Электр энергиясын желіден қалай сақтауға болады?

Соңғы 50 жыл ішінде жаһандық электр энергиясын тұтынудың үздіксіз өсуі байқалды, болжам бойынша 2021 жылы шамамен 25 300 тераватт-сағ пайдаланылады. Индустрия 4.0 жүйесіне көшумен бүкіл әлемде энергияға сұраныстың артуы байқалады. Өнеркәсіптік және басқа экономика секторларының электр қуатына деген қажеттіліктерін есепке алмағанда, бұл сандар жыл сайын артып келеді. Бұл өнеркәсіптік ауысым және жоғары қуат тұтыну парниктік газдардың шамадан тыс шығарындыларына байланысты климаттың айтарлықтай өзгеруіне әсер етеді. Қазіргі уақытта электр өндіруші зауыттар мен қондырғылардың көпшілігі осындай сұраныстарды қанағаттандыру үшін қазба отын көздеріне (мұнай мен газ) сүйенеді. Бұл климаттық мәселелер кәдімгі әдістер арқылы қосымша энергия өндіруге тыйым салады. Осылайша, жаңартылатын көздерден энергияны үздіксіз және сенімді жеткізуді қамтамасыз ету үшін тиімді және сенімді энергия сақтау жүйелерін дамыту маңызды бола бастады.

Энергетика секторы жаңартылатын энергияға немесе «жасыл» шешімдерге көшу арқылы жауап берді. Өндірістің жетілдірілген әдістері көшуге көмектесті, мысалы, жел турбиналары қалақтарын тиімдірек өндіруге әкелді. Сондай-ақ, зерттеушілер фотоэлектрлік элементтердің тиімділігін арттыра алды, бұл бір пайдалану аймағына энергияны жақсартуға әкеледі. 2021 жылы күн фотоэлектрлік (PV) көздерден электр қуатын өндіру айтарлықтай өсіп, рекордтық көрсеткішке жетіп, 179 ТВт сағ құрады және 2020 жылмен салыстырғанда 22%-ға өсті. Қазір күн PV технологиясы жаһандық электр энергиясын өндірудің 3,6%-ын құрайды және қазіргі уақытта жаңартылатын үшінші энергия көзі болып табылады. су және желден кейінгі энергия көзі.

Дегенмен, бұл жетістіктер жаңартылатын энергия жүйелерінің кейбір тән кемшіліктерін, негізінен қолжетімділігін шеше алмайды. Бұл әдістердің көпшілігі көмір және мұнай электр станциялары сияқты сұраныс бойынша энергия өндірмейді. Мысалы, күн энергиясының шығыстары күн сәулесінің түсу бұрыштарына және PV панелінің орналасуына байланысты өзгерістері бар күні бойы қол жетімді. Қысқы маусымда және өте бұлтты күндерде оның өнімділігі айтарлықтай азайған кезде ол түнде ешқандай энергия шығара алмайды. Жел күші жел жылдамдығына байланысты ауытқулардан зардап шегеді. Сондықтан, бұл шешімдерді төмен шығыс кезеңдерінде энергиямен қамтамасыз етуді қамтамасыз ету үшін энергия сақтау жүйелерімен біріктіру қажет.

Энергияны сақтау жүйелері дегеніміз не?

Энергияны сақтау жүйелері энергияны кейінгі кезеңде пайдалану үшін сақтай алады. Кейбір жағдайларда жинақталған энергия мен қамтамасыз етілген энергия арасында энергия түрлендіру түрі болады. Ең көп таралған мысал - литий-ионды аккумуляторлар немесе қорғасын-қышқылды батареялар сияқты электрлік батареялар. Олар электродтар мен электролит арасындағы химиялық реакциялар арқылы электр энергиясын береді.

Батареялар немесе BESS (батарея қуатын сақтау жүйесі) күнделікті өмірде қолданылатын энергияны сақтаудың ең кең таралған әдісі болып табылады. Бөгетте сақталған судың потенциалдық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін су электр станциялары сияқты басқа сақтау жүйесі бар. Төмен құлаған су электр энергиясын өндіретін турбинаның маховиктерін айналдырады. Тағы бір мысал - сығылған газ, босатылған кезде газ турбинаның дөңгелегін айналдырады.

Батареяларды басқа сақтау әдістерінен ерекшелендіретін нәрсе - олардың әлеуетті жұмыс аймақтары. Шағын құрылғылар мен автомобильді электрмен жабдықтаудан тұрмыстық қолданбаларға және үлкен күн фермаларына дейін аккумуляторларды кез келген желіден тыс сақтау қолданбасына үздіксіз біріктіруге болады. Екінші жағынан, гидроэнергетика және сығылған ауа әдістері сақтау үшін өте үлкен және күрделі инфрақұрылымдарды қажет етеді. Бұл ақталу үшін өте үлкен қосымшаларды қажет ететін өте жоғары шығындарға әкеледі.

Тордан тыс сақтау жүйелері үшін жағдайларды пайдаланыңыз.

