Hogyan tárolhatjuk az áramot a hálózaton?

Az elmúlt 50 évben folyamatosan növekedett a globális villamosenergia-fogyasztás, a becslések szerint 2021-ben mintegy 25 300 terawattóra volt. Ezek a számok évente növekszenek, nem számítva az ipari és más gazdasági ágazatok energiaigényét. Ez az ipari eltolódás és a nagy teljesítményű fogyasztás az üvegházhatású gázok túlzott kibocsátása miatt kézzelfoghatóbb éghajlatváltozással jár. Jelenleg a legtöbb energiatermelő növény és létesítmény erősen támaszkodik a fosszilis tüzelőanyagok forrásaira (olaj és gáz), hogy megfeleljen az ilyen követelményeknek. Ezek az éghajlati aggodalmak a hagyományos módszerekkel tiltják a további energiatermelést. Így a hatékony és megbízható energiatároló rendszerek fejlesztése egyre fontosabbá válik a megújuló források folyamatos és megbízható energiaellátásának biztosítása érdekében.

Az energiaágazat reagált a megújuló energia vagy a „zöld” megoldások felé történő áttéréssel. Az átmenetet elősegítette a javított gyártási technikák, amelyek például a szélturbina pengék hatékonyabb gyártásához vezetnek. Ezenkívül a kutatók javították a fotovoltaikus sejtek hatékonyságát, ami jobb energiatermelést eredményezett felhasználási területenként. 2021 -ben a napenergia -fotovoltaikus (PV) forrásokból származó villamosenergia -termelés jelentősen növekedett, és rekord 179 TWH -t ér el, és a 2020 -hoz képest 22% -os növekedést jelent. energiaforrás a vízenergia és a szél után.

Ezek az áttörések azonban nem oldják meg a megújuló energiarendszerek, elsősorban a rendelkezésre állást. Ezeknek a módszereknek a többsége nem termel energiát igény szerint szén- és olajipari üzemként. A napenergia -kimenetek például a nap folyamán érhetők el, a nap besugárzási szögeitől és a PV panel pozicionálásától függően. Nem képes energiát termelni éjszaka, miközben a termelése jelentősen csökken a téli szezonban és a nagyon felhős napokon. A szélenergia a szélsebességtől függően is szenved az ingadozásoktól. Ezért ezeket a megoldásokat az energiaellátó rendszerekkel kell összekapcsolni az energiaellátás fenntartása érdekében az alacsony kimeneti időszakokban.

Mik az energiatároló rendszerek?

Az energiatároló rendszerek energiát tárolhatnak annak érdekében, hogy később felhasználhassák. Bizonyos esetekben a tárolt energia és az energia közötti energiaátalakítás egy formája lesz. A leggyakoribb példa az elektromos akkumulátorok, például a lítium-ion akkumulátorok vagy az ólom-sav akkumulátorok. Elektromos energiát biztosítanak az elektródok és az elektrolit közötti kémiai reakciók révén.

Az akkumulátorok vagy a BESS (akkumulátor -energiatároló rendszer) a leggyakoribb energiatárolási módszert képviselik a mindennapi életben. Más tárolórendszer létezik, például vízenergia -növények, amelyek átalakítják a gátban tárolt víz potenciális energiáját elektromos energiává. A leeső víz elfordítja az elektromos energiát termelő turbina lendkerékét. Egy másik példa a sűrített gáz, a felszabaduláskor a gáz a turbinát termelő teljesítmény kerékét fordítja.

Az, ami elválasztja az akkumulátorokat a többi tárolási módszertől, az a potenciális működési területek. A kis eszközöktől és az autó tápegységétől a háztartási alkalmazásokig és a nagy napenergia-gazdaságokig az akkumulátorok zökkenőmentesen integrálhatók a hálózaton kívüli tárolási alkalmazásokba. Másrészt a vízenergia és a sűrített levegő módszerei nagyon nagy és összetett infrastruktúrákat igényelnek a tároláshoz. Ez nagyon magas költségekhez vezet, amelyek nagyon nagy alkalmazásokat igényelnek, hogy igazolható legyen.

