Tijekom proteklih 50 godina, kontinuirano je povećanje globalne potrošnje električne energije, s procijenjenom upotrebom od oko 25.300 teravata u satima 2021. godine. S prijelazom prema industriji 4.0, povećava se energetske potrebe u cijelom svijetu. Ovi se brojevi povećavaju svake godine, ne uključuju potrebe za napajanjem industrijskih i drugih ekonomskih sektora. Ovaj industrijski pomak i potrošnja velike snage povezani su s opipljivim učincima klimatskih promjena zbog prekomjerne emisije stakleničkih plinova. Trenutno se većina postrojenja i objekata za proizvodnju energije u velikoj mjeri oslanja na izvore fosilnih goriva (nafta i plin) kako bi ispunili takve zahtjeve. Ove klimatske zabrinutosti zabranjuju dodatnu proizvodnju energije pomoću konvencionalnih metoda. Stoga je razvoj učinkovitih i pouzdanih sustava skladištenja energije postao sve važniji kako bi se osigurala kontinuirana i pouzdana opskrba energijom iz obnovljivih izvora.

Energetski sektor reagirao je prelaskom na obnovljivu energiju ili "zeleno" rješenja. Prijelaz su pomogle poboljšane proizvodne tehnike, što je na primjer, na primjer, na učinkovitiju proizvodnju lopatica vjetroagregata. Također, istraživači su uspjeli poboljšati učinkovitost fotonaponskih stanica, što je dovelo do boljeg proizvodnje energije po području upotrebe. Godine 2021. stvaranje električne energije iz solarnih fotonaponskih (PV) izvora značajno se povećalo, dosegnuvši rekordnih 179 TWH i predstavljajući rast od 22% u usporedbi s 2020. solarnom PV tehnologijom sada čini 3,6% globalne proizvodnje električne energije, a trenutno je treća najveća obnovljiva obnovljiva Izvor energije nakon hidroelektrane i vjetra.

Međutim, ovi proboji ne rješavaju neke od inherentnih nedostataka sustava obnovljivih izvora energije, uglavnom dostupnosti. Većina ovih metoda ne proizvodi energiju na zahtjev kao elektrane ugljena i nafte. Izlazi solarne energije na primjer su dostupni tijekom dana s varijacijama ovisno o kutovima zračenja sunca i pozicioniranju PV ploče. Ne može proizvesti nikakvu energiju tijekom noći, dok se njegov izlaz značajno smanjuje tijekom zimske sezone i u vrlo oblačnim danima. Snaga vjetra također pati od fluktuacija, ovisno o brzini vjetra. Stoga se ta rješenja trebaju povezati s sustavima za skladištenje energije kako bi se održala opskrba energijom tijekom niskih izlaznih razdoblja.

Što su sustavi za skladištenje energije?

Sustavi za skladištenje energije mogu pohraniti energiju kako bi se koristili u kasnijoj fazi. U nekim će slučajevima postojati oblik pretvorbe energije između pohranjene energije i osigurane energije. Najčešći primjer su električne baterije kao što su litij-ionske baterije ili baterije s olovnim kiselinama. Oni pružaju električnu energiju kemijskim reakcijama između elektroda i elektrolita.

Baterije ili BESS (sustav za skladištenje energije baterije) predstavljaju najčešće metodu skladištenja energije koja se koristi u aplikacijama za svakodnevni život. Drugi sustav skladištenja postoji kao što su hidroelektrane koje pretvaraju potencijalnu energiju vode pohranjene u brani u električnu energiju. Voda koja pada dolje okrenut će zamašnjak turbine koja proizvodi električnu energiju. Drugi primjer je komprimirani plin, nakon oslobađanja plin će okrenuti kotač energije koja proizvodi turbinu.

