Bagaimana cara menyimpan listrik di luar jaringan?

Selama 50 tahun terakhir, konsumsi listrik global terus meningkat, dengan perkiraan penggunaan sekitar 25.300 terawatt-jam pada tahun 2021. Dengan transisi menuju industri 4.0, terjadi peningkatan permintaan energi di seluruh dunia. Angka-angka ini terus meningkat setiap tahunnya, belum termasuk kebutuhan listrik sektor industri dan ekonomi lainnya. Pergeseran industri dan konsumsi energi yang tinggi disertai dengan dampak perubahan iklim yang lebih nyata akibat emisi gas rumah kaca yang berlebihan. Saat ini, sebagian besar pembangkit listrik dan fasilitas pembangkit listrik sangat bergantung pada sumber bahan bakar fosil (minyak dan gas) untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Kekhawatiran iklim ini melarang pembangkitan energi tambahan menggunakan metode konvensional. Oleh karena itu, pengembangan sistem penyimpanan energi yang efisien dan andal menjadi semakin penting untuk menjamin pasokan energi yang berkelanjutan dan andal dari sumber terbarukan.

Sektor energi telah meresponsnya dengan beralih ke energi terbarukan atau solusi “hijau”. Transisi ini dibantu oleh teknik manufaktur yang lebih baik, misalnya yang mengarah pada pembuatan bilah turbin angin yang lebih efisien. Selain itu, para peneliti juga mampu meningkatkan efisiensi sel fotovoltaik, sehingga menghasilkan pembangkitan energi yang lebih baik per area penggunaan. Pada tahun 2021, pembangkitan listrik dari sumber fotovoltaik surya (PV) meningkat secara signifikan, mencapai rekor 179 TWh dan mewakili pertumbuhan sebesar 22% dibandingkan tahun 2020. Teknologi PV surya kini menyumbang 3,6% dari pembangkit listrik global dan saat ini merupakan energi terbarukan terbesar ketiga. sumber energi setelah tenaga air dan angin.

Namun, terobosan-terobosan ini tidak menyelesaikan beberapa kelemahan yang melekat pada sistem energi terbarukan, terutama ketersediaannya. Sebagian besar metode ini tidak menghasilkan energi sesuai permintaan seperti pembangkit listrik tenaga batu bara dan minyak. Output energi surya misalnya tersedia sepanjang hari dengan variasi tergantung pada sudut penyinaran matahari dan posisi panel PV. Ia tidak dapat menghasilkan energi apa pun pada malam hari, sementara keluarannya berkurang secara signifikan selama musim dingin dan pada hari-hari yang sangat berawan. Tenaga angin juga mengalami fluktuasi tergantung pada kecepatan angin. Oleh karena itu, solusi ini perlu dipadukan dengan sistem penyimpanan energi untuk mempertahankan pasokan energi selama periode produksi rendah.

Apa itu sistem penyimpanan energi?

Sistem penyimpanan energi dapat menyimpan energi untuk digunakan pada tahap selanjutnya. Dalam beberapa kasus, akan terjadi konversi energi antara energi yang disimpan dan energi yang disediakan. Contoh paling umum adalah baterai listrik seperti baterai lithium-ion atau baterai timbal-asam. Mereka menyediakan energi listrik melalui reaksi kimia antara elektroda dan elektrolit.

Baterai, atau BESS (sistem penyimpanan energi baterai), mewakili metode penyimpanan energi yang paling umum digunakan dalam aplikasi kehidupan sehari-hari. Ada sistem penyimpanan lain seperti pembangkit listrik tenaga air yang mengubah energi potensial air yang disimpan di bendungan menjadi energi listrik. Air yang jatuh ke bawah akan memutar roda gila turbin yang menghasilkan energi listrik. Contoh lainnya adalah gas yang dimampatkan, jika dilepaskan maka gas tersebut akan memutar roda turbin yang menghasilkan tenaga.

Yang membedakan baterai dari metode penyimpanan lainnya adalah potensi area pengoperasiannya. Mulai dari perangkat kecil dan catu daya mobil hingga aplikasi rumah tangga dan pembangkit listrik tenaga surya besar, baterai dapat diintegrasikan dengan mulus ke aplikasi penyimpanan off-grid apa pun. Di sisi lain, metode pembangkit listrik tenaga air dan udara bertekanan memerlukan infrastruktur penyimpanan yang sangat besar dan kompleks. Hal ini menyebabkan biaya yang sangat tinggi yang memerlukan aplikasi yang sangat besar agar dapat dibenarkan.

