Kuinka säilyttää sähkö pois ruudusta? Ja Ryöstäjä

Viimeisen 50 vuoden aikana maailmanlaajuinen sähkönkulutus on lisääntynyt jatkuvana, ja arviolta noin 25 300 Terawatt-tunnin käyttö vuonna 2021. Siirtymisen myötä teollisuudelle 4.0 lisääntyy energiantarpeet ympäri maailmaa. Nämä luvut kasvavat vuosittain, lukuun ottamatta teollisuus- ja muiden talousalojen sähkövaatimuksia. Tämä teollisuusmuutos ja suuritehokulma yhdistetään konkreettisempiin ilmastomuutoksen vaikutuksiin kasvihuonekaasujen liiallisista päästöistä. Tällä hetkellä suurin osa sähköntuotantolaitoksista ja tilat luottavat voimakkaasti fossiilisten polttoaineiden lähteisiin (öljy ja kaasu) vastaamaan tällaisiin vaatimuksiin. Nämä ilmastoongelmat kieltävät ylimääräisen energiantuotannon tavanomaisten menetelmien avulla. Siksi tehokkaiden ja luotettavien energian varastointijärjestelmien kehittämisestä on tullut yhä tärkeämpää, jotta voidaan varmistaa jatkuvan ja luotettava energian tarjonta uusiutuvista lähteistä.

Energia -ala on reagoinut siirtymällä kohti uusiutuvaa energiaa tai ”vihreitä” ratkaisuja. Siirtymää ovat auttaneet parannetut valmistustekniikat, jotka johtavat esimerkiksi tuuliturbiinien terien tehokkaampaan valmistukseen. Tutkijat ovat myös pystyneet parantamaan aurinkosähkökennojen tehokkuutta, mikä johtaa parempaan energiantuotantoon käyttöaluetta kohti. Vuonna 2021 sähköntuotanto aurinkoenergian (PV) lähteet lisääntyivät merkittävästi, saavuttaen ennätyksellisen 179 TWH: n ja edustaa 22%: n kasvua verrattuna vuoteen 2020. Solar PV -teknologia on nyt 3,6% maailmanlaajuisesta sähköntuotannosta, ja se on tällä hetkellä kolmanneksi suurin uusiutuva Energialähde vesivoiman ja tuulen jälkeen.

Nämä läpimurtot eivät kuitenkaan ratkaise joitain uusiutuvien energialähteiden järjestelmien luontaisia haittoja, lähinnä saatavuutta. Suurin osa näistä menetelmistä ei tuota energiaa pyynnöstä hiili- ja öljyvoimalaitoksina. Aurinkoenergian tuotokset ovat esimerkiksi saatavana koko päivän ajan variaatioilla riippuen auringon säteilytyskulmista ja PV -paneelien paikannuksesta. Se ei voi tuottaa energiaa yön aikana, kun sen tuotanto vähenee huomattavasti talvikaudella ja erittäin pilvisinä päivinä. Tuulivoima kärsii myös vaihteluista tuulen nopeudesta riippuen. Siksi nämä ratkaisut on yhdistettävä energian varastointijärjestelmiin energian tarjonnan ylläpitämiseksi alhaisten lähtöjaksojen aikana.

Mitä ovat energian varastointijärjestelmät?

Energian varastointijärjestelmät voivat varastoida energiaa käytettäväksi myöhemmässä vaiheessa. Joissakin tapauksissa varastoidun energian ja tarjonnan energian välillä on eräänlainen energianmuutos. Yleisin esimerkki on sähköakut, kuten litium-ioni-akut tai lyijyakut. Ne tarjoavat sähköenergiaa kemiallisten reaktioiden avulla elektrodien ja elektrolyytin välillä.

Paristot tai BESS (akkuenergian varastointijärjestelmä) edustavat yleisintä energian varastointitapaa, jota käytetään päivittäisessä käyttötavan sovelluksissa. Muita säilytysjärjestelmiä on olemassa, kuten vesivoimalaitokset, jotka muuttavat patoon varastoidun veden potentiaalisen energian sähköenergiaksi. Veden putoaminen kääntää turbiinin vauhtipyörän, joka tuottaa sähköenergiaa. Toinen esimerkki on pakattu kaasu, kaasun vapautumisen yhteydessä kääntää turbiinin tuotantovoiman pyörän.

