पिछले 50 वर्षों में, वैश्विक बिजली खपत में लगातार वृद्धि हुई है, वर्ष 2021 में लगभग 25,300 टेरावाट-घंटे के अनुमानित उपयोग के साथ। उद्योग 4.0 की ओर संक्रमण के साथ, दुनिया भर में ऊर्जा मांगों में वृद्धि हुई है। ये संख्याएं हर साल बढ़ रही हैं, जिनमें औद्योगिक और अन्य आर्थिक क्षेत्रों की बिजली आवश्यकताएं शामिल नहीं हैं। यह औद्योगिक बदलाव और उच्च-बिजली की खपत ग्रीनहाउस गैसों के अत्यधिक उत्सर्जन के कारण अधिक ठोस जलवायु परिवर्तन प्रभावों के साथ जुड़ी हुई है। वर्तमान में, अधिकांश बिजली उत्पादन संयंत्र और सुविधाएं ऐसी मांगों को पूरा करने के लिए जीवाश्म ईंधन स्रोतों (तेल और गैस) पर बहुत अधिक निर्भर हैं। ये जलवायु संबंधी चिंताएँ पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके अतिरिक्त ऊर्जा उत्पादन पर रोक लगाती हैं। इस प्रकार, नवीकरणीय स्रोतों से ऊर्जा की निरंतर और विश्वसनीय आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए कुशल और विश्वसनीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का विकास तेजी से महत्वपूर्ण हो गया है।

ऊर्जा क्षेत्र ने नवीकरणीय ऊर्जा या "हरित" समाधानों की ओर रुख करके प्रतिक्रिया व्यक्त की है। बेहतर विनिर्माण तकनीकों से इस परिवर्तन में मदद मिली है, उदाहरण के लिए पवन टरबाइन ब्लेड का अधिक कुशल निर्माण हुआ है। इसके अलावा, शोधकर्ता फोटोवोल्टिक कोशिकाओं की दक्षता में सुधार करने में सक्षम हुए हैं, जिससे प्रति उपयोग क्षेत्र में बेहतर ऊर्जा उत्पादन हो रहा है। 2021 में, सौर फोटोवोल्टिक (पीवी) स्रोतों से बिजली उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, जो रिकॉर्ड 179 टीडब्ल्यूएच तक पहुंच गई और 2020 की तुलना में 22% की वृद्धि का प्रतिनिधित्व करती है। सौर पीवी तकनीक अब वैश्विक बिजली उत्पादन का 3.6% हिस्सा है और वर्तमान में तीसरा सबसे बड़ा नवीकरणीय है जलविद्युत और पवन के बाद ऊर्जा स्रोत।

हालाँकि, ये सफलताएँ नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों की कुछ अंतर्निहित कमियों, मुख्य रूप से उपलब्धता, को हल नहीं करती हैं। इनमें से अधिकांश विधियां कोयला और तेल बिजली संयंत्रों की तरह मांग पर ऊर्जा का उत्पादन नहीं करती हैं। उदाहरण के लिए, सौर ऊर्जा आउटपुट सूर्य विकिरण कोण और पीवी पैनल स्थिति के आधार पर भिन्नता के साथ पूरे दिन उपलब्ध हैं। यह रात के दौरान कोई ऊर्जा पैदा नहीं कर सकता है जबकि सर्दियों के मौसम में और बहुत बादल वाले दिनों में इसका उत्पादन काफी कम हो जाता है। पवन ऊर्जा हवा की गति के आधार पर उतार-चढ़ाव से भी प्रभावित होती है। इसलिए, कम उत्पादन अवधि के दौरान ऊर्जा आपूर्ति बनाए रखने के लिए इन समाधानों को ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के साथ जोड़ने की आवश्यकता है।

ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ क्या हैं?

ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ बाद के चरण में उपयोग करने के लिए ऊर्जा का भंडारण कर सकती हैं। कुछ मामलों में, संग्रहीत ऊर्जा और प्रदत्त ऊर्जा के बीच एक प्रकार का ऊर्जा रूपांतरण होगा। सबसे आम उदाहरण इलेक्ट्रिक बैटरियां हैं जैसे लिथियम-आयन बैटरी या लेड-एसिड बैटरी। वे इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से विद्युत ऊर्जा प्रदान करते हैं।

बैटरी, या बीईएसएस (बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली), दैनिक जीवन अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली सबसे आम ऊर्जा भंडारण विधि का प्रतिनिधित्व करती है। अन्य भंडारण प्रणालियाँ मौजूद हैं जैसे जलविद्युत संयंत्र जो बांध में संग्रहीत पानी की संभावित ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। नीचे गिरता पानी टरबाइन के चक्के को घुमा देगा जो विद्युत ऊर्जा पैदा करता है। एक अन्य उदाहरण संपीड़ित गैस है, रिलीज होने पर गैस बिजली पैदा करने वाले टरबाइन के पहिये को घुमा देगी।

जो चीज़ बैटरियों को अन्य भंडारण विधियों से अलग करती है वह उनके संचालन के संभावित क्षेत्र हैं। छोटे उपकरणों और ऑटोमोबाइल बिजली आपूर्ति से लेकर घरेलू अनुप्रयोगों और बड़े सौर फार्मों तक, बैटरियों को किसी भी ऑफ-ग्रिड भंडारण अनुप्रयोग में निर्बाध रूप से एकीकृत किया जा सकता है। दूसरी ओर, जलविद्युत और संपीड़ित वायु विधियों को भंडारण के लिए बहुत बड़े और जटिल बुनियादी ढांचे की आवश्यकता होती है। इससे बहुत अधिक लागत आती है जिसे उचित ठहराने के लिए बहुत बड़े अनुप्रयोगों की आवश्यकता होती है।

ऑफ-ग्रिड भंडारण प्रणालियों के लिए केस का उपयोग करें।

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ऑफ-ग्रिड भंडारण प्रणालियाँ सौर और पवन ऊर्जा जैसी नवीकरणीय ऊर्जा विधियों के उपयोग और निर्भरता को सुविधाजनक बना सकती हैं। बहरहाल, ऐसे अन्य अनुप्रयोग भी हैं जो ऐसी प्रणालियों से बहुत लाभ उठा सकते हैं

सिटी पावर ग्रिड का लक्ष्य प्रत्येक शहर की आपूर्ति और मांग के आधार पर सही मात्रा में बिजली प्रदान करना है। आवश्यक बिजली में पूरे दिन उतार-चढ़ाव हो सकता है। ऑफ-ग्रिड भंडारण प्रणालियों का उपयोग उतार-चढ़ाव को कम करने और चरम मांग के मामलों में अधिक स्थिरता प्रदान करने के लिए किया गया है। एक अलग दृष्टिकोण से, मुख्य पावर ग्रिड में या निर्धारित रखरखाव अवधि के दौरान किसी भी अप्रत्याशित तकनीकी खराबी की भरपाई के लिए ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टम अत्यधिक फायदेमंद हो सकते हैं। वे वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों की खोज किए बिना बिजली की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। उदाहरण के लिए फरवरी 2023 की शुरुआत में टेक्सास के बर्फीले तूफान का हवाला दिया जा सकता है, जिसमें लगभग 262,000 लोगों को बिजली से वंचित कर दिया गया था, जबकि मौसम की कठिन परिस्थितियों के कारण मरम्मत में देरी हुई थी।

इलेक्ट्रिक वाहन एक अन्य अनुप्रयोग है। बैटरी के जीवनकाल और पावर घनत्व को बढ़ाने के लिए शोधकर्ताओं ने बैटरी निर्माण और चार्जिंग/डिस्चार्जिंग रणनीतियों को अनुकूलित करने के लिए बहुत प्रयास किए हैं। लिथियम-आयन बैटरियां इस छोटी क्रांति में सबसे आगे रही हैं और नई इलेक्ट्रिक कारों के साथ-साथ इलेक्ट्रिक बसों में भी बड़े पैमाने पर इसका इस्तेमाल किया गया है। इस मामले में बेहतर बैटरी से न केवल अधिक माइलेज मिल सकता है, बल्कि सही प्रौद्योगिकियों के साथ चार्जिंग समय भी कम हो सकता है।

