Πώς να αποθηκεύσετε ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο;

Κατά τα τελευταία 50 χρόνια, σημειώθηκε συνεχής αύξηση της παγκόσμιας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας, με εκτιμώμενη χρήση περίπου 25.300 ωρών Terawatt το έτος 2021. Αυτοί οι αριθμοί αυξάνονται κάθε χρόνο, χωρίς να συμπεριλαμβάνονται οι απαιτήσεις ισχύος του βιομηχανικού και άλλου οικονομικού τομέα. Αυτή η βιομηχανική μετατόπιση και η κατανάλωση υψηλής ισχύος συνδυάζονται με πιο απτά αποτελέσματα αλλαγής του κλίματος λόγω υπερβολικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Επί του παρόντος, τα περισσότερα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και εγκαταστάσεις βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στις πηγές ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο και φυσικό αέριο) για να ανταποκριθούν σε τέτοιες απαιτήσεις. Αυτές οι αφορά το κλίμα απαγορεύουν την πρόσθετη παραγωγή ενέργειας χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους. Έτσι, η ανάπτυξη αποτελεσματικών και αξιόπιστων συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας έχει γίνει όλο και πιο σημαντική για να εξασφαλιστεί μια συνεχής και αξιόπιστη παροχή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.

Ο ενεργειακός τομέας ανταποκρίθηκε μετατοπίζοντας προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ή τις "πράσινες" λύσεις. Η μετάβαση έχει βοηθήσει από βελτιωμένες τεχνικές κατασκευής, οδηγώντας για παράδειγμα στην πιο αποτελεσματική παραγωγή λεπίδων ανεμογεννητριών. Επίσης, οι ερευνητές μπόρεσαν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα των φωτοβολταϊκών κυττάρων, οδηγώντας σε καλύτερη παραγωγή ενέργειας ανά περιοχή χρήσης. Το 2021, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ηλιακές φωτοβολταϊκές (PV) πηγές αυξήθηκε σημαντικά, φθάνοντας σε ρεκόρ 179 TWH και αντιπροσωπεύοντας αύξηση 22% σε σύγκριση με το 2020. Πηγή ενέργειας μετά την υδροηλεκτρική ενέργεια και τον άνεμο.

Ωστόσο, αυτές οι ανακαλύψεις δεν επιλύουν μερικά από τα εγγενή μειονεκτήματα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, κυρίως διαθεσιμότητα. Οι περισσότερες από αυτές τις μεθόδους δεν παράγουν ενέργεια κατόπιν ζήτησης ως σταθμούς παραγωγής ενέργειας άνθρακα και πετρελαίου. Οι εξόδους ηλιακής ενέργειας είναι για παράδειγμα διαθέσιμες καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας με παραλλαγές ανάλογα με τις γωνίες ακτινοβολίας και την τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πλαισίων. Δεν μπορεί να παράγει ενέργεια κατά τη διάρκεια της νύχτας, ενώ η παραγωγή της μειώνεται σημαντικά κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου και σε πολύ συννεφιασμένες ημέρες. Η αιολική ενέργεια υποφέρει επίσης από διακυμάνσεις ανάλογα με την ταχύτητα του ανέμου. Ως εκ τούτου, αυτές οι λύσεις πρέπει να συνδυάζονται με συστήματα αποθήκευσης ενέργειας προκειμένου να διατηρηθεί η παροχή ενέργειας κατά τη διάρκεια των χαμηλών περιόδων παραγωγής.

Τι είναι τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας;

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια για να χρησιμοποιηθούν σε μεταγενέστερο στάδιο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, θα υπάρχει μια μορφή μετατροπής ενέργειας μεταξύ της αποθηκευμένης ενέργειας και της παρεχόμενης ενέργειας. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα είναι οι ηλεκτρικές μπαταρίες όπως οι μπαταρίες ιόντων λιθίου ή οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος. Παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω χημικών αντιδράσεων μεταξύ των ηλεκτροδίων και του ηλεκτρολύτη.

