過去50年にわたって、2021年には約25,300テラワット時の推定使用率で、世界の電力消費が継続的に増加してきました。業界4.0への移行により、世界中のエネルギー需要が増加しています。これらの数は毎年増加しており、産業およびその他の経済部門の電力要件は含まれていません。この産業のシフトと高出力消費は、温室効果ガスの過度の排出によるより具体的な気候変動の影響と相まっています。現在、ほとんどの発電所と施設は、そのような需要を満たすために化石燃料源（石油とガス）に大きく依存しています。これらの気候の懸念は、従来の方法を使用して追加のエネルギー生成を禁止しています。したがって、再生可能エネルギー源からのエネルギーの継続的かつ信頼できる供給を確保するために、効率的で信頼性の高いエネルギー貯蔵システムの開発がますます重要になっています。

エネルギー部門は、再生可能エネルギーまたは「グリーン」ソリューションに向けてシフトすることで対応しました。この移行は、製造技術の改善によって支援されており、たとえば風力タービンブレードのより効率的な製造につながります。また、研究者は太陽電池の効率を改善することができ、使用量あたりのエネルギー生成が改善されました。 2021年、太陽光発電（PV）源からの発電は大幅に増加し、記録179 TWHに達し、2020年と比較して22％の成長を表しています。太陽PVテクノロジーは現在、世界の発電の3.6％を占めており、現在3番目に大きい再生可能エネルギーです。水力発電と風の後のエネルギー源。

ただし、これらのブレークスルーでは、再生可能エネルギーシステムの固有の欠点の一部、主に可用性は解決しません。これらの方法のほとんどは、石炭と石油の発電所として、オンデマンドでエネルギーを生産することはありません。たとえば、太陽エネルギーの出力は、日中の照射角とPVパネルの位置付けに応じて、1日を通して利用可能です。夜間はエネルギーを生成することはできませんが、冬の季節や非常に曇りの日には、その出力が大幅に減少します。風力発電は、風速に応じて変動にも苦しんでいます。したがって、これらのソリューションは、低出力期間中にエネルギー供給を維持するために、エネルギー貯蔵システムと結合する必要があります。

エネルギー貯蔵システムとは何ですか？

エネルギー貯蔵システムは、後の段階で使用するためにエネルギーを保存できます。場合によっては、貯蔵されたエネルギーと提供されたエネルギーの間にエネルギー変換の形があります。最も一般的な例は、リチウムイオン電池や鉛蓄電池などの電気電池です。それらは、電極と電解質の間の化学反応によって電気エネルギーを提供します。

バッテリー、またはBESS（バッテリーエネルギー貯蔵システム）は、日常生活アプリケーションで使用される最も一般的なエネルギー貯蔵方法を表しています。ダムに保管されている水のポテンシャルエネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電植物など、他の貯蔵システムが存在します。落下する水は、電気エネルギーを生成するタービンのフライホイールを回します。別の例は、圧縮ガスです。放出されると、ガスはタービンの車輪を回します。

バッテリーを他のストレージ方法から分離するのは、潜在的な動作領域です。小型デバイスや自動車電源から家庭用アプリケーションや大型ソーラーファームまで、バッテリーはあらゆるグリッドストレージアプリケーションにシームレスに統合できます。一方、水力発電と圧縮空気の方法には、保管のために非常に大きく複雑なインフラストラクチャが必要です。これにより、非常に高いコストがかかるため、非常に大きなアプリケーションを正当化する必要があります。

オフグリッドストレージシステムのユースケース。

前述のように、オフグリッドストレージシステムは、太陽光発電や風力などの再生可能エネルギー手法への使用と依存を促進できます。それにもかかわらず、そのようなシステムから大きな恩恵を受けることができる他のアプリケーションがあります

都市のパワーグリッドは、各都市の需要と供給に基づいて適切な量の電力を提供することを目指しています。必要な電力は、1日を通して変動する可能性があります。オフグリッドストレージシステムは、需要のピークの場合に変動を軽減し、より安定性を提供するために使用されています。異なる観点から、オフグリッドストレージシステムは、主電源グリッドまたはスケジュールされたメンテナンス期間中の予期しない技術的障害を補うために非常に有益です。彼らは、代替エネルギー源を検索することなく電力要件を満たすことができます。たとえば、2023年2月上旬にテキサスの氷の嵐を引用することができます。これは、困難な気象条件のために修理が遅れている一方で、約262,000人が電力を払っていませんでした。

電気自動車は別のアプリケーションです。研究者は、バッテリーの寿命と電力密度を限定するために、バッテリーの製造と充電/放電戦略を最適化するために多くの努力を注いできました。リチウムイオン電池は、この小さな革命の最前線にあり、新しい電気自動車だけでなく電気バスでも広範囲に使用されています。この場合のより良いバッテリーは、より大きな走行距離につながる可能性がありますが、適切なテクノロジーで充電時間を短縮します。

