Dum la pasintaj 50 jaroj, estis kontinua pliiĝo en tutmonda elektrokonsumo, kun laŭtaksa uzado de ĉirkaŭ 25,300 terawatt-horoj en la jaro 2021. Kun la transiro al industrio 4.0, ekzistas pliiĝo en energipostuloj tra la mondo. Ĉi tiuj nombroj pliiĝas ĉiujare, ne inkluzive de la potencopostuloj de industriaj kaj aliaj ekonomiaj sektoroj. Ĉi tiu industria ŝanĝo kaj alta elektrokonsumo estas kunligitaj kun pli palpeblaj klimataj ŝanĝoj pro troaj emisioj de forcej-efikaj gasoj. Nuntempe, la plej multaj elektroproduktadcentraloj kaj instalaĵoj dependas peze de fosiliaj fuelfontoj (petrolo kaj gaso) por renkonti tiajn postulojn. Tiuj klimataj zorgoj malpermesas kroman energigeneradon uzante konvenciajn metodojn. Tiel, la evoluo de efikaj kaj fidindaj energistokaj sistemoj fariĝis ĉiam pli grava por certigi kontinuan kaj fidindan provizon de energio el renovigeblaj fontoj.

La energisektoro respondis ŝanĝante al renoviĝanta energio aŭ "verdaj" solvoj. La transiro estis helpita per plibonigitaj produktadteknikoj, kondukante ekzemple al pli efika fabrikado de ventoturbinklingoj. Ankaŭ, esploristoj povis plibonigi la efikecon de fotovoltaecaj ĉeloj, kondukante al pli bona energigenerado per uzareo. En 2021, elektroproduktado de sunaj fotovoltaecaj (PV) fontoj signife pliiĝis, atingante rekordon 179 TWh kaj reprezentante kreskon de 22% kompare kun 2020. Suna PV-teknologio nun respondecas pri 3.6% de tutmonda elektroproduktado kaj nuntempe estas la tria plej granda renovigebla. energifonto post akvoenergio kaj vento.

Tamen, ĉi tiuj sukcesoj ne solvas kelkajn el la enecaj malavantaĝoj de renoviĝantaj energisistemoj, ĉefe havebleco. La plej multaj el tiuj metodoj ne produktas energion laŭ postulo kiel karbo- kaj naftoelektraj centraloj. Sunenergiaj produktaĵoj estas ekzemple haveblaj dum la tago kun varioj depende de sunaj surradiaj anguloj kaj PV-panela poziciigado. Ĝi ne povas produkti ajnan energion dum la nokto dum ĝia produktado estas signife reduktita dum vintra sezono kaj en tre nubaj tagoj. Ventoenergio suferas ankaŭ de fluktuoj depende de la ventorapideco. Tial, ĉi tiuj solvoj devas esti kunligitaj kun energistokaj sistemoj por daŭrigi energiprovizon dum malaltaj produktaĵperiodoj.

Kio estas energi-stokaj sistemoj?

Energiostokaj sistemoj povas stoki energion por esti uzitaj en pli posta stadio. En kelkaj kazoj, ekzistos formo de energikonverto inter stokita energio kaj provizita energio. La plej ofta ekzemplo estas elektraj baterioj kiel ekzemple litio-jonaj baterioj aŭ plumbo-acidaj baterioj. Ili disponigas elektran energion per kemiaj reakcioj inter la elektrodoj kaj la elektrolito.

Baterioj, aŭ BESS (bateria energistoka sistemo), reprezentas la plej oftan energistokan metodon uzatan en ĉiutagaj vivo-aplikoj. Alia stoksistemo ekzistas kiel ekzemple akvoenergiocentraloj kiuj transformas la potencialan energion de akvo stokita en digo en elektran energion. La akvo falanta malsupren turnos la inerciradon de turbino kiu produktas elektran energion. Alia ekzemplo estas kunpremita gaso, post liberigo la gaso turnos la radon de la turbino produktanta potencon.