Kasus penggunaan untuk sistem penyimpanan off-grid.

Seperti disebutkan sebelumnya, sistem penyimpanan off-grid dapat memfasilitasi penggunaan dan ketergantungan pada metode energi terbarukan seperti tenaga surya dan angin. Meskipun demikian, ada aplikasi lain yang dapat memperoleh manfaat besar dari sistem tersebut

Jaringan listrik kota bertujuan untuk menyediakan jumlah listrik yang tepat berdasarkan pasokan dan permintaan masing-masing kota. Daya yang dibutuhkan dapat berfluktuasi sepanjang hari. Sistem penyimpanan off-grid telah digunakan untuk mengurangi fluktuasi dan memberikan stabilitas lebih pada saat permintaan puncak. Dari perspektif yang berbeda, sistem penyimpanan off-the grid bisa sangat bermanfaat untuk mengkompensasi kesalahan teknis yang tidak terduga pada jaringan listrik utama atau selama periode pemeliharaan terjadwal. Mereka dapat memenuhi kebutuhan listrik tanpa harus mencari sumber energi alternatif. Misalnya saja badai es Texas pada awal Februari 2023 yang menyebabkan sekitar 262.000 orang kehilangan aliran listrik, sementara perbaikan tertunda karena kondisi cuaca yang sulit.

Kendaraan listrik adalah aplikasi lain. Para peneliti telah mencurahkan banyak upaya untuk mengoptimalkan produksi baterai dan strategi pengisian/pengosongan baterai untuk memperpanjang masa pakai dan kepadatan daya baterai. Baterai lithium-ion telah menjadi yang terdepan dalam revolusi kecil ini dan telah digunakan secara luas pada mobil listrik baru dan juga bus listrik. Baterai yang lebih baik dalam hal ini dapat menghasilkan jarak tempuh yang lebih besar tetapi juga mengurangi waktu pengisian daya dengan teknologi yang tepat.

Kemajuan teknologi lainnya seperti UAV dan robot bergerak mendapat banyak manfaat dari pengembangan baterai. Di sana strategi gerak dan strategi pengendalian sangat bergantung pada kapasitas baterai dan daya yang disediakan.

Apa itu BESS

BESS atau sistem penyimpanan energi baterai merupakan sistem penyimpanan energi yang dapat digunakan untuk menyimpan energi. Energi ini dapat berasal dari jaringan listrik utama atau dari sumber energi terbarukan seperti energi angin dan energi matahari. Ini terdiri dari beberapa baterai yang disusun dalam konfigurasi berbeda (seri/paralel) dan ukurannya berdasarkan kebutuhan. Mereka terhubung ke inverter yang digunakan untuk mengubah daya DC menjadi daya AC untuk digunakan. Asistem manajemen baterai (BMS)digunakan untuk memantau kondisi baterai dan operasi pengisian/pengosongan.

Dibandingkan dengan sistem penyimpanan energi lainnya, sistem ini sangat fleksibel untuk ditempatkan/disambungkan dan tidak memerlukan infrastruktur yang mahal, namun tetap memerlukan biaya yang besar dan memerlukan pemeliharaan yang lebih rutin berdasarkan penggunaannya.

Ukuran dan kebiasaan penggunaan BESS

Hal penting yang harus ditangani saat memasang sistem penyimpanan energi baterai adalah ukuran. Berapa banyak baterai yang dibutuhkan? Dalam konfigurasi apa? Dalam beberapa kasus, jenis baterai dapat memainkan peran penting dalam jangka panjang dalam hal penghematan biaya dan efisiensi

Hal ini dilakukan berdasarkan kasus per kasus karena penerapannya dapat berkisar dari rumah tangga kecil hingga pabrik industri besar.

