Kuidas hoida elektrit võre alt?

Viimase 50 aasta jooksul suureneb globaalne elektritarbimine pidevalt, hinnanguliselt on 2021. aastal umbes 25 300 teravatt-tundi. Üleminekuga tööstusele 4.0 on energiavajadused kogu maailmas suurenenud. Need numbrid kasvavad igal aastal, kaasa arvatud tööstus- ja muude majandussektorite energiavajadus. See tööstuslik nihe ja suure võimsusega tarbimine on ühendatud käegakatsutavamate kliimamuutuste mõjudega, mis on tingitud kasvuhoonegaaside liigsest heitkogusest. Praegu sõltuvad enamik elektritootmisettevõtteid ja rajatisi selliste nõudmiste täitmiseks suuresti fossiilkütuste allikatest (nafta ja gaas). Need kliimaprobleemid keelavad tavapäraste meetodite abil täiendava energia tootmise. Seega on tõhusate ja usaldusväärsete energiasalvestussüsteemide arendamine muutunud üha olulisemaks, et tagada taastuvatest allikatest pidev ja usaldusväärne energiavarustus.

Energiasektor on reageerinud taastuvenergia või roheliste lahenduste poole. Üleminekut on aidanud täiustatud tootmistehnikad, mis viib näiteks tuuleturbiini labade tõhusama tootmiseni. Samuti on teadlased suutnud parandada fotogalvaaniliste rakkude tõhusust, mis viib parema energia tootmiseni kasutuspiirkonna kohta. Aastal 2021 suurenes päikeseenergia fotogalvaaniliste (PV) allikate elektrienergia tootmine märkimisväärselt, jõudes rekordilise 179 TWH -ni ja tähistab kasvu 22% võrreldes 2020. aastaga. Päikeseenergia PV -tehnoloogia moodustab nüüd 3,6% kogu globaalsest elektritootmisest ja on praegu suuruselt kolmas taastuv Energiaallikas pärast hüdroenergiat ja tuult.

Need läbimurded ei lahenda siiski mõnda taastuvenergia süsteemide loomupärast puudust, peamiselt kättesaadavust. Enamik neist meetoditest ei anna söe- ja naftaelektrijaamadena nõudmisel energiat. Päikeseenergia väljundid on näiteks kogu päeva jooksul saadaval variatsioonidega, sõltuvalt päikesekiirguse nurkadest ja PV paneeli positsioneerimisest. Öösel ei saa see energiat toota, samal ajal kui selle väljund väheneb talveperioodil ja väga hägustel päevadel märkimisväärselt. Tuulejõud kannatab ka kõikumiste tõttu sõltuvalt tuule kiirusest. Seetõttu tuleb need lahendused olla ühendatud energiasalvestussüsteemidega, et säilitada energiavarustust madala väljundperioodi jooksul.

Millised on energiasalvestussüsteemid?

Energiasalvestussüsteemid saavad energiat salvestada, et neid hilisemas etapis kasutada. Mõnel juhul toimub salvestatud energia ja varustatud energia vahel energia muundamine. Kõige tavalisem näide on elektrilised akud, näiteks liitium-ioonakud või pliihappe akud. Need pakuvad elektrienergiat keemiliste reaktsioonide kaudu elektroodide ja elektrolüüdi vahel.

Akud või BESS (aku energia salvestussüsteem) tähistavad kõige tavalisemat energiasalvestusmeetodit, mida kasutatakse igapäevaelu rakendustes. Muu ladustamissüsteem, näiteks hüdroenergiataimed, mis muudavad tamisse ladustatud veeenergia elektrienergiaks. Alla kukkunud vesi pöörab elektrienergia tootva turbiini hoorata. Teine näide on kokkusurutud gaas, kui vabanemisel pöörab gaas turbiini ratta tootmisvõimsust.