Se, mikä erottaa paristot muista säilytysmenetelmistä, on niiden mahdolliset toiminta -alueet. Pienistä laitteista ja autojen virtalähteistä kotitaloussovelluksiin ja suuriin aurinkotilaan paristot voidaan integroida saumattomasti mihin tahansa ruudukon säilytyssovellukseen. Toisaalta vesivoima- ja paineilmamenetelmät vaativat erittäin suuria ja monimutkaisia infrastruktuureja varastointia varten. Tämä johtaa erittäin korkeisiin kustannuksiin, jotka vaativat erittäin suuria sovelluksia, jotta se voidaan perustella.

Käyttötapauksia verkkoon varastointijärjestelmiin.

Kuten aiemmin mainittiin, verkkojen ulkopuoliset varastointijärjestelmät voivat helpottaa uusiutuvien energialähteiden käyttöä, kuten aurinkoenergiaa ja tuulivoimaa. Siitä huolimatta on myös muita sovelluksia, jotka voivat suuresti hyötyä tällaisista järjestelmistä

Kaupungin sähköverkkojen tavoitteena on tarjota oikea määrä kunkin kaupungin tarjonnan ja kysynnän perusteella. Vaadittava voima voi vaihdella koko päivän. Verkkovarastojärjestelmiä on käytetty heikentymiseen ja tarjoamaan enemmän vakautta huippukysynnän tapauksissa. Eri näkökulmasta ruudukon varastointijärjestelmät voivat olla erittäin hyödyllisiä kompensoidakseen mahdotonta teknistä virhettä pääverkolla tai aikataulun mukaisten huoltojaksojen aikana. Ne voivat täyttää sähkövaatimukset joutumatta etsimään vaihtoehtoisia energialähteitä. Voidaan mainita esimerkiksi Texasin jäämyrsky helmikuun alussa 2023, joka jätti noin 262 000 ihmistä ilman valtaa, kun taas korjaukset viivästyivät vaikeiden sääolosuhteiden vuoksi.

Sähköajoneuvot ovat toinen sovellus. Tutkijat ovat valanneet paljon vaivaa akkujen valmistus- ja lataus-/purkamisstrategioiden optimoimiseksi paristojen elinkaaren ja virrantiheyden suhteen. Litium-ion-akut ovat olleet tämän pienen vallankumouksen eturintamassa, ja niitä on käytetty laajasti uusissa sähköautoissa, mutta myös sähköbusseissa. Paremmat paristot tässä tapauksessa voivat johtaa suurempaan mittarilukemaan, mutta myös lyhentämään latausaikoja oikealla tekniikalla.

Muut teknologiset kehitykset pitävät UAV: ista ja mobiiliroboteista, jotka ovat hyötyneet suuresti akun kehityksestä. Siellä liikestrategiat ja hallintastrategiat luottavat voimakkaasti toimitetuun akun kapasiteettiin ja tehon.

Mikä on bess

Bessin tai akun energian varastointijärjestelmä on energian varastointijärjestelmä, jota voidaan käyttää energian säilyttämiseen. Tämä energia voi tulla pääverkosta tai uusiutuvista energialähteistä, kuten tuulienergiasta ja aurinkoenergiasta. Se koostuu useista paristoista, jotka on järjestetty eri kokoonpanoihin (sarja/rinnakkainen) ja mitoitettu vaatimusten perusteella. Ne on kytketty invertteriin, jota käytetään DC -virran muuntamiseen vaihtovirtakäyttöön. EräsAkun hallintajärjestelmä (BMS)käytetään akkuolosuhteiden ja lataus-/purkamistoiminnan seuraamiseen.

Muihin energian varastointijärjestelmiin verrattuna ne ovat erityisen joustavia sijoittamaan/yhdistämään eivätkä vaadi erittäin kallista infrastruktuuria, mutta ne ovat silti huomattavia kustannuksia ja vaativat säännöllisempiä huoltoa käytön perusteella.

Bessin mitoitus- ja käyttötottumukset

Akun energian tallennusjärjestelmää asennettaessa ratkaiseva kohta on koon mitoitus. Kuinka monta akkua tarvitaan? Missä kokoonpanossa? Joissakin tapauksissa akun tyyppi voi olla ratkaiseva rooli pitkällä tähtäimellä kustannussäästöjen ja tehokkuuden suhteen

Tämä tehdään tapauskohtaisesti, koska sovellukset voivat vaihdella pienistä kotitalouksista suuriin teollisuuslaitoksiin.