Sumber energi terbarukan yang paling umum untuk rumah tangga kecil, terutama di daerah perkotaan, adalah tenaga surya yang menggunakan panel fotovoltaik. Insinyur secara umum akan mempertimbangkan konsumsi daya rata-rata rumah tangga dan menilai radiasi matahari sepanjang tahun untuk lokasi tertentu. Jumlah baterai dan konfigurasi jaringannya dipilih agar sesuai dengan kebutuhan rumah tangga selama pasokan tenaga surya terendah tahun ini dan tidak menguras baterai sepenuhnya. Hal ini dengan asumsi solusi untuk memiliki kemandirian daya sepenuhnya dari jaringan utama.

Mempertahankan kondisi pengisian daya yang relatif moderat atau tidak mengosongkan baterai sepenuhnya adalah sesuatu yang mungkin berlawanan dengan intuisi pada awalnya. Lagi pula, untuk apa menggunakan sistem penyimpanan jika kita tidak dapat mengekstraknya secara maksimal? Secara teori, hal ini mungkin terjadi, namun mungkin bukan strategi yang memaksimalkan laba atas investasi.

Salah satu kelemahan utama BESS adalah harga baterai yang relatif mahal. Oleh karena itu, memilih kebiasaan penggunaan atau strategi pengisian/pengosongan yang memaksimalkan masa pakai baterai sangatlah penting. Misalnya, baterai asam timbal tidak dapat habis dayanya di bawah 50% tanpa mengalami kerusakan permanen. Baterai litium-ion memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi dan masa pakai yang lama. Mereka juga dapat dilepaskan dengan menggunakan rentang yang lebih besar, namun hal ini harus dibayar dengan harga yang lebih tinggi. Ada perbedaan harga yang tinggi di antara berbagai kimia, baterai asam timbal bisa ratusan hingga ribuan dolar lebih murah dibandingkan baterai lithium-ion dengan ukuran yang sama. Inilah sebabnya mengapa baterai asam timbal paling banyak digunakan dalam aplikasi tenaga surya di negara-negara dunia ketiga dan komunitas miskin.

Kinerja baterai sangat dipengaruhi oleh degradasi selama masa pakainya, kinerja baterai tidak stabil yang berakhir dengan kegagalan mendadak. Sebaliknya, kapasitas dan ketersediaannya bisa semakin berkurang. Dalam praktiknya, masa pakai baterai dianggap habis ketika kapasitasnya mencapai 80% dari kapasitas aslinya. Dengan kata lain, ketika mengalami penurunan kapasitas sebesar 20%. Dalam praktiknya, hal ini berarti jumlah energi yang dapat disediakan lebih sedikit. Hal ini dapat memengaruhi periode penggunaan untuk sistem yang sepenuhnya independen dan jumlah jarak tempuh yang dapat dijangkau oleh sebuah kendaraan listrik.

Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah keamanan. Dengan kemajuan di bidang manufaktur dan teknologi, baterai terkini secara umum lebih stabil secara kimia. Namun karena riwayat degradasi dan penyalahgunaan, sel dapat mengalami kehilangan panas yang dapat mengakibatkan bencana besar dan dalam beberapa kasus membahayakan nyawa konsumen.

Inilah sebabnya mengapa perusahaan telah mengembangkan perangkat lunak pemantauan baterai (BMS) yang lebih baik untuk mengontrol penggunaan baterai tetapi juga memantau kondisi kesehatan untuk memberikan perawatan tepat waktu dan menghindari konsekuensi yang lebih buruk.

Kesimpulan

Sistem penyimpanan energi jaringan memberikan peluang besar untuk mencapai kemandirian daya dari jaringan utama tetapi juga menyediakan sumber daya cadangan selama waktu henti dan periode beban puncak. Pembangunan di sana akan memfasilitasi peralihan ke sumber energi yang lebih ramah lingkungan, sehingga membatasi dampak pembangkitan energi terhadap perubahan iklim sambil tetap memenuhi kebutuhan energi dengan pertumbuhan konsumsi yang konstan.

Sistem penyimpanan energi baterai adalah yang paling umum digunakan dan paling mudah dikonfigurasi untuk berbagai aplikasi sehari-hari. Fleksibilitasnya yang tinggi diimbangi dengan biaya yang relatif tinggi, sehingga mengarah pada pengembangan strategi pemantauan untuk memperpanjang masa pakainya semaksimal mungkin. Saat ini, industri dan akademisi berupaya keras untuk menyelidiki dan memahami degradasi baterai dalam berbagai kondisi.