Használjon eseteket a hálózaton kívüli tároló rendszerekhez.

Mint korábban említettük, a hálózaton kívüli tárolórendszerek megkönnyíthetik a megújuló energia-módszerek, például a napenergia és a szélenergia felhasználását és támaszkodását. Ennek ellenére vannak más alkalmazások is, amelyek nagyban részesülhetnek az ilyen rendszerekből

A városi villamosenergia -hálózatok célja, hogy az egyes városok kereslete és kereslete alapján megfelelő mennyiségű energiát biztosítsanak. A szükséges energia egész nap ingadozhat. A hálózaton kívüli tárolórendszereket használták az ingadozások csökkentésére és a csúcsigény esetén nagyobb stabilitást biztosítanak. Más szempontból a rács-tárolórendszerek rendkívül előnyösek lehetnek a fő energiahálózatban vagy az ütemezett karbantartási periódusok előre nem látható műszaki hibájának kompenzálására. Az energiaszövetelmények megfelelhetnek anélkül, hogy alternatív energiaforrásokat kellene keresniük. Meg lehet idézni például a Texas Ice Storm 2023 február elején, amely körülbelül 262 000 embert hagyott energia nélkül, miközben a javítások késleltették a nehéz időjárási viszonyok miatt.

Az elektromos járművek egy másik alkalmazás. A kutatók sok erőfeszítést tettek az akkumulátorok gyártási és töltési/kibocsátási stratégiáinak optimalizálására annak érdekében, hogy az akkumulátorok élettartamát és teljesítmény sűrűségét és energiaterüljenek. A lítium-ion akkumulátorok ennek a kis forradalomnak az élvonalában voltak, és széles körben felhasználták új elektromos autókban, de elektromos buszokban is. A jobb akkumulátorok ebben az esetben nagyobb futásteljesítményhez vezethetnek, de a megfelelő technológiákkal is csökkenthetik a töltési időket.

Más technológiai fejlődés kedveli az UAV -kot, és a mobil robotok nagyban részesültek az akkumulátor fejlesztésében. A mozgási stratégiák és a vezérlési stratégiák nagymértékben támaszkodnak az akkumulátor kapacitására és energiájára.

Mi az a Bess

A BESS vagy az akkumulátor energiatároló rendszere egy energiatároló rendszer, amely felhasználható az energia tárolására. Ez az energia a fő hálózatból vagy a megújuló energiaforrásokból származhat, például a szélenergia és a napenergia. Több akkumulátorból áll, különböző konfigurációkban (sorozat/párhuzamos) és méretben, a követelmények alapján. Ezek egy frekvenciaváltóhoz vannak csatlakoztatva, amelyet az egyenáramú teljesítmény AC teljesítménygé alakításához használnak. Aakkumulátorkezelő rendszer (BMS)az akkumulátor körülményeinek és a töltés/kisülési művelet ellenőrzésére szolgál.

Más energiatároló rendszerekhez képest különösen rugalmasak a helyezéshez/csatlakozáshoz, és nem igényelnek rendkívül drága infrastruktúrát, ám ezek továbbra is jelentős költségekkel járnak, és a használat alapján rendszeresebb karbantartást igényelnek.

Bess méretezés és használati szokások

Az akkumulátor energiatároló rendszerének telepítésekor a kezelés kritikus pontja. Hány elemre van szükség? Milyen konfigurációban? Egyes esetekben az akkumulátor típusa hosszú távon döntő szerepet játszhat a költségmegtakarítás és a hatékonyság szempontjából

Ez eseti alapon történik, mivel az alkalmazások a kis háztartásoktól a nagy ipari növényekig terjedhetnek.

A kis háztartások, különösen a városi területeken, a leggyakoribb megújuló energiaforrás a fotovoltaikus panelek napenergia. A mérnök általában megvizsgálja a háztartás átlagos energiafogyasztását, és a napenergia -besugárzást az egész év során az adott helyszínen. Az akkumulátorok számát és azok rácskonfigurációját úgy választják meg, hogy megfeleljen a háztartási igényeknek az év legalacsonyabb napenergia -ellátása során, miközben nem teljesen ürítik az akkumulátorokat. Ez feltételezhető, hogy olyan megoldás, amely teljes energiafüggetlenséggel rendelkezik a fő rácstól.

