در طی 50 سال گذشته ، افزایش مداوم در مصرف برق جهانی وجود داشته است ، با استفاده تخمین زده شده در حدود 25300 ساعت تروات در سال 2021. با انتقال به صنعت 4.0 ، افزایش تقاضای انرژی در سراسر جهان وجود دارد. این تعداد هر سال در حال افزایش است ، از جمله نیازهای قدرت بخش های صنعتی و سایر اقتصادی. این تغییر صنعتی و مصرف پرقدرت به دلیل انتشار بیش از حد گازهای گلخانه ای با اثرات تغییرات آب و هوایی ملموس تر همراه است. در حال حاضر ، بیشتر گیاهان و امکانات تولید برق به شدت به منابع سوخت فسیلی (نفت و گاز) متکی هستند تا چنین خواسته هایی را برآورده کنند. این نگرانی های آب و هوا با استفاده از روشهای معمولی ، تولید انرژی اضافی را ممنوع می کند. بنابراین ، توسعه سیستم های ذخیره انرژی کارآمد و قابل اعتماد برای اطمینان از تأمین مداوم و قابل اعتماد انرژی از منابع تجدید پذیر به طور فزاینده ای اهمیت پیدا کرده است.
بخش انرژی با تغییر به سمت انرژی های تجدید پذیر یا راه حل های "سبز" پاسخ داده است. این انتقال با بهبود تکنیک های تولید کمک شده است ، به عنوان مثال منجر به تولید کارآمدتر تیغه های توربین بادی می شود. همچنین ، محققان توانسته اند کارایی سلولهای فتوولتائیک را بهبود بخشند و منجر به تولید بهتر انرژی در هر منطقه استفاده شوند. در سال 2021 ، تولید برق از منابع خورشیدی فتوولتائیک (PV) به میزان قابل توجهی افزایش یافت ، به رکورد 179 TWH رسید و رشد 22 ٪ را در مقایسه با سال 2020 نشان داد. منبع انرژی پس از برق و باد.
با این حال ، این پیشرفت ها برخی از اشکالات ذاتی سیستم های انرژی تجدید پذیر ، عمدتاً در دسترس بودن را حل نمی کند. بیشتر این روشها به عنوان نیروگاه های زغال سنگ و نفتی انرژی تولید نمی کنند. به عنوان مثال ، خروجی های انرژی خورشیدی بسته به زوایای تابش خورشید و موقعیت پانل PV در طول روز با تغییرات موجود است. این نمی تواند در طول شب انرژی تولید کند در حالی که تولید آن در فصل زمستان و در روزهای بسیار ابری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. انرژی باد بسته به سرعت باد از نوسانات رنج می برد. بنابراین ، این راه حل ها برای حفظ تأمین انرژی در دوره های کم تولید باید با سیستم های ذخیره انرژی همراه باشند.
سیستم های ذخیره انرژی چیست؟
سیستم های ذخیره انرژی می توانند انرژی را ذخیره کنند تا در مرحله بعدی مورد استفاده قرار گیرند. در برخی موارد ، نوعی تبدیل انرژی بین انرژی ذخیره شده و انرژی تأمین شده وجود خواهد داشت. متداول ترین نمونه باتری های برقی مانند باتری های لیتیوم یون یا باتری های اسید سرب است. آنها انرژی الکتریکی را از طریق واکنش های شیمیایی بین الکترودها و الکترولیت فراهم می کنند.
باتری ها یا BESS (سیستم ذخیره انرژی باتری) متداول ترین روش ذخیره انرژی مورد استفاده در برنامه های زندگی روزمره است. سایر سیستم های ذخیره سازی مانند گیاهان برق وجود دارد که انرژی بالقوه آب ذخیره شده در یک سد را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. آب در حال ریزش ، چرخ دریایی یک توربین را که انرژی الکتریکی تولید می کند ، تبدیل می کند. مثال دیگر گاز فشرده شده است ، پس از انتشار گاز ، چرخ قدرت تولید توربین را تبدیل می کند.
آنچه باتری ها را از سایر روشهای ذخیره سازی جدا می کند ، مناطق بالقوه عملکرد آنها است. از دستگاه های کوچک و منبع تغذیه خودرو گرفته تا برنامه های خانگی و مزارع بزرگ خورشیدی ، باتری ها می توانند یکپارچه برای هر برنامه ذخیره سازی خارج از شبکه یکپارچه شوند. از طرف دیگر ، روشهای هوای هیدروپ و فشرده شده به زیرساختهای بسیار بزرگ و پیچیده برای ذخیره سازی نیاز دارند. این منجر به هزینه های بسیار بالایی می شود که برای توجیه آن نیاز به برنامه های بسیار بزرگ دارد.
