Hvernig á að geyma rafmagn af ristinni?

Undanfarin 50 ár hefur orðið stöðug aukning á raforkunotkun á heimsvísu og áætluð notkun um 25.300 Terawatt-klukkustundir á árinu 2021. Með umskiptum í átt að iðnaði 4.0 er aukning á orkuþörf um allan heim. Þessum fjölda eykst á hverju ári, þar með talið krafnar kröfur iðnaðar og annarra efnahagslegra atvinnugreina. Þessi iðnaðarbreyting og mikil afl neysla er ásamt áþreifanlegri áhrif loftslagsbreytinga vegna óhóflegrar losunar gróðurhúsalofttegunda. Sem stendur treysta flestar virkjunarverksmiðjur og aðstöðu mjög á jarðefnaeldsneytisgjafa (olíu og gas) til að mæta slíkum kröfum. Þessar loftslagsáhyggjur banna frekari orkuöflun með hefðbundnum aðferðum. Þannig hefur þróun skilvirks og áreiðanlegs orkugeymslukerfa orðið sífellt mikilvægari til að tryggja stöðugt og áreiðanlegt framboð af orku frá endurnýjanlegum aðilum.

Orkugeirinn hefur brugðist við með því að færa í átt að endurnýjanlegri orku eða „grænum“ lausnum. Umskiptin hafa verið hjálpað af bættri framleiðslutækni, sem leiðir til dæmis til skilvirkari framleiðslu vindmyllublaða. Einnig hefur vísindamönnum tekist að bæta skilvirkni ljósgeislafrumna, sem leitt til betri orkuframleiðslu á hverja notkunarsvæði. Árið 2021 jókst raforkuframleiðsla frá sólarljósmyndun (PV) uppspretta verulega, náði met 179 TWH og er 22% vöxtur samanborið við 2020. Orkugjafi eftir vatnsafl og vindi.

Hins vegar leysa þessi bylting ekki nokkra af eðlislægum göllum endurnýjanlegra orkukerfa, aðallega framboð. Flestar þessara aðferða framleiða ekki orku eftirspurn sem kol og olíuvirkjanir. Sólarorkuframleiðsla er til dæmis fáanleg allan daginn með afbrigðum eftir sólargeislun og PV -pallborðs staðsetningu. Það getur ekki framleitt neina orku á nóttunni meðan framleiðsla þess er verulega minnkuð á vetrarvertíðinni og á mjög skýjum dögum. Vindkraftur þjáist líka af sveiflum eftir vindhraða. Þess vegna þarf að tengjast þessum lausnum við orkugeymslukerfi til að halda uppi orkuframboði á lágum framleiðslutímabilum.

Hvað eru orkugeymslukerfi?

Orkugeymslukerfi geta geymt orku til að nota á síðari stigum. Í sumum tilvikum verður mynd af orkubreytingu milli geymdrar orku og veitt orku. Algengasta dæmið er rafhlöður eins og litíumjónarafhlöður eða blý-sýru rafhlöður. Þeir veita raforku með efnafræðilegum viðbrögðum milli rafskautanna og salta.

Rafhlöður, eða BESS (rafhlöðuorkugeymslukerfi), tákna algengustu orkugeymsluaðferðina sem notuð er í daglegum lífsforritum. Annað geymslukerfi er til svo sem vatnsaflsverksmiðjur sem umbreyta mögulegri orku vatns sem geymd er í stíflu í raforku. Vatnið sem fellur niður mun snúa svifhjólinu á hverflinum sem framleiðir raforku. Annað dæmi er þjappað gas, við losun mun gasið snúa hjólinu á hverflinum sem framleiðir afl.

Það sem skilur rafhlöður frá öðrum geymsluaðferðum er möguleg starfssvið þeirra. Allt frá litlum tækjum og bifreiðaframboði til heimilisnota og stórra sólarbúa er hægt að samþætta rafhlöður óaðfinnanlega við hvaða geymsluforrit sem ekki er. Aftur á móti þurfa vatnsafl og þjappaðar loftaðferðir mjög stóra og flókna innviði til geymslu. Þetta leiðir til mjög mikils kostnaðar sem krefst mjög stórra forrita til að það verði réttlætanlegt.

