במהלך 50 השנים האחרונות חלה עלייה מתמשכת בצריכת החשמל העולמית, עם שימוש מוערך של כ- 25,300 שעות שעה בשנת 2021. עם המעבר לעבר התעשייה 4.0, יש עלייה בדרישות האנרגיה ברחבי העולם. המספרים הללו גדלים מדי שנה, לא כולל דרישות הכוח של מגזרים כלכליים תעשייתיים ואחרים. שינוי תעשייתי זה וצריכה בעלת עוצמה גבוהה משולבים עם השפעות של שינויי אקלים מוחשיים יותר כתוצאה מפליטות מוגזמות של גזי חממה. נכון לעכשיו, מרבית מפעלי ייצור החשמל והמתקנים מסתמכים מאוד על מקורות דלק מאובנים (נפט וגז) כדי לעמוד בדרישות כאלה. חששות אקלים אלה אוסרים ייצור אנרגיה נוסף בשיטות קונבנציונאליות. לפיכך, פיתוח מערכות אחסון אנרגיה יעילות ואמינות הפכה חשובה יותר ויותר כדי להבטיח אספקת אנרגיה רציפה ואמינה ממקורות מתחדשים.

תחום האנרגיה הגיב על ידי מעבר לאנרגיה מתחדשת או פתרונות "ירוקים". המעבר נעזר בשיפור טכניקות הייצור, מה שמוביל למשל לייצור יעיל יותר של להבי טורבינת רוח. כמו כן, החוקרים הצליחו לשפר את היעילות של תאים פוטו -וולטאיים, מה שהוביל לייצור אנרגיה טוב יותר באזור השימוש. בשנת 2021, ייצור החשמל ממקורות פוטו -וולטאיים סולאריים (PV) עלה משמעותית, והגיע לשיא 179 TWH ומייצג צמיחה של 22% בהשוואה לשנת 2020. טכנולוגיית PV סולארית מהווה כעת 3.6% מייצור החשמל העולמי וכיום הוא המתחדש השלישי בגודלו בגודלו השלישי בגודלו השלישי בגודלו השלישי בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו הגדול בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו בגודלו, השלישי בגודלו, השלישי בגודלו, השלישי בגודלו, השלישי השלישי השלישי השלישי השלישי השלישי השלישי השלישי השלישי השלישי השלישי הגדול, מקור אנרגיה לאחר כוח מים ורוח.

עם זאת, פריצות דרך אלה אינן פותרות חלק מהחסרונות המובנים במערכות אנרגיה מתחדשת, בעיקר זמינות. מרבית השיטות הללו אינן מייצרות אנרגיה לפי דרישה כתחנות כוח פחם ונפט. תפוקות אנרגיה סולארית זמינות למשל לאורך היום עם וריאציות, תלוי בזוויות הקרנת השמש ובמיקום לוח PV. זה לא יכול לייצר שום אנרגיה במהלך הלילה בעוד תפוקתה מצטמצמת משמעותית בעונת החורף ובימים מעוננים מאוד. כוח הרוח סובל גם מתנודות תלוי במהירות הרוח. לפיכך, יש לשלב פתרונות אלה עם מערכות אחסון אנרגיה על מנת לקיים אספקת אנרגיה בתקופות תפוקה נמוכות.

מהן מערכות אחסון אנרגיה?

מערכות אחסון אנרגיה יכולות לאחסן אנרגיה על מנת לשמש בשלב מאוחר יותר. במקרים מסוימים, תהיה סוג של המרת אנרגיה בין אנרגיה מאוחסנת לאנרגיה. הדוגמה הנפוצה ביותר היא סוללות חשמליות כמו סוללות ליתיום-יון או סוללות חומצות עופרת. הם מספקים אנרגיה חשמלית באמצעות תגובות כימיות בין האלקטרודות לאלקטרוליט.

סוללות, או BESS (מערכת אחסון אנרגיה סוללות), מייצגות את שיטת אחסון האנרגיה הנפוצה ביותר המשמשת ביישומי חיי היומיום. מערכת אחסון אחרת קיימת כמו מפעלי כוח הידרו הממירים את האנרגיה הפוטנציאלית של מים המאוחסנים בסכר לאנרגיה חשמלית. המים יורדים יפנו את גלגל התנופה של טורבינה המייצרת אנרגיה חשמלית. דוגמא נוספת היא גז דחוס, עם שחרור הגז יפנה את גלגל הכוח המייצר הטורבינה.

