ბოლო 50 წლის განმავლობაში, გლობალური ელექტროენერგიის მოხმარება მუდმივად გაიზარდა, დაახლოებით 25,300 ტერავატ-საათის სავარაუდო მოხმარებით 2021 წელს. ინდუსტრიის 4.0-ზე გადასვლასთან ერთად, იზრდება ენერგომოთხოვნილებები მთელ მსოფლიოში. ეს რიცხვები ყოველწლიურად იზრდება, სამრეწველო და სხვა ეკონომიკური სექტორების ენერგეტიკული მოთხოვნების ჩათვლით. ეს ინდუსტრიული ცვლილება და ენერგიის მაღალი მოხმარება დაკავშირებულია კლიმატის ცვლილების უფრო ხელშესახებ ეფექტებთან სათბურის გაზების გადაჭარბებული გამონაბოლქვის გამო. ამჟამად, ელექტროსადგურების და ობიექტების უმეტესობა დიდწილად დამოკიდებულია წიაღისეული საწვავის წყაროებზე (ნავთობი და გაზი) ასეთი მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. ეს კლიმატური პრობლემები კრძალავს ენერგიის დამატებით გამომუშავებას ჩვეულებრივი მეთოდების გამოყენებით. ამრიგად, ენერგიის ეფექტური და საიმედო შენახვის სისტემების განვითარება სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება განახლებადი წყაროებიდან ენერგიის უწყვეტი და საიმედო მიწოდების უზრუნველსაყოფად.

ენერგეტიკის სექტორმა რეაგირება მოახდინა განახლებადი ენერგიის ან „მწვანე“ გადაწყვეტილებებისკენ გადასვლით. გადასვლას დაეხმარა წარმოების გაუმჯობესებული ტექნიკა, რაც, მაგალითად, ქარის ტურბინის პირების უფრო ეფექტურ წარმოებას მოჰყვა. ასევე, მკვლევარებმა შეძლეს გააუმჯობესონ ფოტოელექტრული უჯრედების ეფექტურობა, რაც განაპირობებს ენერგიის უკეთეს გამომუშავებას გამოყენების ზონაში. 2021 წელს ელექტროენერგიის გამომუშავება მზის ფოტოელექტრული (PV) წყაროებიდან მნიშვნელოვნად გაიზარდა, მიაღწია რეკორდულ 179 ტვტ.სთ-ს და წარმოადგენს 22%-იან ზრდას 2020 წელთან შედარებით. მზის PV ტექნოლოგია ახლა შეადგენს გლობალური ელექტროენერგიის წარმოების 3.6%-ს და ამჟამად სიდიდით მესამეა განახლებადი წყაროებით. ენერგიის წყარო ჰიდროენერგეტიკისა და ქარის შემდეგ.

თუმცა, ეს მიღწევები არ ხსნის განახლებადი ენერგიის სისტემების თანდაყოლილ ნაკლოვანებებს, ძირითადად ხელმისაწვდომობას. ამ მეთოდების უმეტესობა არ აწარმოებს ენერგიას მოთხოვნაზე, როგორც ქვანახშირისა და ნავთობის ელექტროსადგურები. მზის ენერგიის გამომუშავება, მაგალითად, ხელმისაწვდომია მთელი დღის განმავლობაში, ვარიაციით, რაც დამოკიდებულია მზის დასხივების კუთხეებზე და PV პანელის პოზიციონირებაზე. მას არ შეუძლია ენერგიის გამომუშავება ღამით, ხოლო მისი გამომუშავება მნიშვნელოვნად მცირდება ზამთრის სეზონზე და ძალიან მოღრუბლულ დღეებში. ქარის ენერგია ასევე განიცდის რყევებს, რაც დამოკიდებულია ქარის სიჩქარეზე. ამიტომ, ეს გადაწყვეტილებები უნდა იყოს შერწყმული ენერგიის შენახვის სისტემებთან, რათა შენარჩუნდეს ენერგიის მიწოდება დაბალი გამომუშავების პერიოდებში.

რა არის ენერგიის შენახვის სისტემები?

ენერგიის შესანახ სისტემებს შეუძლიათ ენერგიის შენახვა შემდგომ ეტაპზე გამოსაყენებლად. ზოგიერთ შემთხვევაში, იქნება ენერგიის გარდაქმნის ფორმა შენახულ ენერგიასა და მიწოდებულ ენერგიას შორის. ყველაზე გავრცელებული მაგალითია ელექტრო ბატარეები, როგორიცაა ლითიუმ-იონური ბატარეები ან ტყვიის მჟავა ბატარეები. ისინი უზრუნველყოფენ ელექტრო ენერგიას ელექტროდებსა და ელექტროლიტებს შორის ქიმიური რეაქციების გზით.