Kio apartigas bateriojn de la aliaj stokadmetodoj estas iliaj eblaj areoj de operacio. De malgrandaj aparatoj kaj aŭtomobila nutrado ĝis hejmaj aplikoj kaj grandaj sunaj bienoj, kuirilaroj povas esti integritaj perfekte al iu ajn ekster-reta stokado. Aliflanke, akvoenergio kaj kunpremita aermetodoj postulas tre grandajn kaj kompleksajn infrastrukturojn por stokado. Ĉi tio kondukas al tre altaj kostoj, kiuj postulas tre grandajn aplikojn por ke ĝi estu pravigita.

Uzkazoj por ekster-retaj stokadsistemoj.

Kiel menciite antaŭe, ekster-retaj stokadsistemoj povas faciligi la uzadon kaj dependecon de renoviĝantaj energimetodoj kiel ekzemple suna kaj ventoenergio. Tamen, ekzistas aliaj aplikoj kiuj povas multe profiti el tiaj sistemoj

Urbaj elektroretoj planas disponigi la ĝustan kvanton de potenco bazita sur la provizo kaj postulo de ĉiu grandurbo. La bezonata potenco povas varii dum la tago. Eksterretaj stokadsistemoj estis uzitaj por mildigi fluktuojn kaj disponigi pli da stabileco en kazoj de pintpostulo. De malsama perspektivo, ekster-retaj stokadsistemoj povas esti tre utilaj por kompensi por ajna neantaŭvidita teknika faŭlto en la ĉefa elektroreto aŭ dum planitaj funkciservaj periodoj. Ili povas plenumi potencajn postulojn sen devi serĉi alternativajn energifontojn. Oni povas citi ekzemple la Teksasan glaciŝtormon komence de februaro 2023 kiu lasis proksimume 262 000 homojn sen potenco, dum riparoj estis prokrastitaj pro la malfacilaj veterkondiĉoj.

Elektraj veturiloj estas alia apliko. Esploristoj multe klopodis por optimumigi la fabrikadon de kuirilaroj kaj strategiojn pri ŝargado/malŝarĝado por pligrandigi la vivdaŭron kaj potencan densecon de kuirilaroj. Litio-jonaj baterioj estis sur la avangardo de ĉi tiu malgranda revolucio kaj estis vaste uzitaj en novaj elektraj aŭtoj sed ankaŭ elektraj busoj. Pli bonaj kuirilaroj en ĉi tiu kazo povas konduki al pli granda kilometraĵo sed ankaŭ reduktitaj ŝarĝtempoj kun la ĝustaj teknologioj.

Aliaj teknologiaj progresoj kiel UAVoj kaj moveblaj robotoj multe profitis el baterio-disvolviĝo. Tie moviĝaj strategioj kaj kontrolstrategioj multe dependas de la bateria kapablo kaj potenco provizita.

Kio estas BESO

BESS aŭ bateria energio stokado sistemo estas energio stokado sistemo kiu povas esti uzata por stoki energion. Ĉi tiu energio povas veni de la ĉefa reto aŭ de renoviĝantaj energifontoj kiel ventoenergio kaj sunenergio. Ĝi estas kunmetita de multoblaj kuirilaroj aranĝitaj en malsamaj agordoj (serio/paralela) kaj grandeco laŭ la postuloj. Ili estas konektitaj al invetilo, kiu estas uzata por konverti la DC-potencon al AC-potenco por uzado. Bateria mastruma sistemo (BMS) estas uzata por monitori la bateriokondiĉojn kaj la ŝargan/malŝarĝan operacion.

Kompare kun aliaj energistokaj sistemoj, ili estas aparte flekseblaj por loki/konekti kaj ne postulas tre multekostan infrastrukturon, sed ili ankoraŭ havas konsiderindan koston kaj postulas pli regulan prizorgadon bazitan sur la uzado.

BESS grandeco kaj uzado kutimoj

Grava punkto pritraktenda kiam instalas baterian energi-stokan sistemon estas grandeco. Kiom da baterioj necesas? En kiu agordo? En iuj kazoj, la tipo de baterio povas ludi decidan rolon longtempe rilate al ŝparado kaj efikeco

Tio estas farita laŭ-kaza bazo ĉar aplikoj povas intervali de malgrandaj domanaroj ĝis grandaj industriaj plantoj.