מה שמפריד בין סוללות לשיטות האחסון האחרות הוא תחומי הפעולה הפוטנציאליים שלהם. ממכשירים קטנים ואספקת חשמל לרכב ועד יישומים ביתי וחוות סולאריות גדולות, ניתן לשלב סוללות בצורה חלקה לכל יישום אחסון מחוץ לרשת. מצד שני, שיטות הידרו -כוח ושיטות אוויר דחוסות דורשות תשתיות גדולות ומורכבות מאוד לאחסון. זה מוביל לעלויות גבוהות מאוד הדורשות יישומים גדולים מאוד על מנת שיצדיק.

השתמש במקרים למערכות אחסון מחוץ לרשת.

כאמור, מערכות אחסון מחוץ לרשת יכולות להקל על השימוש ולהסתמכות על שיטות אנרגיה מתחדשות כמו כוח סולארי ורוח. עם זאת, ישנם יישומים אחרים שיכולים ליהנות מאוד ממערכות כאלה

רשתות הכוח בעיר שואפות לספק את הכוח הנכון של הכוח על בסיס ההיצע והביקוש של כל עיר. הכוח הנדרש יכול להשתנות לאורך כל היום. מערכות אחסון מחוץ לרשת שימשו כדי להחליש תנודות ולספק יציבות רבה יותר במקרים של ביקוש שיא. מנקודת מבט אחרת, מערכות אחסון הרשת יכולות להועיל מאוד כדי לפצות על כל תקלה טכנית בלתי צפויה ברשת החשמל הראשית או בתקופות תחזוקה מתוזמנות. הם יכולים לעמוד בדרישות הכוח מבלי שהם צריכים לחפש מקורות אנרגיה חלופיים. ניתן לצטט למשל את סערת הקרח בטקסס בתחילת פברואר 2023 שהשאירו כ- 262,000 איש ללא כוח, ואילו התיקונים התעכבו בגלל תנאי מזג האוויר הקשים.

רכבים חשמליים הם יישום נוסף. החוקרים שפכו מאמץ רב בכדי לייעל אסטרטגיות ייצור וסוללות טעינה/פריקה של סוללות על מנת להניח את תוחלת החיים וצפיפות הסוללות של הסוללות. סוללות ליתיום-יון היו בחזית המהפכה הקטנה הזו ומשמשים בהרחבה במכוניות חשמליות חדשות אך גם באוטובוסים חשמליים. סוללות טובות יותר במקרה זה יכולות להוביל לקילומטראז 'גדול יותר אך גם להפחית את זמני הטעינה עם הטכנולוגיות הנכונות.

קידום טכנולוגי אחר אוהב שמל"טים ורובוטים ניידים נהנו מאוד מפיתוח הסוללות. יש אסטרטגיות תנועה ואסטרטגיות בקרה מסתמכות מאוד על קיבולת הסוללה ועל הכוח המסופקות.

מה זה בס

מערכת אחסון אנרגיה BESS או סוללות היא מערכת אחסון אנרגיה שניתן להשתמש בה לאחסון אנרגיה. אנרגיה זו יכולה להגיע מהרשת הראשית או ממקורות אנרגיה מתחדשים כמו אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית. זה מורכב מסוללות מרובות המסודרות בתצורות שונות (סדרה/מקבילה) ובגודל על בסיס הדרישות. הם מחוברים למהפך המשמש להמרת כוח DC לכוח AC לשימוש. מערכת ניהול סוללות (BMS) משמשת לפיקוח על תנאי הסוללה ותפעול הטעינה/פריקה.

בהשוואה למערכות אחסון אנרגיה אחרות, הן גמישות במיוחד למקם/להתחבר ואינן דורשות תשתית יקרה ביותר, אך הם עדיין מגיעים בעלות ניכרת ודורשים תחזוקה שוטפת יותר על בסיס השימוש.

בהרגלי גודל של גודל ושימוש

נקודה מכריעה להתמודדות עם התקנת מערכת אחסון אנרגיה סוללות גודל. כמה סוללות נדרשות? באיזו תצורה? במקרים מסוימים, סוג הסוללה יכול למלא תפקיד מכריע בטווח הרחוק מבחינת חיסכון בעלויות ויעילות

זה נעשה כל מקרה לגופו שכן יישומים יכולים לנוע בין משקי בית קטנים למפעלים תעשייתיים גדולים.