از مواردی برای سیستم های ذخیره سازی خارج از شبکه استفاده کنید.
همانطور که قبلاً ذکر شد ، سیستم های ذخیره سازی خارج از شبکه می توانند استفاده و اعتماد به روشهای انرژی تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی و باد را تسهیل کنند. با این وجود ، برنامه های دیگری وجود دارند که می توانند از چنین سیستم هایی بهره مند شوند
شبکه های برق شهر با هدف تأمین مقدار مناسب از قدرت بر اساس عرضه و تقاضای هر شهر. قدرت مورد نیاز می تواند در طول روز نوسان کند. از سیستم های ذخیره سازی خارج از شبکه برای کاهش نوسانات و ایجاد ثبات بیشتر در موارد تقاضای اوج استفاده شده است. از دیدگاه متفاوت ، سیستم های ذخیره سازی شبکه خارج از آن می توانند برای جبران هرگونه گسل فنی پیش بینی نشده در شبکه اصلی برق یا در دوره های نگهداری برنامه ریزی شده بسیار مفید باشند. آنها می توانند بدون نیاز به جستجوی منابع انرژی جایگزین ، نیازهای برق را برآورده کنند. به عنوان مثال می توان طوفان یخ تگزاس را در اوایل فوریه 2023 ذکر کرد که تقریباً 262000 نفر را بدون برق به جا گذاشت ، در حالی که تعمیرات به دلیل شرایط دشوار آب و هوایی به تأخیر افتاد.
وسایل نقلیه الکتریکی کاربرد دیگری است. محققان تلاش زیادی را برای بهینه سازی تولید باتری و استراتژی های شارژ/تخلیه به منظور افزایش طول عمر و تراکم برق باتری ها ریخته اند. باتری های لیتیوم یون در خط مقدم این انقلاب کوچک قرار گرفته اند و به طور گسترده در اتومبیل های برقی جدید بلکه اتوبوس های برقی نیز مورد استفاده قرار گرفته اند. باتری های بهتر در این حالت می توانند منجر به مسافت پیموده شده بزرگتر شوند اما همچنین با فن آوری های مناسب زمان شارژ را کاهش می دهند.
سایر پیشرفت های فن آوری ، پهپادها و روبات های تلفن همراه را دوست دارند و از توسعه باتری بهره مند شده اند. استراتژی های حرکتی و استراتژی های کنترل به شدت به ظرفیت باتری و قدرت ارائه شده متکی هستند.
بس آن چیست
سیستم ذخیره انرژی BESS یا باتری یک سیستم ذخیره انرژی است که می تواند برای ذخیره انرژی استفاده شود. این انرژی می تواند از شبکه اصلی یا از منابع انرژی تجدید پذیر مانند انرژی باد و انرژی خورشیدی حاصل شود. این مجموعه از باتری های متعدد تنظیم شده در تنظیمات مختلف (سری/موازی) و بر اساس الزامات تشکیل شده است. آنها به اینورتر متصل هستند که برای تبدیل قدرت DC به قدرت AC برای استفاده استفاده می شود. از سیستم مدیریت باتری (BMS) برای نظارت بر شرایط باتری و عملکرد شارژ/تخلیه استفاده می شود.
در مقایسه با سایر سیستم های ذخیره انرژی ، آنها به ویژه برای قرار دادن/اتصال انعطاف پذیر هستند و به زیرساخت های بسیار گران قیمت احتیاج ندارند ، اما هنوز هم با هزینه قابل توجهی همراه هستند و بر اساس استفاده نیاز به نگهداری منظم تری دارند.
عادات اندازه و استفاده از بس
یک نکته مهم برای مقابله با نصب سیستم ذخیره انرژی باتری در حال اندازه گیری است. چند باتری مورد نیاز است؟ در چه پیکربندی؟ در بعضی موارد ، نوع باتری می تواند از نظر صرفه جویی در هزینه و کارآیی در دراز مدت نقش مهمی داشته باشد
این کار به صورت موردی انجام می شود زیرا برنامه های کاربردی می توانند از خانوارهای کوچک تا گیاهان بزرگ صنعتی متغیر باشند.
متداول ترین منبع انرژی تجدید پذیر برای خانوارهای کوچک ، به ویژه در مناطق شهری ، خورشیدی است که از پانل های فتوولتائیک استفاده می کند. مهندس به طور کلی میانگین مصرف انرژی خانوار را در نظر می گیرد و تابش خورشیدی را در طول سال برای مکان خاص ارزیابی می کند. تعداد باتری ها و پیکربندی شبکه آنها برای مطابقت با خواسته های خانوار در پایین ترین منبع تغذیه خورشیدی سال انتخاب شده است در حالی که به طور کامل باتری ها را تخلیه نمی کند. این فرضیه راه حلی برای داشتن استقلال قدرت کامل از شبکه اصلی است.