Az akkumulátorok viszonylag mérsékelt állapotának megtartása vagy nem teljes mértékben kiürítése olyasmi, ami eleinte ellentétes lehet. Végül is, miért használja a tárolórendszert, ha nem tudjuk teljes potenciált kinyerni? Elméletileg ez lehetséges, de lehet, hogy nem az a stratégia, amely maximalizálja a beruházás megtérülését.

A BESS egyik fő hátránya az akkumulátorok viszonylag magas költsége. Ezért elengedhetetlen az akkumulátor élettartamának maximalizálása, amely maximalizálja az akkumulátor élettartamát maximalizálja a használati szokást vagy egy töltési/kisülési stratégiát. Például az ólomsav akkumulátorokat nem lehet alacsonyabban üríteni az 50% -os kapacitás alatt, anélkül, hogy visszafordíthatatlan károkat szenvednének. A lítium-ion akkumulátorok nagyobb energia sűrűségűek, hosszú ciklus élettartamúak. Nagyobb tartományok felhasználásával is kiüríthetők, de ez a megnövekedett ár költségeivel jár. A különféle vegyszerek között nagy a különbség a költségek között, az ólomsav akkumulátorok több száz-ezer dollárral olcsóbbak lehetnek, mint az azonos méretű lítium-ion akkumulátor. Ez az oka annak, hogy az ólomsav akkumulátorokat a leginkább a napenergia -alkalmazásokban használják a harmadik világ országaiban és a szegény közösségekben.

Az akkumulátor teljesítményét nagymértékben befolyásolja a lebomlás élettartama alatt, nincs állandó teljesítménye, amely hirtelen meghibásodással ér véget. Ehelyett a kapacitás és a biztosított fokozatosan elhalványulhat. A gyakorlatban az akkumulátor élettartamát úgy tekintik, hogy elfogyott, amikor kapacitása eléri az eredeti kapacitás 80% -át. Más szavakkal, amikor 20% -os kapacitást tapasztal. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy alacsonyabb energiát lehet biztosítani. Ez befolyásolhatja a teljesen független rendszerek használati periódusát, és az EV futásteljesítményének mennyisége fedezheti.

Egy másik szempont, amelyet figyelembe kell venni, a biztonság. A gyártás és a technológia fejlődésével a legutóbbi akkumulátorok általában kémiailag stabilabbak voltak. A degradáció és a visszaélés története miatt azonban a sejtek termikus kiszabadulásba kerülhetnek, ami katasztrofális eredményekhez vezethet, és egyes esetekben veszélybe sodorhatja a fogyasztók életét.

Ez az oka annak, hogy a vállalatok fejlesztették ki a jobb akkumulátor -megfigyelő szoftvert (BMS) az akkumulátor használatának ellenőrzésére, de figyelemmel kíséri az egészségállapotot az időben történő karbantartás és a súlyosbított következmények elkerülése érdekében.

Következtetés

A rács-energia tároló rendszerek nagy lehetőséget kínálnak a főhálózatból való energiafüggetlenség elérésére, de a lefelé és a csúcsidőszakban történő biztonsági mentési forrást is biztosítanak. A fejlődés megkönnyítené a zöldebb energiaforrások felé történő elmozdulást, ezáltal korlátozva az energiatermelésnek az éghajlatváltozásra gyakorolt hatását, miközben továbbra is megfelel az energiaigénynek a fogyasztás folyamatos növekedésével.

Az akkumulátor energiatároló rendszerei a leggyakrabban használtak, és a legkönnyebben konfigurálhatók a különböző mindennapi alkalmazásokhoz. Nagy rugalmasságukat egy viszonylag magas költség ellensúlyozza, ami a megfigyelési stratégiák kidolgozásához vezet, amelyek a lehető legnagyobb mértékben meghosszabbítják a megfelelő élettartamot. Jelenleg az ipar és az akadémia sok erőfeszítést tesz az akkumulátor lebomlásának vizsgálatára és megértésére különböző körülmények között.