ბატარეები, ან BESS (ბატარეის ენერგიის შენახვის სისტემა) წარმოადგენს ენერგიის შენახვის ყველაზე გავრცელებულ მეთოდს, რომელიც გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. არსებობს სხვა შესანახი სისტემა, როგორიცაა ჰიდროელექტროსადგურები, რომლებიც გარდაქმნის კაშხალში შენახული წყლის პოტენციურ ენერგიას ელექტრო ენერგიად. ჩამოვარდნილი წყალი ტურბინის ბორბალს დააბრუნებს, რომელიც ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს. კიდევ ერთი მაგალითია შეკუმშული გაზი, გამოშვების შემდეგ გაზი ატრიალებს ტურბინის ბორბალს, რომელიც გამოიმუშავებს ძალას.

რაც განასხვავებს ბატარეებს შენახვის სხვა მეთოდებისგან არის მათი მუშაობის პოტენციური სფეროები. მცირე მოწყობილობებიდან და საავტომობილო ელექტრომომარაგებიდან დაწყებული საყოფაცხოვრებო აპლიკაციებით და დიდი მზის მეურნეობებით დამთავრებული, ბატარეები შეიძლება შეუფერხებლად იყოს ინტეგრირებული ნებისმიერი ქსელის გარეშე შენახვის აპლიკაციაში. მეორეს მხრივ, ჰიდროენერგეტიკა და შეკუმშული ჰაერის მეთოდები შესანახად მოითხოვს ძალიან დიდ და რთულ ინფრასტრუქტურას. ეს იწვევს ძალიან მაღალ ხარჯებს, რაც მოითხოვს ძალიან დიდ აპლიკაციებს, რათა გამართლდეს.

გამოიყენეთ ქეისები ქსელის გარეთ შენახვის სისტემებისთვის.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ქსელის გარეთ შენახვის სისტემებს შეუძლიათ გააადვილონ განახლებადი ენერგიის მეთოდების გამოყენება და დამოკიდებულება, როგორიცაა მზის და ქარის ენერგია. მიუხედავად ამისა, არსებობს სხვა აპლიკაციები, რომლებსაც შეუძლიათ დიდად ისარგებლონ ასეთი სისტემებით

ქალაქის ელექტრო ქსელები მიზნად ისახავს უზრუნველყოს ენერგიის სწორი რაოდენობა თითოეული ქალაქის მიწოდებისა და მოთხოვნის საფუძველზე. საჭირო სიმძლავრე შეიძლება იცვლებოდეს მთელი დღის განმავლობაში. ქსელის გარეთ შენახვის სისტემები გამოყენებული იქნა რყევების შესასუსტებლად და მეტი სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად პიკური მოთხოვნის შემთხვევაში. სხვა პერსპექტივიდან, ქსელიდან გამოსული შენახვის სისტემები შეიძლება იყოს ძალიან მომგებიანი ელექტროენერგიის მთავარ ქსელში ნებისმიერი გაუთვალისწინებელი ტექნიკური ხარვეზის კომპენსაციისთვის ან დაგეგმილი ტექნიკური პერიოდის განმავლობაში. მათ შეუძლიათ დააკმაყოფილონ ენერგიის მოთხოვნები ალტერნატიული ენერგიის წყაროების ძიების გარეშე. მაგალითად, შეიძლება მოვიყვანოთ ტეხასის ყინულის ქარიშხალი 2023 წლის თებერვლის დასაწყისში, რომელმაც დატოვა დაახლოებით 262 000 ადამიანი ელექტროენერგიის გარეშე, ხოლო რემონტი გადაიდო რთული ამინდის გამო.

ელექტრო მანქანები კიდევ ერთი პროგრამაა. მკვლევარებმა დიდი ძალისხმევა დახარჯეს ბატარეების წარმოებისა და დატენვის/დამუხტვის სტრატეგიების ოპტიმიზაციისთვის, რათა გაზარდონ ბატარეების სიცოცხლის ხანგრძლივობა და სიმძლავრე. ლითიუმ-იონური ბატარეები იყო ამ მცირე რევოლუციის წინა პლანზე და ფართოდ გამოიყენებოდა ახალ ელექტრო მანქანებში, ასევე ელექტრო ავტობუსებში. ამ შემთხვევაში უკეთესმა ბატარეებმა შეიძლება გამოიწვიოს უფრო დიდი გარბენი, მაგრამ ასევე შეამციროს დატენვის დრო სწორი ტექნოლოგიებით.