See, mis eraldab akusid muudest ladustamismeetoditest, on nende potentsiaalsed tööpiirkonnad. Alates väikestest seadmetest ja autode toiteallikast kuni majapidamise rakenduste ja suurte päikeseenergia taludeni saab patareisid sujuvalt integreerida mis tahes võrguvälise ladustamisrakenduseni. Teisest küljest vajavad hüdroenergia ja suruõhumeetodid ladustamiseks väga suuri ja keerulisi infrastruktuure. See toob kaasa väga suured kulud, mis nõuavad selle õigustamiseks väga suuri rakendusi.

Võrguväliste salvestussüsteemide kasutamise juhtumid.

Nagu varem mainitud, võivad võrguvälised salvestussüsteemid hõlbustada taastuvenergia meetoditest, näiteks päikese- ja tuuleenergia kasutamist ja sõltuvust. Sellegipoolest on ka muid rakendusi, millest sellised süsteemid palju kasu saavad

Linna elektrivõrkude eesmärk on pakkuda iga linna pakkumise ja nõudluse põhjal õiget kogust energiat. Vajalik võimsus võib kogu päeva jooksul kõikuda. Võrguväliseid salvestussüsteeme on kasutatud kõikumiste leevendamiseks ja tipptasemel nõudluse korral suuremat stabiilsust. Erinevast vaatenurgast võivad Off-Off-ruudustiku salvestussüsteemid olla väga kasulikud, et kompenseerida iga ettenägematu tehnilise tõrke peamises elektrivõrgus või kavandatud hooldusperioodidel. Nad saavad täita energiavajadusi, ilma et peaksid otsima alternatiivseid energiaallikaid. Võib tsiteerida näiteks Texase jäätormi veebruari alguses 2023. aasta alguses, mis jättis umbes 262 000 inimest elektrita, samas kui raskete ilmastikuolude tõttu lükati remont edasi.

Elektrisõidukid on veel üks rakendus. Teadlased on akude tootmise ja laadimis-/tühjendamise strateegiate optimeerimiseks palju vaeva näinud, et laiendada akude eluea ja võimsustihedust. Liitium-ioonakud on olnud selle väikese revolutsiooni esirinnas ja neid on laialdaselt kasutatud uutes elektriautodes, aga ka elektribussides. Paremad akud võivad sel juhul põhjustada suurema läbisõidu, kuid vähendada ka õigete tehnoloogiate laadimisaega.

Muud tehnoloogilised edusammud meeldivad UAV -id ja mobiilsed robotid on aku arendamisest palju kasu saanud. Seal liikumisstrateegiad ja juhtimisstrateegiad sõltuvad suuresti pakutavast aku mahust ja toiteallikast.

Mis on bess

BESS või aku energia salvestussüsteem on energiasalvestussüsteem, mida saab kasutada energia salvestamiseks. See energia võib pärineda põhivõrgust või taastuvatest energiaallikatest nagu tuuleenergia ja päikeseenergia. See koosneb mitmest akust, mis on paigutatud erinevates konfiguratsioonides (seeria/paralleel) ja suuruses nõuetele. Need on ühendatud muunduriga, mida kasutatakse alalisvoolu energia kasutamiseks vahelduvvooluks. AAkuhaldussüsteem (BMS)kasutatakse aku tingimuste ja laadimis-/tühjendamistoimingu jälgimiseks.

Võrreldes teiste energiasalvestussüsteemidega on nad eriti paindlikud paigutamiseks/ühendamiseks ja ei vaja väga kallist infrastruktuuri, kuid need tulevad siiski märkimisväärse hinnaga ja vajavad kasutamise põhjal regulaarsemat hooldust.

Bessi suuruse ja kasutusharjumuste

Akude energia salvestussüsteemi paigaldamisel on oluline punkt lahendada. Mitu aku on vaja? Mis konfiguratsioonis? Mõnel juhul võib aku tüüp mängida pikas perspektiivis olulist rolli kulude kokkuhoiu ja tõhususe osas

Seda tehakse igal üksikjuhul eraldi, kuna rakendused võivad ulatuda väikestest leibkondadest suurte tööstuslike taimedeni.