Ono što odvaja baterije od ostalih metoda skladištenja su njihova potencijalna područja rada. Od malih uređaja i automobilskog napajanja do primjene kućanstava i velikih solarnih farmi, baterije se mogu neprimjetno integrirati u bilo koju aplikaciju za skladištenje izvan mreže. S druge strane, metode hidroelektrane i komprimiranog zraka zahtijevaju vrlo veliku i složenu infrastrukturu za skladištenje. To dovodi do vrlo visokih troškova koji zahtijevaju vrlo velike aplikacije kako bi se opravdalo.

Koristite slučajeve za sustave za pohranu izvan mreže.

Kao što je prethodno spomenuto, sustavi za skladištenje izvan mreže mogu olakšati upotrebu i oslanjanje na metode obnovljivih izvora energije kao što su solarna i vjetroelektrana. Unatoč tome, postoje i druge aplikacije koje mogu uvelike imati koristi od takvih sustava

Gradske mreže za napajanje imaju za cilj osigurati pravu količinu energije na temelju ponude i potražnje svakog grada. Potrebna snaga može fluktuirati tijekom dana. Sustavi za skladištenje izvan mreže korišteni su za smanjenje fluktuacije i pružanje veće stabilnosti u slučajevima najveće potražnje. Iz druge perspektive, sustavi za skladištenje mreže mogu biti vrlo korisni za nadoknadu bilo koje nepredviđene tehničke greške u glavnoj mreži za napajanje ili tijekom zakazanih razdoblja održavanja. Oni mogu ispuniti zahtjeve za napajanje bez traženja alternativnih izvora energije. Može se navesti, na primjer, Teksaška ledena oluja početkom veljače 2023. u kojoj je oko 262 000 ljudi ostalo bez struje, dok su popravci odgođeni zbog teških vremenskih uvjeta.

Električna vozila su još jedna primjena. Istraživači su izlili puno napora kako bi optimizirali strategije proizvodnje baterije i punjenja/ispuštanja kako bi se opseglili životni vijek i gustoća napajanja baterija. Litij-ionske baterije bile su na čelu ove male revolucije i intenzivno su korištene u novim električnim automobilima, ali i električnim autobusima. Bolje baterije u ovom slučaju mogu dovesti do veće kilometraže, ali također smanjeno vrijeme punjenja s pravim tehnologijama.

Ostali tehnološki napredak voli UAV -ove i mobilni roboti uvelike su imali koristi od razvoja baterije. Postoje strategije kretanja i strategije upravljanja u velikoj se mjeri oslanjaju na kapacitet i snagu baterije.

Što je Bess

BESS ili sustav za skladištenje energije baterije je sustav za skladištenje energije koji se može koristiti za pohranjivanje energije. Ova energija može doći iz glavne mreže ili iz obnovljivih izvora energije poput energije vjetra i solarne energije. Sastoji se od više baterija raspoređenih u različitim konfiguracijama (serija/paralelno) i veličine na temelju zahtjeva. Povezani su s pretvaračem koji se koristi za pretvaranje istosmjerne snage u izmjeničnu snagu za upotrebu. Sustav upravljanja baterijom (BMS) koristi se za praćenje uvjeta baterije i rad punjenja/ispuštanja.

U usporedbi s drugim sustavima za skladištenje energije, posebno su fleksibilni za postavljanje/povezivanje i ne zahtijevaju vrlo skupu infrastrukturu, ali oni i dalje dolaze uz znatne troškove i zahtijevaju redovnije održavanje na temelju upotrebe.

BESS navike veličine i upotrebe

Ključna točka za rješavanje prilikom instaliranja sustava za pohranu baterije je dimenzija. Koliko je baterija potrebno? U kojoj konfiguraciji? U nekim slučajevima vrsta baterije može dugoročno igrati ključnu ulogu u smislu uštede troškova i učinkovitosti

To se radi u slučaju slučaja, jer aplikacije mogu biti u rasponu od malih kućanstava do velikih industrijskih postrojenja.

