptsächlich Verfügbarkeit. Die meisten dieser Methoden erzeugen keine Energie bei Bedarf als Kohle- und Ölkraftwerke. Solarenergieausgänge sind beispielsweise den ganzen Tag über erhältlich, wobei Abhängigkeiten von Sonnenbestrahlungswinkeln und PV -Panelpositionierung abhängt. Während der Nacht kann es keine Energie produzieren, während seine Leistung während der Wintersaison und an sehr bewölkten Tagen erheblich reduziert wird. Die Windkraft leidet auch unter Schwankungen je nach Windgeschwindigkeit. Daher müssen diese Lösungen mit Energiespeichersystemen gekoppelt werden, um die Energieversorgung in niedrigen Produktionszeiten aufrechtzuerhalten.

Was sind Energiespeichersysteme?

Energiespeichersysteme können Energie speichern, um zu einem späteren Zeitpunkt eingesetzt zu werden. In einigen Fällen wird es eine Form der Energieumwandlung zwischen gespeicherter Energie und zur Energieversorgung geben. Das häufigste Beispiel sind elektrische Batterien wie Lithium-Ionen-Batterien oder Blei-Säure-Batterien. Sie liefern elektrische Energie durch chemische Reaktionen zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten.

Batterien oder Bess (Batterie -Energiespeichersystem) stellen die häufigste Energiespeichermethode dar, die bei den täglichen Lebensanwendungen verwendet wird. Andere Lagersysteme sind wie Wasserkraftwerke vorhanden, die die potentielle Energie des Wassers in einem Damm in elektrische Energie umwandeln. Das fallende Wasser dreht das Schwungrad einer Turbine, die elektrische Energie erzeugt. Ein weiteres Beispiel ist das Druckgas, bei dem das Gas das Rad der Turbinenerzeugungskraft dreht.

Was Batterien von den anderen Speichermethoden trennt, sind ihre potenziellen Betriebsbereiche. Von kleinen Geräten und Automobilnetzteil bis hin zu Haushaltsanwendungen und großen Solarparks können Batterien nahtlos in jede Auftragsanwendung außerhalb des Netzes integriert werden. Andererseits erfordern Wasserkraft- und Druckluftmethoden sehr große und komplexe Infrastrukturen für die Lagerung. Dies führt zu sehr hohen Kosten, bei denen sehr große Anwendungen erforderlich sind, damit es gerechtfertigt ist.

Anwendungsfälle für Speichersysteme außerhalb des Netzes.

Wie bereits erwähnt, können Speichersysteme von Off-Grid-Systemen die Nutzung und Abhängigkeit von Methoden für erneuerbare Energien wie Solar- und Windkraft erleichtern. Trotzdem gibt es andere Anwendungen, die von solchen Systemen stark profitieren können

City Power Grids zielen darauf ab, die richtige Menge an Strom auf der Grundlage des Angebots und der Nachfrage jeder Stadt bereitzustellen. Die erforderliche Leistung kann den ganzen Tag über schwanken. Speichersysteme von Off-Grid wurden verwendet, um Schwankungen abzuschwächen und mehr Stabilität bei Spitzenbedarf zu erzielen. Aus einer anderen Perspektive können die Gitterspeichersysteme von großem Nutzen sein, um einen unvorhergesehenen technischen Fehler im Hauptstromnetz oder während der geplanten Wartungszeiträume auszugleichen. Sie können die Stromanforderungen erfüllen, ohne nach alternativen Energiequellen suchen zu müssen. Man kann zum Beispiel den Texas Ice Storm Anfang Februar 2023 zitieren, der ungefähr 262 000 Menschen ohne Strom zurückließ, während Reparaturen aufgrund der schwierigen Wetterbedingungen verzögert wurden.

Elektrofahrzeuge sind eine weitere Anwendung. Forscher haben viele Anstrengungen zur Optimierung der Batterieherstellung und Lade-/Entladungsstrategien eingegossen, um die Lebensdauer und die Leistungsdichte von Batterien zu bestimmen. Lithium-Ionen-Batterien standen an der Spitze dieser kleinen Revolution und wurden ausgiebig in neuen Elektroautos, aber auch in elektrischen Bussen eingesetzt. Bessere Batterien können in diesem Fall zu einer größeren Kilometerleistung führen, aber auch die Ladezeiten mit den richtigen Technologien reduziert.

Andere technologische Fortschritte wie UAVs und mobile Roboter haben stark von der Entwicklung der Batterie profitiert. Dort sind Bewegungsstrategien und Kontrollstrategien stark von der Batteriekapazität und der bereitgestellten Stromversorgung zurückzuführen.

Was ist ein Bess

Das Bess- oder Batterie -Energiespeichersystem ist ein Energiespeichersystem, mit dem Energie gespeichert werden kann. Diese Energie kann aus dem Hauptnetz oder aus erneuerbaren Energiequellen wie Windenergie und Sonnenenergie stammen. Es besteht aus mehreren Batterien, die in verschiedenen Konfigurationen (Serien/Parallel) angeordnet sind und basierend auf den Anforderungen angrenzend sind. Sie sind mit einem Wechselrichter verbunden, der verwendet wird, um die DC -Leistung in die Nutzung in Wechselstrom umzuwandeln. Mit einem Battery Management System (BMS) wird die Batteriebedingungen und den Lade-/Entladungsbetrieb überwacht.