Notaðu mál fyrir geymslukerfi utan nets.

Eins og áður hefur komið fram geta geymslukerfi utan nets auðveldað notkun og treyst á aðferðir við endurnýjanlega orku eins og sól og vindorku. Engu að síður eru til önnur forrit sem geta haft mjög góð af slíkum kerfum

City Power Grids miðar að því að veita rétt magn af krafti miðað við framboð og eftirspurn hverrar borgar. Krafturinn sem þarf getur sveiflast yfir daginn. Geymslukerfi utan nets hafa verið notuð til að draga úr sveiflum og veita meiri stöðugleika í tilvikum um hámarkseftirspurn. Frá öðru sjónarhorni geta geymslukerfin utan netsins verið mjög gagnleg til að bæta upp fyrir ófyrirséða tæknilega bilun í aðalorkukerfinu eða á áætluðum viðhaldstímabilum. Þeir geta uppfyllt aflþörf án þess að þurfa að leita að öðrum orkugjöfum. Maður getur vitnað til dæmis í Ice Storm í Texas í byrjun febrúar 2023 sem skildi eftir um það bil 262 000 manns án valds, meðan viðgerðum var seinkað vegna erfiðra veðurskilyrða.

Rafknúin ökutæki eru önnur forrit. Vísindamenn hafa hellt mikilli fyrirhöfn til að hámarka rafhlöðuframleiðslu og hleðslu/losunaraðferðir til að umfangsmikla líftíma og aflþéttleika rafhlöður. Litíumjónarafhlöður hafa verið í fararbroddi þessarar litlu byltingar og hafa verið notaðar mikið í nýjum rafbílum en einnig rafmagns rútur. Betri rafhlöður í þessu tilfelli geta leitt til stærri mílufjöldi en einnig minnkað hleðslutíma með réttri tækni.

Önnur tækniframfarir hafa gaman af UAV og farsíma vélmenni hafa notið góðs af þróun rafhlöðunnar. Þar treysta hreyfingaráætlanir og stjórnunaráætlanir mikið á rafhlöðugetu og afl sem fylgir.

Hvað er bess

BESS eða rafgeymisgeymslukerfi er orkugeymslukerfi sem hægt er að nota til að geyma orku. Þessi orka getur komið frá aðalnetinu eða frá endurnýjanlegum orkugjöfum eins og vindorku og sólarorku. Það samanstendur af mörgum rafhlöðum sem raðað er í mismunandi stillingar (röð/samsíða) og stærð miðað við kröfurnar. Þeir eru tengdir við inverter sem er notaður til að umbreyta DC aflinu í AC afl til notkunar. A.Rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS)er notað til að fylgjast með rafhlöðuaðstæðum og hleðslu/afgreiðsluaðgerðum.

Í samanburði við önnur orkugeymslukerfi eru þau sérstaklega sveigjanleg til að setja/tengjast og þurfa ekki mjög dýran innviði, en þau koma samt á talsverðan kostnað og þurfa reglulegri viðhald miðað við notkun.

Bess stærð og notkunarvenjur

Mikilvægur punktur til að takast á við rafhlöðuorkugeymslukerfi er stærð. Hversu margar rafhlöður eru nauðsynlegar? Í hvaða stillingu? Í sumum tilvikum getur tegund rafhlöðu gegnt lykilhlutverki þegar til langs tíma er litið hvað varðar sparnað og skilvirkni

Þetta er gert í hverju tilviki fyrir sig þar sem forrit geta verið frá litlum heimilum til stórra iðnaðarverksmiðja.