他の技術的進歩は、UAVやモバイルロボットがバッテリーの開発から大きな恩恵を受けています。モーション戦略と制御戦略は、提供されるバッテリーの容量と電力に大きく依存しています。

ベスとは何ですか

BESSまたはバッテリーエネルギー貯蔵システムは、エネルギーを貯蔵するために使用できるエネルギー貯蔵システムです。このエネルギーは、メイングリッドから、または風力エネルギーや太陽エネルギーなどの再生可能エネルギー源からもたらされます。これは、異なる構成（シリーズ/並列）に配置され、要件に基づいてサイズになっている複数のバッテリーで構成されています。それらは、使用のためにDC電力をAC電源に変換するために使用されるインバーターに接続されています。バッテリー管理システム（BMS）を使用して、バッテリーの状態と充電/排出操作を監視します。

他のエネルギー貯蔵システムと比較して、それらは特に配置/接続に柔軟であり、非常に高価なインフラストラクチャを必要としませんが、それでもかなりのコストがあり、使用に基づいてより定期的なメンテナンスが必要です。

ベスのサイジングと使用習慣

バッテリーエネルギー貯蔵システムをインストールする際に取り組むことが重要なポイントはサイジングです。何個のバッテリーが必要ですか？どの構成で？場合によっては、バッテリーの種類は、コスト削減と効率性の点で長期的に重要な役割を果たすことができます

アプリケーションは小さな家庭から大規模な産業プラントにまで及ぶことができるため、これはケースバイケースで行われます。

特に都市部の小規模世帯の最も一般的な再生可能エネルギー源は、太陽光発電パネルを使用した太陽です。エンジニアは一般に、世帯の平均消費電力を考慮し、特定の場所の年間を通じて太陽放射照射を評価します。バッテリーの数とそのグリッド構成は、バッテリーを完全に排出するわけではなく、年間最低の太陽光発電供給中に家庭の需要と一致するように選択されます。これは、メイングリッドから完全な電力独立性を持つソリューションを前提としています。

比較的中程度の電荷状態を維持するか、バッテリーを完全に排出しないことは、最初は直感的である可能性があります。結局のところ、ストレージシステムを完全に抽出できないのに、なぜストレージシステムを使用するのですか？理論的には可能ですが、投資収益率を最大化するのは戦略ではないかもしれません。

BESSの主な欠点の1つは、バッテリーの比較的高いコストです。したがって、バッテリーの寿命を最大化する使用習慣または充電/放電戦略を選択することが不可欠です。たとえば、鉛酸バッテリーは、不可逆的な損傷に苦しむことなく、50％を下回る容量を排出することはできません。リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、長いサイクル寿命が高くなっています。また、より大きな範囲を使用して排出することもできますが、これには価格が上昇するコストがかかります。異なる化学物質間でコストには高い分散があります。鉛酸バッテリーは、同じサイズのリチウムイオンバッテリーよりも数百から数千ドル安いことがあります。これが、第3諸国や貧しいコミュニティの太陽光アプリケーションで最も使用される鉛酸バッテリーが最も使用される理由です。

バッテリーの性能は、寿命の間に劣化の影響を大きく受けますが、突然の故障で終わる安定したパフォーマンスはありません。代わりに、容量と提供されたものは徐々に衰退する可能性があります。実際には、バッテリーの寿命は、その容量が元の容量の80％に達したときになくなったと見なされます。言い換えれば、20％のキャパシティフェードが発生した場合。実際には、これはより少ない量のエネルギーを提供できることを意味します。これは、完全に独立したシステムの使用期間と、EVがカバーできる走行距離の量に影響を与える可能性があります。

考慮すべきもう1つのポイントは安全です。製造と技術の進歩により、最近のバッテリーは一般的に化学的に安定しています。しかし、劣化と乱用の歴史のために、細胞は壊滅的な結果につながる可能性のある熱暴走に移動する可能性があり、場合によっては消費者の生活を危険にさらす可能性があります。

これが、企業がバッテリーの使用量を制御するためのより良いバッテリー監視ソフトウェア（BMS）を開発した理由ですが、タイムリーなメンテナンスを提供し、悪化した結果を回避するために健康状態を監視しています。

結論

グリッドエネルギーストレージシステムのうち、メイングリッドからの電力独立性を達成する絶好の機会を提供しますが、ダウンタイムとピーク負荷期間中にバックアップ電源を提供します。そこには、環境に優しいエネルギー源への移行が促進され、消費の一定の成長を伴うエネルギー要件を満たしながら、気候変動に対するエネルギー生成の影響が制限されます。

バッテリーエネルギー貯蔵システムは、最も一般的に使用されており、さまざまな日常のアプリケーションに設定しやすいものです。それらの高い柔軟性は、比較的高いコストで反抗され、それぞれの寿命を可能な限り延長するための監視戦略の開発につながります。現在、産業界と学界は、さまざまな条件下でバッテリーの劣化を調査し、理解するために多くの努力を注いでいます。