Im Vergleich zu anderen Energiespeichersystemen sind sie besonders flexibel, um sie zu platzieren/zu verbinden, und benötigen keine sehr teure Infrastruktur, aber sie haben immer noch erhebliche Kosten und erfordern eine regelmäßigere Wartung aufgrund der Verwendung.

Bess -Größen- und Nutzungsgewohnheiten

Ein entscheidender Punkt, der bei der Installation eines Batterie -Energiespeichersystems angeht, ist die Größe. Wie viele Batterien werden benötigt? In welcher Konfiguration? In einigen Fällen kann die Art der Batterie in Bezug auf Kosteneinsparungen und Effizienz eine entscheidende Rolle spielen

Dies geschieht von Fall zu Fall, da die Anwendungen von kleinen Haushalten bis zu großen Industrieanlagen reichen können.

Die häufigste erneuerbare Energiequelle für kleine Haushalte, insbesondere in städtischen Gebieten, ist der Sonnenuntergang mit Photovoltaik -Panels. Der Ingenieur würde im Allgemeinen den durchschnittlichen Stromverbrauch des Haushalts in Betracht ziehen und die Sonneneinstrahlung über das Jahr für den spezifischen Standort übereinstimmen. Die Anzahl der Batterien und ihre Gitterkonfiguration werden ausgewählt, um den Haushaltsanforderungen während des niedrigsten Solarstromangebots des Jahres entspricht, während die Batterien nicht vollständig abfließen. Dies setzt eine Lösung für eine vollständige Leistungsunabhängigkeit vom Hauptnetz an.

Einen relativ moderaten Ladungszustand oder nicht vollständig die Batterien vollständig abgeben, kann zunächst intuitiv kontrollieren. Warum sollten Sie ein Speichersystem verwenden, wenn wir es nicht volles Potenzial ausziehen können? Theoretisch ist es möglich, aber es ist möglicherweise nicht die Strategie, die den Return on Investment maximiert.

Eine der Hauptnachteile von Bess sind die relativ hohen Kosten für Batterien. Daher ist die Auswahl einer Nutzungsgewohnheit oder einer Lade-/Entladungsstrategie, die die Batterielebensdauer maximiert, unerlässlich. Beispielsweise können Blei -Säure -Batterien nicht unter 50% Kapazität entladen werden, ohne an irreversiblen Schäden zu leiden. Lithium-Ionen-Batterien haben eine höhere Energiedichte, eine lange Lebensdauer des Zyklus. Sie können auch mit größeren Bereichen entlassen werden, dies ist jedoch zu einem Anstiegspreiskosten. Es gibt eine hohe Kosten zwischen verschiedenen Chemikalien, Blei-Säure-Batterien können Hunderte bis Tausende von Dollar billiger betragen als eine Lithium-Ionen-Batterie gleicher Größe. Aus diesem Grund werden Blei -Säure -Batterien in Solaranwendungen in Ländern der 3. Welt und armen Gemeinden am häufigsten verwendet.

Die Batterieleistung wird stark durch den Abbau während ihrer Lebensdauer beeinflusst. Sie hat keine stetige Leistung, die mit einem plötzlichen Ausfall endet. Stattdessen kann die Kapazität und die bereitgestellte Bereitstellung progressiv verblassen. In der Praxis wird angenommen, dass eine Batterielebensdauer ausgelaufen ist, wenn seine Kapazität 80% seiner ursprünglichen Kapazität erreicht. Mit anderen Worten, wenn es eine Kapazität von 20% erfährt. In der Praxis bedeutet dies, dass eine geringere Menge an Energie bereitgestellt werden kann. Dies kann die Nutzungszeiträume für vollständig unabhängige Systeme und die Menge an Kilometerleistung, die ein EV abdecken kann, beeinflussen.

Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist die Sicherheit. Mit Fortschritten in der Herstellung und Technologie waren die jüngsten Batterien im Allgemeinen chemisch stabiler. Aufgrund der Verschlechterung und der Missbrauchsgeschichte können die Zellen jedoch in thermische Ausreißer eingehen, was zu katastrophalen Ergebnissen führen kann und in einigen Fällen die Lebensdauer der Verbraucher in Gefahr bringt.

Aus diesem Grund haben Unternehmen eine bessere Batterieüberwachungssoftware (BMS) entwickelt, um die Batterieverwendung zu steuern, aber auch den Gesundheitszustand zu überwachen, um eine rechtzeitige Wartung zu gewährleisten und verschärfte Folgen zu vermeiden.

Abschluss

Die Speichersysteme für Netzsenergie bieten eine großartige Gelegenheit, die Unabhängigkeit der Stromversorgung vom Hauptnetz zu erreichen, aber auch eine Sicherungsquelle der Stromversorgung in den Downtimes und Spitzenlastperioden zu bieten. Dort würde die Entwicklung die Verlagerung in Richtung umweltfreundlicherer Energiequellen erleichtern und so die Auswirkungen der Energieerzeugung auf den Klimawandel einschränken und gleichzeitig die Energiebedarfs mit ständigem Verbrauchswachstum erfüllen.

Batterieenergiespeichersysteme sind am häufigsten verwendeten und am einfachsten zu konfigurieren für verschiedene alltägliche Anwendungen. Ihre hohe Flexibilität wird durch relativ hohe Kosten entgegengewirkt, was zur Entwicklung von Überwachungsstrategien führt, um die jeweilige Lebensdauer so weit wie möglich zu verlängern. Derzeit gießen Industrie und Akademie große Anstrengungen, um die Batterieverschlechterung unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen und zu verstehen.