Οι μπαταρίες ή το BESS (σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας) αντιπροσωπεύουν τη συνηθέστερη μέθοδο αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιείται στις εφαρμογές καθημερινής ζωής. Υπάρχει άλλο σύστημα αποθήκευσης, όπως υδροηλεκτρικά φυτά που μετατρέπουν την πιθανή ενέργεια του νερού που αποθηκεύεται σε ένα φράγμα σε ηλεκτρική ενέργεια. Το νερό που πέφτει κάτω θα γυρίσει το σφόνδυλο ενός στροβίλου που παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ένα άλλο παράδειγμα είναι το συμπιεσμένο αέριο, μετά την απελευθέρωση του αερίου θα μετατρέψει τον τροχό της ισχύος που παράγει του στροβίλου.

Αυτό που διαχωρίζει τις μπαταρίες από τις άλλες μεθόδους αποθήκευσης είναι οι πιθανές περιοχές λειτουργίας τους. Από τις μικρές συσκευές και την τροφοδοσία αυτοκινήτων σε εφαρμογές οικιακής χρήσης και μεγάλες ηλιακές εκμεταλλεύσεις, οι μπαταρίες μπορούν να ενσωματωθούν απρόσκοπτα σε οποιαδήποτε εφαρμογή αποθήκευσης εκτός δικτύου. Από την άλλη πλευρά, οι μέθοδοι υδροηλεκτρικής και συμπιεσμένης αέρα απαιτούν πολύ μεγάλες και σύνθετες υποδομές για αποθήκευση. Αυτό οδηγεί σε πολύ υψηλό κόστος που απαιτεί πολύ μεγάλες εφαρμογές προκειμένου να δικαιολογηθεί.

Χρησιμοποιήστε περιπτώσεις για συστήματα αποθήκευσης εκτός δικτύου.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα συστήματα αποθήκευσης εκτός δικτύου μπορούν να διευκολύνουν τη χρήση και την εξάρτηση από μεθόδους ανανεώσιμης ενέργειας όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια. Παρ 'όλα αυτά, υπάρχουν και άλλες εφαρμογές που μπορούν να επωφεληθούν σε μεγάλο βαθμό από τέτοια συστήματα

Τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας στο City στοχεύουν να παρέχουν τη σωστή ποσότητα εξουσίας βάσει της προσφοράς και της ζήτησης κάθε πόλης. Η απαιτούμενη ισχύς μπορεί να κυμαίνεται καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας. Τα συστήματα αποθήκευσης εκτός δικτύου έχουν χρησιμοποιηθεί για την εξασθένιση των διακυμάνσεων και την παροχή μεγαλύτερης σταθερότητας σε περιπτώσεις αιχμής ζήτησης. Από διαφορετική άποψη, τα συστήματα αποθήκευσης εκτός δικτύου μπορεί να είναι εξαιρετικά ευεργετικά για να αντισταθμιστούν κάθε απρόβλεπτο τεχνικό σφάλμα στο κύριο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας ή κατά τη διάρκεια προγραμματισμένων περιόδων συντήρησης. Μπορούν να πληρούν τις απαιτήσεις ισχύος χωρίς να χρειάζεται να αναζητήσουν εναλλακτικές πηγές ενέργειας. Κάποιος μπορεί να αναφέρει, για παράδειγμα, την καταιγίδα πάγου του Τέξας στις αρχές Φεβρουαρίου του 2023 που άφησε περίπου 262 000 άτομα χωρίς εξουσία, ενώ οι επισκευές καθυστέρησαν λόγω των δύσκολων καιρικών συνθηκών.

Τα ηλεκτρικά οχήματα είναι μια άλλη εφαρμογή. Οι ερευνητές έριξαν πολλές προσπάθειες για τη βελτιστοποίηση των στρατηγικών κατασκευής μπαταριών και φόρτισης/εκφόρτισης, προκειμένου να επεκταθούν η διάρκεια ζωής και η πυκνότητα ισχύος των μπαταριών. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου βρίσκονται στην πρώτη γραμμή αυτής της μικρής επανάστασης και έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε νέα ηλεκτρικά αυτοκίνητα αλλά και ηλεκτρικά λεωφορεία. Οι καλύτερες μπαταρίες σε αυτή την περίπτωση μπορούν να οδηγήσουν σε μεγαλύτερη απόσταση σε χιλιόμετρα, αλλά και να μειώσουν τους χρόνους φόρτισης με τις σωστές τεχνολογίες.