La plej ofta renoviĝanta energifonto por malgrandaj domanaroj, precipe en urbaj areoj, estas suna uzanta fotovoltaikaj paneloj. La inĝeniero ĝenerale pripensus la mezan elektrokonsumon de la domanaro kaj taksus la sunan radiadon tra la jaro por la specifa loko. La nombro da baterioj kaj ilia krada agordo estas elektitaj por egali la domanarpostulojn dum la plej malsupra suna elektroprovizo de la jaro dum ne tute malplenigante la bateriojn. Ĉi tio supozas solvon por havi kompletan potencosendependecon de la ĉefreto.

Teni relative moderan ŝargan staton aŭ ne tute malŝarĝi la kuirilarojn estas io, kio povus esti kontraŭintuicia komence. Post ĉio, kial uzi stoksistemon se ni ne povas ĉerpi ĝin plenan potencialon? En teorio ĝi eblas, sed eble ne estas la strategio, kiu maksimumigas la profiton de investo.

Unu el la ĉefaj malavantaĝoj de BESS estas la relative alta kosto de kuirilaroj. Tial, elekti uzan kutimon aŭ ŝargan/malŝarĝan strategion, kiu maksimumigas la baterian vivdaŭron, estas esenca. Ekzemple, plumbacidaj baterioj ne povas esti malŝarĝitaj sub 50%-kapacito sen suferi de nemaligebla damaĝo. Litio-jonaj kuirilaroj havas pli altan energian densecon, longan ciklan vivon. Ili ankaŭ povas esti eligitaj uzante pli grandajn gamojn, sed ĉi tio kostas pliigitan prezon. Estas alta variado en kosto inter malsamaj kemioj, plumbacido-kuirilaroj povas esti centojn al miloj da dolaroj pli malmultekostaj ol litiojona baterio de la sama grandeco. Tial plumbo-acidaj kuirilaroj estas la plej uzataj en sunaj aplikoj en landoj de la tria mondo kaj malriĉaj komunumoj.

La bateria rendimento estas forte tuŝita de degenero dum sia vivdaŭro, ĝi ne havas konstantan agadon, kiu finiĝas per subita fiasko. Anstataŭe, la kapablo kaj provizita povas fadi iom post iom. En praktiko, bateria vivotempo estas konsiderata elĉerpiĝinta kiam ĝia kapablo atingas 80% de sia origina kapablo. Alivorte, kiam ĝi spertas 20%-kapaciton. En praktiko, tio signifas ke pli malalta kvanto de energio povas esti provizita. Ĉi tio povas influi uzperiodojn por plene sendependaj sistemoj kaj la kvanton de kilometraĵo kiun EV povas kovri.

Alia punkto por konsideri estas sekureco. Kun progresoj en fabrikado kaj teknologio, lastatempaj baterioj ĝenerale estis pli stabilaj kemie. Tamen pro degenero kaj misuzo-historio, ĉeloj povas iri en termikan forkuriĝon, kio povas konduki al katastrofaj rezultoj kaj en iuj kazoj endanĝerigi la vivon de la konsumantoj.

Tial kompanioj disvolvis pli bonan programon de monitorado de baterioj (BMS) por kontroli la uzadon de kuirilaro sed ankaŭ monitori la staton de sano por provizi ĝustatempan bontenadon kaj eviti pligravajn sekvojn.

Konkludo

El la krad-energiaj stokadsistemoj disponigas bonegan ŝancon atingi potencosendependecon de la ĉefreto sed ankaŭ disponigas rezervan fonton de potenco dum malfunkcioj kaj pintŝarĝaj periodoj. Tie evoluo faciligus la ŝanĝon al pli verdaj energifontoj, tiel limigante la efikon de energigenerado sur klimata ŝanĝo dum daŭre renkontante la energipostulojn kun konstanta kresko en konsumo.

Bateria energia stokado sistemoj estas la plej ofte uzataj kaj la plej facile agordi por malsamaj ĉiutagaj aplikoj. Ilia alta fleksebleco estas kontraŭbatalita per relative alta kosto, kondukante al la evoluo de monitoradstrategioj por plilongigi la respektivan vivdaŭron kiel eble plej multe. Nuntempe, industrio kaj akademio multe klopodas por esplori kaj kompreni bateriodegeneron sub malsamaj kondiĉoj.