Yleisin uusiutuvan energian lähde pienille kotitalouksille, etenkin kaupunkialueilla, on aurinkoenergian avulla aurinkokehän paneelit. Insinööri harkitsisi yleensä kotitalouden keskimääräistä virrankulutusta ja peruuttaa aurinkoenergiansa koko vuoden ajan tietyn sijainnin suhteen. Paristojen lukumäärä ja niiden ruudukkokokoonpano valitaan vastaamaan kotitalouden vaatimuksia vuoden alhaisimmassa aurinkoenergian virtalähteessä, mutta eivät tyhjennä paristoja kokonaan. Tämä olettaa ratkaisun, jolla on täydellinen virran riippumattomuus pääverkosta.

Suhteellisen kohtalaisen varaustilan pitäminen tai paristojen kokonaan purkaminen on jotain, joka voi olla aluksi vasta intuitiivista. Loppujen lopuksi miksi käyttää tallennusjärjestelmää, jos emme voi purkaa sitä täyteen potentiaaliin? Teoriassa se on mahdollista, mutta se ei ehkä ole strategia, joka maksimoi sijoitetun pääoman tuotto.

Yksi Bessin tärkeimmistä haitoista on akkujen suhteellisen korkeat kustannukset. Siksi käyttötavan tai lataus-/purkamisstrategian valitseminen, joka maksimoi akun elinkaaren, on välttämätöntä. Esimerkiksi lyijyhappo -paristoja ei voida purkaa alle 50%: n kapasiteettia kärsimättä peruuttamattomista vaurioista. Litium-ioni-akkuilla on korkeampi energiatiheys, pitkä sykliikä. Ne voidaan myös purkaa suuremmilla alueilla, mutta tämä nousee nousuun. Eri kemioiden välillä on suuri kustannusvarianssi, lyijyhappo-akut voivat olla satoja tuhansiin dollareihin halvempia kuin samankokoinen litium-ioni-akku. Tästä syystä lyijyakut ovat eniten käytetty aurinkosaitteissa kolmannen maailman maiden ja köyhien yhteisöjen kanssa.

Akun suorituskykyyn vaikuttaa voimakkaasti sen elinkaaren aikana, sillä ei ole tasaista suorituskykyä, joka päättyy äkillisellä vikalla. Sen sijaan kapasiteetti ja toimitettu voi haalistua asteittain. Käytännössä akun elinkaari katsotaan loppuneen, kun sen kapasiteetti saavuttaa 80% alkuperäisestä kapasiteetistaan. Toisin sanoen, kun se kokee 20%: n kapasiteetin. Käytännössä tämä tarkoittaa, että voidaan antaa pienempi määrä energiaa. Tämä voi vaikuttaa täysin riippumattomien järjestelmien käyttöjaksoihin ja EV: n mittarilukeman määrään.

Toinen harkittava kohta on turvallisuus. Valmistuksen ja tekniikan edistymisen myötä viimeaikaiset akut ovat yleensä olleet kemiallisesti vakaampia. Hajoamisen ja väärinkäytön historian vuoksi solut voivat kuitenkin mennä lämpökatkoon, mikä voi johtaa katastrofaalisiin tuloksiin ja joissain tapauksissa kuluttajien elämän vaarassa.

Siksi yritykset ovat kehittäneet parempia akunvalvontaohjelmistoja (BMS) akun käytön hallitsemiseksi, mutta myös seuraamaan terveydentilaa oikea -aikaisen huolto- ja pahoinpitelyjen välttämiseksi.

Johtopäätös

Ruudukon energian varastointijärjestelmistä tarjoavat loistavan mahdollisuuden saavuttaa virran riippumattomuus pääverkosta, mutta tarjoavat myös varmuuskopiotehon lähteen pieninä aikoina ja huippukuormitusjaksoina. Siellä kehitys helpottaisi siirtymistä kohti vihreämpiä energialähteitä, mikä rajoittaisi energiantuotannon vaikutusta ilmastomuutokseen ja vastaa samalla energiavaatimuksia jatkuvan kulutuksen kasvulla.

Akun energian varastointijärjestelmät ovat yleisimmin käytettyjä ja helpointa määrittää erilaisia päivittäisiä sovelluksia. Niiden korkea joustavuus torjuu suhteellisen korkeat kustannukset, mikä johtaa seurantastrategioiden kehittämiseen vastaavan elinajan pidentämiseksi mahdollisimman paljon. Tällä hetkellä teollisuus ja akateemiset akatemiat kaataavat paljon vaivaa tutkimaan ja ymmärtämään akun huonontumista erilaisissa olosuhteissa.