Άλλες τεχνολογικές προβολές αρέσουν τα UAV και τα κινητά ρομπότ έχουν επωφεληθεί σε μεγάλο βαθμό από την ανάπτυξη της μπαταρίας. Οι στρατηγικές κίνησης και οι στρατηγικές ελέγχου βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην χωρητικότητα και την ισχύ της μπαταρίας.

Τι είναι ένα bess

Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας BESS ή μπαταρίας είναι ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση ενέργειας. Αυτή η ενέργεια μπορεί να προέλθει από το κύριο δίκτυο ή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η αιολική ενέργεια και η ηλιακή ενέργεια. Αποτελείται από πολλαπλές μπαταρίες που είναι διατεταγμένες σε διαφορετικές διαμορφώσεις (σειρές/παράλληλες) και μεγέθους με βάση τις απαιτήσεις. Συνδέονται με έναν μετατροπέα που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της ισχύος DC σε ισχύ AC για χρήση. ΕΝΑΣύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS)χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση των συνθηκών της μπαταρίας και της λειτουργίας φόρτισης/εκφόρτισης.

Σε σύγκριση με άλλα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, είναι ιδιαίτερα ευέλικτα για τη θέση/σύνδεση και δεν απαιτούν εξαιρετικά δαπανηρή υποδομή, αλλά εξακολουθούν να έρχονται με σημαντικό κόστος και απαιτούν πιο τακτική συντήρηση με βάση τη χρήση.

Οι συνήθειες μεγέθους Bess και χρήσης

Ένα κρίσιμο σημείο αντιμετώπισης κατά την εγκατάσταση ενός συστήματος αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας είναι το μέγεθος. Πόσες μπαταρίες χρειάζονται; Σε ποια διαμόρφωση; Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο τύπος της μπαταρίας μπορεί να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο μακροπρόθεσμα όσον αφορά την εξοικονόμηση κόστους και την αποδοτικότητα

Αυτό γίνεται κατά περίπτωση, καθώς οι εφαρμογές μπορούν να κυμαίνονται από μικρά νοικοκυριά έως μεγάλα βιομηχανικά εργοστάσια.

Η πιο συνηθισμένη πηγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για μικρά νοικοκυριά, ειδικά σε αστικές περιοχές, είναι η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιώντας φωτοβολταϊκά πάνελ. Ο μηχανικός θα εξετάσει γενικά τη μέση κατανάλωση ενέργειας του νοικοκυριού και θα αποκαταστήσει την ηλιακή ακτινοβολία καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους για τη συγκεκριμένη τοποθεσία. Ο αριθμός των μπαταριών και η διαμόρφωση του δικτύου τους επιλέγονται για να ταιριάζουν με τις απαιτήσεις των νοικοκυριών κατά τη διάρκεια της χαμηλότερης ηλιακής τροφοδοσίας του έτους, ενώ δεν αποστραγγίζουμε πλήρως τις μπαταρίες. Αυτό υποθέτει μια λύση για την πλήρη ανεξαρτησία ισχύος από το κύριο δίκτυο.

Η διατήρηση μιας σχετικά μέτριας κατάστασης φορτίου ή όχι πλήρως εκφόρτωσης των μπαταριών είναι κάτι που μπορεί να είναι αντίθετο στην αρχή. Μετά από όλα, γιατί να χρησιμοποιήσουμε ένα σύστημα αποθήκευσης εάν δεν μπορούμε να το εξαγάγουμε πλήρως δυνατότητες; Θεωρητικά είναι δυνατόν, αλλά ίσως να μην είναι η στρατηγική που μεγιστοποιεί την απόδοση της επένδυσης.