Kõige tavalisem taastuvenergia allikas väikeste leibkondade jaoks, eriti linnapiirkondades, on päikeseenergia, kasutades fotogalvaanilisi paneele. Insener kaaluks üldiselt leibkonna keskmist energiatarbimist ja hindab konkreetse asukoha jaoks päikesekiirgust kogu aasta jooksul. Akude arv ja nende võre konfiguratsioon on valitud nii, et see vastaks majapidamise nõudmistele aasta madalaima päikeseenergia toiteallika ajal, samal ajal kui need ei tühjendaks täielikult akusid. See eeldab, et lahendus oleks põhivõrgust täieliku võimsuse sõltuvus.

Suhteliselt mõõduka laenguseisundi hoidmine või akude täieliku tühjendamine on midagi, mis võib alguses olla vastuoluline. Lõppude lõpuks, miks kasutada salvestussüsteemi, kui me ei saa seda täielikku potentsiaali kaevandada? Teoreetiliselt on see võimalik, kuid see ei pruugi olla strateegia, mis maksimeerib investeeringutasuvust.

Bessi üks peamisi puudusi on akude suhteliselt kõrge hind. Seetõttu on hädavajalik valida kasutusharjumuse või laadimisharjumuse/tühjendamise strateegia, mis maksimeerib aku eluiga. Näiteks ei saa pliiaku akusid maha viia alla 50%, ilma et nad kannataksid pöördumatute kahjustuste all. Liitium-ioonakudel on suurem energiatihedus, pikk tsükli eluiga. Neid saab ka suuremate vahemike abil vabastada, kuid see tuleb hinnaga suurenenud hinnaga. Erinevate keemiate vahel on kõrge erinevus, pliiakud võivad olla sadu kuni tuhandeid dollareid odavamad kui sama suurusega liitium-ioonaku. Seetõttu kasutatakse pliihappepatareisid 3. maailma riikides ja vaestes kogukondades päikeserakendustes kõige rohkem.

Aku jõudlust mõjutab tugevalt lagunemine eluea jooksul, sellel pole ühtlast jõudlust, mis lõpeb äkilise rikkega. Selle asemel võivad mahutavus ja pakutav maht järk -järgult tuhmuda. Praktikas peetakse aku eluiga otsa saanud, kui selle maht ulatub 80% -ni algsest mahutavusest. Teisisõnu, kui see kogeb 20% -list mahutavust. Praktikas tähendab see väiksemat energiakogust. See võib mõjutada täielikult sõltumatute süsteemide kasutusperioode ja EV läbisõitu kogust.

Veel üks punkt, mida tuleks kaaluda, on ohutus. Tootmise ja tehnoloogia edusammudega on hiljutised akud üldiselt keemilisemad olnud stabiilsemad. Halvenemise ja kuritarvitamise ajaloo tõttu võivad rakud minna termilisse põgenemisse, mis võib põhjustada katastroofilisi tulemusi ja mõnel juhul panna tarbijate elu ohtu.

Seetõttu on ettevõtted välja töötanud aku kasutamise juhtimiseks parema aku jälgimistarkvara (BMS), kuid jälgides ka tervislikku seisundit, et pakkuda õigeaegset hooldust ja vältida raskendatud tagajärgi.

Järeldus

Võrguenergia salvestussüsteemidest annavad suurepärase võimaluse saavutada võimu sõltumatus põhivõrgust, kuid pakuvad ka vaheajal ja maksimaalse koormuse perioodidel varude allikaid. Seal areng hõlbustaks üleminekut rohelisemate energiaallikate poole, piirates seega energiatootmise mõju kliimamuutustele, täites samal ajal energiavajadusi pideva tarbimise kasvuga.

Kõige sagedamini kasutatakse aku energia salvestussüsteeme ja kõige lihtsam konfigureerida erinevate igapäevaste rakenduste jaoks. Nende kõrgele paindlikkusele on vastavus suhteliselt kõrgete kuludega, mis põhjustab jälgimisstrateegiate väljatöötamist, et pikendada vastavat eluiga nii palju kui võimalik. Praegu valavad tööstus ja akadeemilised ringkonnad palju vaeva, et uurida ja mõista aku halvenemist erinevatel tingimustel.