სხვა ტექნოლოგიურმა წინსვლამ, როგორიცაა უპილოტო საფრენი აპარატები და მობილური რობოტები, დიდად ისარგებლეს ბატარეის შემუშავებით. მოძრაობის სტრატეგიები და კონტროლის სტრატეგიები დიდწილად ეყრდნობა ბატარეის სიმძლავრეს და მოწოდებულ ენერგიას.

რა არის BESS

BESS ან ბატარეის ენერგიის შესანახი სისტემა არის ენერგიის შესანახი სისტემა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ენერგიის შესანახად. ეს ენერგია შეიძლება მოდიოდეს ძირითადი ქსელიდან ან განახლებადი ენერგიის წყაროებიდან, როგორიცაა ქარის ენერგია და მზის ენერგია. იგი შედგება მრავალი ბატარეისგან, რომლებიც განლაგებულია სხვადასხვა კონფიგურაციებში (სერიით/პარალელურად) და მოთხოვნილებების მიხედვით ზომით. ისინი დაკავშირებულია ინვერტორთან, რომელიც გამოიყენება DC სიმძლავრის ცვლადი დენის გადაქცევისთვის გამოსაყენებლად. ბატარეის მართვის სისტემა (BMS) გამოიყენება ბატარეის მდგომარეობისა და დატენვის/განმუხტვის მუშაობის მონიტორინგისთვის.

ენერგიის შენახვის სხვა სისტემებთან შედარებით, ისინი განსაკუთრებით მოქნილია განთავსება/დაკავშირება და არ საჭიროებს ძვირადღირებულ ინფრასტრუქტურას, მაგრამ ისინი მაინც საკმაოდ ძვირი ღირს და საჭიროებენ უფრო რეგულარულ მოვლას გამოყენების მიხედვით.

BESS ზომისა და გამოყენების ჩვევები

ბატარეის ენერგიის შესანახი სისტემის დაყენებისას გადამწყვეტი პუნქტი არის ზომა. რამდენი ბატარეაა საჭირო? რა კონფიგურაციაში? ზოგიერთ შემთხვევაში, ბატარეის ტიპს შეუძლია გადამწყვეტი როლი ითამაშოს გრძელვადიან პერსპექტივაში ხარჯების დაზოგვისა და ეფექტურობის თვალსაზრისით.

ეს კეთდება ინდივიდუალურად, რადგან აპლიკაციები შეიძლება მერყეობდეს მცირე ოჯახებიდან დიდ სამრეწველო ქარხნებამდე.

ყველაზე გავრცელებული განახლებადი ენერგიის წყარო მცირე ოჯახებისთვის, განსაკუთრებით ქალაქებში, არის მზის ენერგია ფოტოელექტრული პანელების გამოყენებით. ინჟინერი ზოგადად ითვალისწინებს საყოფაცხოვრებო ენერგიის საშუალო მოხმარებას და შეაფასებს მზის გამოსხივებას მთელი წლის განმავლობაში კონკრეტული ადგილისთვის. ბატარეების რაოდენობა და მათი ქსელის კონფიგურაცია არჩეულია იმისთვის, რომ შეესაბამებოდეს საყოფაცხოვრებო მოთხოვნებს წლის ყველაზე დაბალი მზის ენერგომომარაგების დროს, ხოლო ბატარეები მთლიანად არ დაიწუროს. ეს არის იმის ვარაუდი, რომ გამოსავალი გქონდეს ელექტროენერგიის სრული დამოუკიდებლობა ძირითადი ქსელისგან.

დატენვის შედარებით ზომიერი მდგომარეობის შენარჩუნება ან ბატარეების ბოლომდე არ დაცლა არის ის, რაც თავიდანვე შეიძლება არაინტუიციური იყოს. ბოლოს და ბოლოს, რატომ გამოვიყენოთ შენახვის სისტემა, თუ არ შეგვიძლია მისი სრული პოტენციალის ამოღება? თეორიულად ეს შესაძლებელია, მაგრამ ეს შეიძლება არ იყოს სტრატეგია, რომელიც მაქსიმუმს ზრდის ინვესტიციის ანაზღაურებას.