अन्य तकनीकी प्रगति जैसे यूएवी और मोबाइल रोबोट को बैटरी विकास से बहुत लाभ हुआ है। वहाँ गति रणनीतियाँ और नियंत्रण रणनीतियाँ बैटरी की क्षमता और प्रदान की गई शक्ति पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं।

BESS क्या है

BESS या बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली एक ऊर्जा भंडारण प्रणाली है जिसका उपयोग ऊर्जा भंडारण के लिए किया जा सकता है। यह ऊर्जा मुख्य ग्रिड से या पवन ऊर्जा और सौर ऊर्जा जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से आ सकती है। यह आवश्यकताओं के आधार पर अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन (श्रृंखला/समानांतर) और आकार में व्यवस्थित कई बैटरियों से बना है। वे एक इन्वर्टर से जुड़े होते हैं जिसका उपयोग उपयोग के लिए डीसी पावर को एसी पावर में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। बैटरी की स्थिति और चार्जिंग/डिस्चार्जिंग ऑपरेशन की निगरानी के लिए बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) का उपयोग किया जाता है।

अन्य ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की तुलना में, वे स्थान/कनेक्ट करने के लिए विशेष रूप से लचीले होते हैं और उन्हें अत्यधिक महंगे बुनियादी ढांचे की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन वे अभी भी काफी लागत पर आते हैं और उपयोग के आधार पर अधिक नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है।

BESS आकार और उपयोग की आदतें

बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली स्थापित करते समय ध्यान देने योग्य एक महत्वपूर्ण बिंदु आकार है। कितनी बैटरियों की आवश्यकता है? किस विन्यास में? कुछ मामलों में, लागत बचत और दक्षता के मामले में बैटरी का प्रकार लंबे समय में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है

यह मामला-दर-मामला आधार पर किया जाता है क्योंकि अनुप्रयोग छोटे घरों से लेकर बड़े औद्योगिक संयंत्रों तक हो सकते हैं।

छोटे घरों के लिए, विशेष रूप से शहरी क्षेत्रों में, सबसे आम नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत फोटोवोल्टिक पैनलों का उपयोग करके सौर ऊर्जा है। इंजीनियर आम तौर पर घर की औसत बिजली खपत पर विचार करेगा और विशिष्ट स्थान के लिए वर्ष भर में सौर विकिरण का आकलन करेगा। बैटरियों की संख्या और उनके ग्रिड कॉन्फ़िगरेशन को वर्ष की सबसे कम सौर ऊर्जा आपूर्ति के दौरान घरेलू मांगों से मेल खाने के लिए चुना जाता है, जबकि बैटरियों को पूरी तरह से खत्म नहीं किया जाता है। यह मुख्य ग्रिड से पूर्ण बिजली स्वतंत्रता का समाधान मान रहा है।

चार्ज की अपेक्षाकृत मध्यम स्थिति बनाए रखना या बैटरियों को पूरी तरह से डिस्चार्ज न करना कुछ ऐसा है जो पहली बार में सहज ज्ञान युक्त नहीं हो सकता है। आख़िरकार, यदि हम इसकी पूरी क्षमता का दोहन नहीं कर सकते तो भंडारण प्रणाली का उपयोग क्यों करें? सिद्धांत रूप में यह संभव है, लेकिन यह वह रणनीति नहीं हो सकती है जो निवेश पर रिटर्न को अधिकतम करती है।