Algengasta endurnýjanlega orkugjafi fyrir lítil heimili, sérstaklega í þéttbýli, er sólar með ljósgeislaspjöldum. Verkfræðingurinn myndi almennt íhuga meðaltal orkunotkunar heimilisins og ræður sólargeislun yfir árið fyrir tiltekna staðsetningu. Fjöldi rafhlöður og uppstillingu ristanna er valinn til að passa við kröfur heimilanna við lægsta sólarorku ársins en ekki tæma rafhlöðurnar að öllu leyti. Þetta er gert ráð fyrir að lausn hafi fullkomið vald sjálfstæði frá aðalnetinu.

Að halda tiltölulega hóflegu hleðsluástandi eða ekki að losa rafhlöðurnar að fullu er eitthvað sem gæti verið gagnstætt innsæi í fyrstu. Þegar öllu er á botninn hvolft, af hverju að nota geymslukerfi ef við getum ekki dregið það út fullan möguleika? Fræðilega er það mögulegt, en það gæti ekki verið sú stefna sem hámarkar arðsemi fjárfestingarinnar.

Einn helsti ókostur Bess er tiltölulega mikill kostnaður við rafhlöður. Þess vegna er nauðsynleg að velja notkunarvenja eða hleðslu/losunarstefnu sem hámarkar líftíma rafhlöðunnar. Til dæmis er ekki hægt að losa blý sýru rafhlöður undir 50% afkastagetu án þess að þjást af óafturkræfu tjóni. Litíumjónarafhlöður hafa meiri orkuþéttleika, langan tíma. Einnig er hægt að losa þau með stærri svið, en það kostar aukið verð. Það er mikið dreifni á kostnaði milli mismunandi efnafræðinga, blý sýru rafhlöður geta verið hundruð til þúsundir dollara ódýrari en litíumjónarafhlöðu af sömu stærð. Þetta er ástæðan fyrir því að blý sýru rafhlöður eru mest notaðar í sólarforritum í 3. heimslöndum og fátækum samfélögum.

Afköst rafhlöðunnar hafa mikil áhrif á niðurbrot á líftíma sínum, það hefur ekki stöðugan afköst sem endar með skyndilegri bilun. Í staðinn getur afkastagetan og veitt dofnað smám saman. Í reynd er líftími rafhlöðunnar talinn hafa runnið út þegar afkastageta hennar nær 80% af upphaflegri afkastagetu. Með öðrum orðum, þegar það upplifir 20% afkastagetu dofnar. Í reynd þýðir þetta lægra magn af orku. Þetta getur haft áhrif á notkunartímabil fyrir fullkomlega sjálfstæð kerfi og magn mílufjöldi sem EV getur fjallað um.

Annað atriði sem þarf að íhuga er öryggi. Með framförum í framleiðslu og tækni hafa nýlegar rafhlöður almennt verið stöðugri efnafræðilega. Hins vegar vegna niðurbrots og misnotkunarsögu geta frumur farið í hitauppstreymi sem geta leitt til hörmulegra niðurstaðna og í sumum tilvikum setja líf neytenda í hættu.

Þess vegna hafa fyrirtæki þróað betri rafhlöðueftirlitshugbúnað (BMS) til að stjórna notkun rafhlöðunnar en einnig fylgst með heilsufarinu til að veita tímanlega viðhald og forðast versnað afleiðingar.

Niðurstaða

Af geymslukerfum netkerfisins veita frábært tækifæri til að ná fram sjálfstæði frá aðalnetinu en veita einnig öryggisafrit af krafti á niðurdrepum og hámarkshleðslutímabilum. Þar myndi þróun auðvelda breytinguna í átt að grænni orkugjafa og takmarka þannig áhrif orkuvinnslu á loftslagsbreytingar en uppfylla enn orkukröfur með stöðugum vexti í neyslu.

Geymslukerfi rafhlöðu eru mest notuð og auðveldast að stilla fyrir mismunandi dagleg forrit. Mikill sveigjanleiki þeirra er á móti tiltölulega miklum kostnaði, sem leiðir til þróunar eftirlitsaðferða til að lengja viðkomandi líftíma eins mikið og mögulegt er. Sem stendur hella iðnaður og fræðimönnum mikla vinnu til að rannsaka og skilja niðurbrot rafhlöðunnar við mismunandi aðstæður.