BESS-ის ერთ-ერთი მთავარი მინუსი არის ბატარეების შედარებით მაღალი ღირებულება. ამიტომ, გამოყენების ჩვევის ან დატენვის/დამუხტვის სტრატეგიის არჩევა, რომელიც მაქსიმალურად გაზრდის ბატარეის ხანგრძლივობას, აუცილებელია. მაგალითად, ტყვიის მჟავა ბატარეების დაცლა შეუძლებელია 50% სიმძლავრის ქვემოთ, შეუქცევადი დაზიანების გარეშე. ლითიუმ-იონურ ბატარეებს აქვთ ენერგიის მაღალი სიმკვრივე, ხანგრძლივი ციკლის სიცოცხლე. მათი განტვირთვა ასევე შესაძლებელია უფრო დიდი დიაპაზონის გამოყენებით, მაგრამ ეს გაზრდილი ფასით მოდის. ღირებულებაში დიდი განსხვავებაა სხვადასხვა ქიმიას შორის, ტყვიის მჟავა ბატარეები შეიძლება იყოს ასობით ათასი დოლარით იაფი, ვიდრე იმავე ზომის ლითიუმ-იონური ბატარეა. სწორედ ამიტომ, ტყვიის მჟავა ბატარეები ყველაზე მეტად გამოიყენება მზის აპლიკაციებში მე-3 მსოფლიოს ქვეყნებში და ღარიბ თემებში.

ბატარეის მუშაობაზე ძლიერ გავლენას ახდენს დეგრადაცია მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობის განმავლობაში, მას არ აქვს სტაბილური შესრულება, რომელიც მთავრდება უეცარი უკმარისობით. ამის ნაცვლად, სიმძლავრე და უზრუნველყოფილი შეიძლება თანდათანობით გაქრეს. პრაქტიკაში ითვლება, რომ ბატარეის ხანგრძლივობა ამოიწურა, როდესაც მისი სიმძლავრე მიაღწევს თავდაპირველი სიმძლავრის 80%-ს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როდესაც ის განიცდის 20% სიმძლავრის ქრება. პრაქტიკაში, ეს ნიშნავს, რომ ენერგიის ნაკლები რაოდენობა შეიძლება იყოს უზრუნველყოფილი. ამან შეიძლება გავლენა მოახდინოს სრულად დამოუკიდებელი სისტემების გამოყენების პერიოდებზე და EV-ის გარბენის რაოდენობაზე.

კიდევ ერთი პუნქტი, რომელიც გასათვალისწინებელია არის უსაფრთხოება. წარმოებისა და ტექნოლოგიების მიღწევებით, ბოლოდროინდელი ბატარეები ზოგადად უფრო სტაბილური იყო ქიმიურად. თუმცა, დეგრადაციისა და ბოროტად გამოყენების ისტორიის გამო, უჯრედები შეიძლება გადავიდეს თერმულ გაქცევაში, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს კატასტროფული შედეგები და ზოგიერთ შემთხვევაში საფრთხე შეუქმნას მომხმარებელთა სიცოცხლეს.

სწორედ ამიტომ კომპანიებმა შეიმუშავეს ბატარეის მონიტორინგის უკეთესი პროგრამული უზრუნველყოფა (BMS) ბატარეის მოხმარების გასაკონტროლებლად, მაგრამ ასევე ჯანმრთელობის მდგომარეობის მონიტორინგისთვის, რათა უზრუნველყონ დროული მოვლა და თავიდან აიცილონ გამწვავებული შედეგები.

დასკვნა

ქსელის ენერგიის შესანახი სისტემები იძლევა დიდ შესაძლებლობას მიაღწიონ ენერგიის დამოუკიდებლობას ძირითადი ქსელისგან, მაგრამ ასევე უზრუნველყოფენ ენერგიის სარეზერვო წყაროს შეფერხებებისა და პიკური დატვირთვის პერიოდებში. იქ განვითარება ხელს შეუწყობს ენერგიის უფრო მწვანე წყაროებისკენ გადასვლას, რითაც შეზღუდავს ენერგიის გამომუშავების გავლენას კლიმატის ცვლილებაზე, ხოლო ენერგეტიკული მოთხოვნების დაკმაყოფილება მოხმარების მუდმივი ზრდით.

ბატარეის ენერგიის შესანახი სისტემები ყველაზე ხშირად გამოყენებული და ყველაზე მარტივი კონფიგურაციაა სხვადასხვა ყოველდღიური აპლიკაციებისთვის. მათ მაღალ მოქნილობას ეწინააღმდეგება შედარებით მაღალი ღირებულება, რაც განაპირობებს მონიტორინგის სტრატეგიების შემუშავებას შესაბამისი სიცოცხლის ხანგრძლივობის მაქსიმალურად გახანგრძლივების მიზნით. ამჟამად, ინდუსტრია და აკადემია დიდ ძალისხმევას ხარჯავენ, რათა გამოიკვლიონ და გაიგონ ბატარეის დეგრადაცია სხვადასხვა პირობებში.