Najčešći izvor obnovljivih izvora energije za mala kućanstva, posebno u urbanim područjima, je solarna pomoću fotonaponskih ploča. Inženjer bi općenito razmotrio prosječnu potrošnju energije kućanstva i zahtijevao solarno zračenje tijekom godine za određeno mjesto. Broj baterija i njihova konfiguracija mreže odabrani su kako bi odgovarali zahtjevima kućanstva tijekom najnižeg solarnog napajanja u godini, a pritom u potpunosti isušivanje baterija. Ovo pretpostavlja rješenje za potpunu neovisnost snage od glavne mreže.

Održavanje relativno umjerenog stanja punjenja ili ne u potpunosti ispuštanje baterija nešto je što bi u početku moglo biti kontra intuitivno. Uostalom, zašto koristiti sustav za pohranu ako ga ne možemo izvući u potpunosti? Teoretski je to moguće, ali možda nije strategija koja maksimizira povrat ulaganja.

Jedan od glavnih nedostataka BESS -a su relativno visoki troškovi baterija. Stoga je bitno odabir navike upotrebe ili strategiju punjenja/ispuštanja koja maksimizira životni vijek baterije. Na primjer, baterije olovnih kiselina ne mogu se isprazniti ispod 50% kapaciteta bez patnje od nepovratnih oštećenja. Litij-ionske baterije imaju veću gustoću energije, dugi životni vijek. Također se mogu otpustiti pomoću većih raspona, ali to dolazi po cijeni povećane cijene. Postoji velika odstupanja između različitih kemijskih baterija, baterije olovnih kiselina mogu biti stotine do tisuće dolara jeftinije od litij-ionske baterije iste veličine. Zbog toga se baterije olovnih kiselina najviše koriste u solarnim primjenama u zemljama 3. svijeta i siromašnim zajednicama.

Na performanse baterije snažno utječe degradacija tijekom svog životnog vijeka, nema stalne performanse koje završavaju iznenadnim kvarovima. Umjesto toga, kapacitet i pruženi mogu progresivno izblijediti. U praksi se smatra da je vijek trajanja baterije ponestalo kada njegov kapacitet dosegne 80% svog izvornog kapaciteta. Drugim riječima, kada doživljava 20% kapaciteta izblijedi. U praksi to znači da se može osigurati manja količina energije. To može utjecati na razdoblja upotrebe za potpuno neovisne sustave i količinu kilometraže koju EV može pokriti.

Druga točka koju treba uzeti u obzir je sigurnost. S napretkom u proizvodnji i tehnologiji, nedavne baterije općenito su kemijski stabilniji. Međutim, zbog degradacije i povijesti zlouporabe, stanice mogu ući u toplinski odmor, što može dovesti do katastrofalnih rezultata, a u nekim slučajevima život potrošača dovesti u opasnost.

Zbog toga su tvrtke razvile bolji softver za praćenje baterija (BMS) za kontrolu korištenja baterije, ali i nadgledanje zdravstvenog stanja kako bi osigurale pravovremeno održavanje i izbjegle otežane posljedice.

Zaključak

Od mrežnih energetskih sustava pružaju veliku priliku za postizanje neovisnosti snage od glavne mreže, ali također pružaju rezervni izvor energije tijekom razdoblja propadanja i vršnih razdoblja opterećenja. Tamo bi razvoj olakšao pomak prema zelenijim izvorima energije, ograničavajući na taj način utjecaj proizvodnje energije na klimatske promjene, a istovremeno ispunjavajući energetske potrebe s stalnim rastom potrošnje.

Sustavi za pohranu energije baterije najčešće su korišteni i najlakši za konfiguriranje za različite svakodnevne aplikacije. Njihova visoka fleksibilnost suprotstavlja se relativno visokim troškovima, što dovodi do razvoja strategija praćenja kako bi se što više produžilo odgovarajući životni vijek. Trenutno industrija i akademske zajednice izlijevaju mnogo napora kako bi istražili i razumjeli degradaciju baterije u različitim uvjetima.