نگه داشتن یک حالت بار نسبتاً متوسط یا تخلیه کامل باتری ها چیزی است که در ابتدا ممکن است با شهودی مقابله کند. از این گذشته ، اگر نمی توانیم آن را کامل استخراج کنیم ، از یک سیستم ذخیره سازی استفاده کنیم؟ از نظر تئوری امکان پذیر است ، اما ممکن است این استراتژی نباشد که بازده سرمایه گذاری را به حداکثر برساند.
یکی از اصلی ترین مضرات BESS ، هزینه نسبتاً زیاد باتری ها است. بنابراین ، انتخاب یک عادت استفاده یا یک استراتژی شارژ/تخلیه که حداکثر طول عمر باتری را دارد ، ضروری است. به عنوان مثال ، باتری های اسید سرب بدون تحمل آسیب غیر قابل برگشت ، نمی توانند زیر 50 ٪ ظرفیت تخلیه شوند. باتری های لیتیوم یون دارای چگالی انرژی بالاتری ، عمر چرخه طولانی هستند. آنها همچنین می توانند با استفاده از محدوده های بزرگتر تخلیه شوند ، اما این با هزینه افزایش قیمت همراه است. بین مواد شیمیایی مختلف واریانس بالایی وجود دارد ، باتری های اسید سرب می توانند صدها تا هزاران دلار ارزان تر از باتری لیتیوم یون با همان اندازه باشند. به همین دلیل باتری های اسید سرب بیشترین استفاده را در کاربردهای خورشیدی در کشورهای جهان 3 و جوامع فقیر دارند.
عملکرد باتری به شدت تحت تأثیر تخریب در طول طول عمر خود قرار می گیرد ، عملکرد پایدار ندارد که با خرابی ناگهانی به پایان می رسد. در عوض ، ظرفیت و ارائه شده می تواند به تدریج محو شود. در عمل ، هنگامی که ظرفیت آن به 80 ٪ از ظرفیت اصلی خود برسد ، طول عمر باتری در نظر گرفته می شود. به عبارت دیگر ، وقتی 20 ٪ ظرفیت محو می شود. در عمل ، این بدان معنی است که مقدار کمتری از انرژی فراهم می شود. این می تواند بر دوره های استفاده برای سیستم های کاملاً مستقل و میزان مسافت پیموده شده که یک EV می تواند تأثیر بگذارد ، تأثیر بگذارد.
نکته دیگری که باید در نظر بگیرید ایمنی است. با پیشرفت در تولید و فناوری ، باتری های اخیر به طور کلی از نظر شیمیایی پایدارتر بوده اند. با این حال به دلیل تخریب و سابقه سوءاستفاده ، سلول ها می توانند به فراری حرارتی بروند که می تواند منجر به نتایج فاجعه بار شود و در برخی موارد زندگی مصرف کنندگان را در معرض خطر قرار می دهد.
به همین دلیل شرکت ها برای کنترل مصرف باتری ، نرم افزار نظارت بر باتری بهتر (BMS) را توسعه داده اند ، اما همچنین بر وضعیت سلامت نظارت می کنند تا بتوانند به موقع نگهداری شوند و از عواقب تشدید شده جلوگیری کنند.
پایان
سیستم های ذخیره سازی انرژی شبکه فرصتی عالی برای دستیابی به استقلال قدرت از شبکه اصلی فراهم می کنند ، اما همچنین منبع پشتیبان گیری از قدرت را در طی زمان های مرخصی و اوج بار فراهم می کنند. در آنجا توسعه می تواند تغییر به سمت منابع انرژی سبزتر را تسهیل کند ، بنابراین تأثیر تولید انرژی بر تغییرات آب و هوایی را محدود می کند در حالی که هنوز هم نیازهای انرژی را با رشد مداوم در مصرف برآورده می کند.
سیستم های ذخیره انرژی باتری متداول ترین و ساده ترین پیکربندی برای برنامه های مختلف روزمره هستند. انعطاف پذیری بالای آنها با هزینه ای نسبتاً بالا مقابله می شود و منجر به توسعه استراتژی های نظارت برای طولانی شدن طول عمر مربوطه تا حد امکان می شود. در حال حاضر ، صنعت و آکادمی تلاش زیادی برای بررسی و درک تخریب باتری در شرایط مختلف می کنند.