Ένα από τα κύρια μειονεκτήματα της BESS είναι το σχετικά υψηλό κόστος των μπαταριών. Επομένως, η επιλογή συνήθειας χρήσης ή στρατηγική φόρτισης/εκφόρτισης που μεγιστοποιεί τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι απαραίτητη. Για παράδειγμα, οι μπαταρίες οξέος μολύβδου δεν μπορούν να εκκενωθούν κάτω από την χωρητικότητα 50% χωρίς να υποφέρουν από μη αναστρέψιμες βλάβες. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, διάρκεια ζωής μεγάλου κύκλου. Μπορούν επίσης να εκφορτωθούν χρησιμοποιώντας μεγαλύτερες σειρές, αλλά αυτό έρχεται με κόστος αυξημένης τιμής. Υπάρχει μεγάλη διακύμανση του κόστους μεταξύ διαφορετικών χημικών, οι μπαταρίες οξέος μπορεί να είναι εκατοντάδες έως χιλιάδες δολάρια φθηνότερα από μια μπαταρία ιόντων λιθίου του ίδιου μεγέθους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μπαταρίες οξέων είναι οι πιο χρησιμοποιούμενες στις ηλιακές εφαρμογές στις χώρες του 3ου κόσμου και στις φτωχές κοινότητες.

Η απόδοση της μπαταρίας επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την υποβάθμιση κατά τη διάρκεια της ζωής της, δεν έχει σταθερή απόδοση που τελειώνει με ξαφνική αποτυχία. Αντ 'αυτού, η ικανότητα και η παροχή μπορούν να εξασθενίσουν προοδευτικά. Στην πράξη, θεωρείται ότι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας έχει εξαντληθεί όταν η χωρητικότητά της φθάνει το 80% της αρχικής της ικανότητας. Με άλλα λόγια, όταν βιώνει μια χωρητικότητα 20%. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι μπορεί να παρέχεται χαμηλότερη ποσότητα ενέργειας. Αυτό μπορεί να επηρεάσει τις περιόδους χρήσης για πλήρως ανεξάρτητα συστήματα και το ποσό των χιλιομέτρων που μπορεί να καλύψει ένα EV.

Ένα άλλο σημείο που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι η ασφάλεια. Με την πρόοδο της κατασκευής και της τεχνολογίας, οι πρόσφατες μπαταρίες γενικά ήταν πιο σταθερές χημικά. Ωστόσο, λόγω της υποβάθμισης και της ιστορίας της κατάχρησης, τα κύτταρα μπορούν να μεταβούν σε θερμική διαφυγή που μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικά αποτελέσματα και σε ορισμένες περιπτώσεις θέτει σε κίνδυνο τη ζωή των καταναλωτών.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι εταιρείες έχουν αναπτύξει καλύτερο λογισμικό παρακολούθησης της μπαταρίας (BMS) για τον έλεγχο της χρήσης της μπαταρίας, αλλά και την παρακολούθηση της κατάστασης της υγείας προκειμένου να παρέχουν έγκαιρη συντήρηση και να αποφευχθούν επιθετικές συνέπειες.

Σύναψη

Από τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας του δικτύου παρέχουν μια μεγάλη ευκαιρία για την επίτευξη της ανεξαρτησίας ισχύος από το κύριο δίκτυο, αλλά παρέχει επίσης μια πηγή εφεδρικής ισχύος κατά τη διάρκεια των περιόδων πτώσης και του αιχμής φορτίου. Η ανάπτυξη θα διευκολύνει τη μετατόπιση προς τις πιο πράσινες πηγές ενέργειας, περιορίζοντας έτσι τον αντίκτυπο της παραγωγής ενέργειας στην αλλαγή του κλίματος, ενώ παράλληλα ικανοποιεί τις ενεργειακές απαιτήσεις με συνεχή αύξηση της κατανάλωσης.

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα και τα ευκολότερα για να διαμορφώσετε διαφορετικές καθημερινές εφαρμογές. Η υψηλή ευελιξία τους αντιμετωπίζεται με σχετικά υψηλό κόστος, οδηγώντας στην ανάπτυξη στρατηγικών παρακολούθησης για την παρατάτιση της αντίστοιχης διάρκειας ζωής όσο το δυνατόν περισσότερο. Επί του παρόντος, η βιομηχανία και ο ακαδημαϊκός χώρος εκτοξεύουν πολλές προσπάθειες για να διερευνήσουν και να κατανοήσουν την υποβάθμιση της μπαταρίας υπό διαφορετικές συνθήκες.