מקור האנרגיה המתחדשת הנפוצה ביותר למשקי בית קטנים, במיוחד באזורים עירוניים, הוא סולארי באמצעות לוחות פוטו -וולטאיים. המהנדס ישקול באופן כללי את צריכת החשמל הממוצעת של משק הבית ומנחה את ההקרנות הסולארית לאורך השנה עבור המיקום הספציפי. מספר הסוללות ותצורת הרשת שלהן נבחר להתאים לדרישות הבית במהלך אספקת החשמל הסולארית הנמוכה ביותר של השנה תוך לא לגמרי מנקזים את הסוללות. זה בהנחה שפתרון להיות עצמאות כוח מלאה מהרשת הראשית.

שמירה על מצב מטען בינוני יחסית או אי שחרור לחלוטין של הסוללות זה דבר שעשוי להיות אינטואיטיבי מנוגד בהתחלה. אחרי הכל, מדוע להשתמש במערכת אחסון אם איננו יכולים לחלץ אותה במלוא הפוטנציאל? בתיאוריה זה אפשרי, אך יתכן שזו לא האסטרטגיה שממקסמת את החזר ההשקעה.

אחד החסרונות העיקריים של BESS הוא העלות הגבוהה יחסית של סוללות. לפיכך, בחירת הרגל שימוש או אסטרטגיית טעינה/פריקה שממקסמת את אורך חיי הסוללה היא חיונית. לדוגמה, לא ניתן לשחרר סוללות חומצת עופרת מתחת לקיבולת של 50% מבלי לסבול מנזק בלתי הפיך. לסוללות ליתיום-יון יש צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, חיי מחזור ארוכים. ניתן גם לשחרר אותם באמצעות טווחים גדולים יותר, אך זה מגיע בעלות של מחיר מוגבר. יש שונות גבוהה בעלות בין כימיות שונות, סוללות חומצת עופרת יכולות להיות מאות עד אלפי דולרים זולים יותר מאשר סוללת ליתיום-יון באותו גודל. זו הסיבה שסוללות חומצת עופרת הן המשמשות ביותר ביישומי סולארי במדינות העולם השלישי ובקהילות עניות.

ביצועי הסוללה מושפעים מאוד מהשפלות במהלך תוחלת החיים שלה, אין לה ביצועים קבועים שמסתיימים בכישלון פתאומי. במקום זאת, הקיבולת והסופק יכולים לדעוך בהדרגה. בפועל, תוחלת חיי סוללה נחשבת להיגמר כאשר הקיבולת שלו מגיעה ל 80% מהיכולת המקורית שלה. במילים אחרות, כאשר זה חווה קיבולת של 20% דהייה. בפועל פירוש הדבר כי ניתן לספק כמות נמוכה יותר של אנרגיה. זה יכול להשפיע על תקופות שימוש במערכות עצמאיות לחלוטין וכמות הקילומטראז 'ש- EV יכולה לכסות.

נקודה נוספת שיש לקחת בחשבון היא בטיחות. עם ההתקדמות בייצור וטכנולוגיה, הסוללות האחרונות היו באופן כללי יציב יותר כימית. עם זאת, בגלל היסטוריית השפלה והתעללות, תאים יכולים להיכנס לברחה תרמית שיכולה להוביל לתוצאות קטסטרופליות ובמקרים מסוימים לשים את חיי הצרכנים בסכנה.

זו הסיבה שחברות פיתחו תוכנות ניטור סוללות טובות יותר (BMS) כדי לשלוט בשימוש בסוללות, אך גם לפקח על מצב הבריאות על מנת לספק תחזוקה בזמן ולהימנע מתוצאות מחמירות.

מַסְקָנָה

מבין מערכות האחסון-אנרגיה ברשת מספקות הזדמנות נהדרת להשיג עצמאות חשמל מהרשת הראשית, אך גם מספקות מקור כוח גיבוי בתקופת ירידה ותקופות עומס שיא. יש פיתוח מאפשר את המעבר לעבר מקורות אנרגיה ירוקים יותר, ובכך להגביל את ההשפעה של ייצור האנרגיה על שינויי אקלים תוך עמידה בדרישות האנרגיה עם צמיחה מתמדת בצריכה.

מערכות אחסון אנרגיית סוללות הן הנפוצות ביותר והקלות ביותר להגדיר ליישומים יומיומיים שונים. הגמישות הגבוהה שלהם מנוגדת בעלות גבוהה יחסית, מה שמוביל לפיתוח אסטרטגיות ניטור להארכת תוחלת החיים המתאימה ככל האפשר. נכון לעכשיו, התעשייה והאקדמיה שופכים מאמץ רב לחקור ולהבין השפלה של סוללות בתנאים שונים.