BESS का एक मुख्य नुकसान बैटरियों की अपेक्षाकृत उच्च लागत है। इसलिए, उपयोग की आदत या चार्जिंग/डिस्चार्जिंग रणनीति चुनना जो बैटरी जीवनकाल को अधिकतम करे, आवश्यक है। उदाहरण के लिए, लेड एसिड बैटरियों को अपरिवर्तनीय क्षति के बिना 50% क्षमता से नीचे डिस्चार्ज नहीं किया जा सकता है। लिथियम-आयन बैटरियों में उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबा चक्र जीवन होता है। इन्हें बड़ी रेंज का उपयोग करके भी डिस्चार्ज किया जा सकता है, लेकिन यह बढ़ी हुई कीमत पर आता है। विभिन्न रसायन शास्त्र के बीच लागत में एक उच्च भिन्नता है, लीड एसिड बैटरी एक ही आकार की लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में सैकड़ों से हजारों डॉलर सस्ती हो सकती हैं। यही कारण है कि तीसरी दुनिया के देशों और गरीब समुदायों में सौर अनुप्रयोगों में लेड एसिड बैटरियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

अपने जीवनकाल के दौरान गिरावट से बैटरी का प्रदर्शन काफी प्रभावित होता है, इसमें स्थिर प्रदर्शन नहीं होता है जो अचानक विफलता के साथ समाप्त होता है। इसके बजाय, क्षमता और प्रदान की गई उत्तरोत्तर फीकी पड़ सकती है। व्यवहार में, बैटरी का जीवनकाल तब समाप्त माना जाता है जब उसकी क्षमता उसकी मूल क्षमता की 80% तक पहुँच जाती है। दूसरे शब्दों में, जब यह 20% क्षमता का अनुभव करता है तो फीका पड़ जाता है। व्यवहार में, इसका मतलब है कि कम मात्रा में ऊर्जा प्रदान की जा सकती है। यह पूरी तरह से स्वतंत्र प्रणालियों के उपयोग की अवधि और ईवी द्वारा कवर की जा सकने वाली माइलेज की मात्रा को प्रभावित कर सकता है।

विचार करने योग्य एक और बिंदु सुरक्षा है। विनिर्माण और प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ, हाल की बैटरियां आम तौर पर रासायनिक रूप से अधिक स्थिर हो गई हैं। हालाँकि, गिरावट और दुरुपयोग के इतिहास के कारण, कोशिकाएँ थर्मल रनवे में जा सकती हैं जिससे भयावह परिणाम हो सकते हैं और कुछ मामलों में उपभोक्ताओं का जीवन खतरे में पड़ सकता है।

यही कारण है कि कंपनियों ने बैटरी के उपयोग को नियंत्रित करने के साथ-साथ समय पर रखरखाव प्रदान करने और गंभीर परिणामों से बचने के लिए स्वास्थ्य की स्थिति की निगरानी करने के लिए बेहतर बैटरी मॉनिटरिंग सॉफ्टवेयर (बीएमएस) विकसित किया है।

निष्कर्ष

ग्रिड-ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ मुख्य ग्रिड से बिजली की स्वतंत्रता प्राप्त करने का एक शानदार अवसर प्रदान करती हैं, लेकिन डाउनटाइम और पीक लोड अवधि के दौरान बिजली का बैकअप स्रोत भी प्रदान करती हैं। वहां के विकास से हरित ऊर्जा स्रोतों की ओर बदलाव में मदद मिलेगी, जिससे जलवायु परिवर्तन पर ऊर्जा उत्पादन के प्रभाव को सीमित किया जा सकेगा और साथ ही खपत में निरंतर वृद्धि के साथ ऊर्जा आवश्यकताओं को भी पूरा किया जा सकेगा।

बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ सबसे अधिक उपयोग की जाती हैं और विभिन्न रोजमर्रा के अनुप्रयोगों के लिए कॉन्फ़िगर करना सबसे आसान है। उनके उच्च लचीलेपन का मुकाबला अपेक्षाकृत उच्च लागत से होता है, जिससे संबंधित जीवनकाल को यथासंभव लंबा करने के लिए निगरानी रणनीतियों का विकास होता है। वर्तमान में, उद्योग और शिक्षा जगत विभिन्न परिस्थितियों में बैटरी की खराबी की जांच करने और उसे समझने के लिए काफी प्रयास कर रहे हैं।