Бұрын айтылғандай, желіден тыс сақтау жүйелері күн және жел энергиясы сияқты жаңартылатын энергия әдістерін пайдалануды және оларға тәуелділікті жеңілдетеді. Дегенмен, мұндай жүйелерден үлкен пайда алатын басқа қолданбалар бар

Қалалық электр желілері әрбір қаланың сұранысы мен ұсынысына негізделген қажетті қуат көлемін қамтамасыз етуге бағытталған. Қажетті қуат күні бойы ауытқуы мүмкін. Тордан тыс сақтау жүйелері ауытқуларды әлсірету және сұраныстың ең жоғары жағдайында көбірек тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін пайдаланылды. Басқа тұрғыдан алғанда, желіден тыс сақтау жүйелері негізгі электр желісіндегі немесе жоспарланған техникалық қызмет көрсету кезеңіндегі кез келген күтпеген техникалық ақаулардың орнын толтыру үшін өте тиімді болуы мүмкін. Олар баламалы энергия көздерін іздемей-ақ қуат талаптарын қанағаттандыра алады. Мысалы, 2023 жылдың ақпан айының басында Техастағы мұзды дауылды келтіруге болады, ол шамамен 262 000 адамды электр қуатынсыз қалдырды, ал күрделі ауа райы жағдайларына байланысты жөндеу жұмыстары кейінге қалдырылды.

Электрлік көліктер тағы бір қолданба болып табылады. Зерттеушілер батареялардың қызмет ету мерзімін және қуат тығыздығын ұзарту үшін батареяларды өндіру және зарядтау/разрядтау стратегияларын оңтайландыру үшін көп күш жұмсады. Литий-ионды батареялар осы шағын революцияның алдыңғы қатарында болды және жаңа электромобильдерде, сонымен қатар электр автобустарында кеңінен қолданылды. Бұл жағдайда жақсырақ батареялар үлкен жүгіріске әкелуі мүмкін, сонымен қатар дұрыс технологиялармен зарядтау уақытын қысқартады.

Басқа технологиялық прогреске ұқсас UAV және мобильді роботтар аккумуляторды дамытудан үлкен пайда әкелді. Мұнда қозғалыс стратегиялары мен басқару стратегиялары негізінен батарея сыйымдылығы мен қамтамасыз етілген қуатқа тәуелді.

BESS дегеніміз не

BESS немесе аккумуляторлық энергияны сақтау жүйесі - энергияны сақтау үшін пайдалануға болатын энергия сақтау жүйесі. Бұл энергия негізгі желіден немесе жел энергиясы мен күн энергиясы сияқты жаңартылатын энергия көздерінен алынуы мүмкін. Ол әртүрлі конфигурацияларда (серия/параллель) реттелген және талаптарға байланысты өлшемдері бар бірнеше батареялардан тұрады. Олар тұрақты токты пайдалану үшін айнымалы ток қуатына түрлендіру үшін пайдаланылатын инверторға қосылған. Абатареяны басқару жүйесі (BMS)батарея жағдайын және зарядтау/разрядтау жұмысын бақылау үшін пайдаланылады.

Басқа энергия сақтау жүйелерімен салыстырғанда, олар орналастыруға/қосуға өте икемді және өте қымбат инфрақұрылымды қажет етпейді, бірақ олар әлі де айтарлықтай қымбатқа түседі және пайдалану негізінде тұрақты техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді.

BESS өлшемдері және пайдалану әдеттері

Батареяның қуатын сақтау жүйесін орнату кезінде шешілетін маңызды мәселе - өлшем. Қанша батарея қажет? Қандай конфигурацияда? Кейбір жағдайларда батарея түрі ұзақ мерзімді перспективада шығындарды үнемдеу және тиімділік тұрғысынан шешуші рөл атқара алады

Бұл әр жағдайда жасалады, өйткені қолданбалар шағын үй шаруашылықтарынан ірі өнеркәсіптік зауыттарға дейін болуы мүмкін.

Шағын үй шаруашылықтары үшін, әсіресе қалалық жерлерде, ең көп таралған жаңартылатын энергия көзі фотоэлектрлік панельдерді пайдаланатын күн болып табылады. Инженер жалпы алғанда үй шаруашылығының орташа қуат тұтынуын қарастырады және нақты орын үшін жыл бойы күн сәулеленуін бағалайды. Батареялардың саны және олардың тор конфигурациясы жылдағы ең аз күн қуатымен қамтамасыз етілу кезіндегі үй шаруашылығының қажеттіліктеріне сәйкес таңдалады, бұл ретте батареяларды толығымен босатпайды. Бұл негізгі желіден толық қуат тәуелсіздігі бар шешімді болжайды.

Салыстырмалы түрде қалыпты заряд күйін сақтау немесе батареяларды толығымен зарядсыздандыру бастапқыда қарсы интуитивті нәрсе болуы мүмкін. Ақыр соңында, егер біз оның әлеуетін толықтай алмасақ, сақтау жүйесін не үшін пайдаланамыз? Теориялық тұрғыдан бұл мүмкін, бірақ бұл инвестициядан түсетін табысты арттыратын стратегия болмауы мүмкін.

BESS негізгі кемшіліктерінің бірі батареялардың салыстырмалы түрде жоғары құны болып табылады. Сондықтан батареяның қызмет ету мерзімін ұзартатын пайдалану әдетін немесе зарядтау/разрядтау стратегиясын таңдау өте маңызды. Мысалы, қорғасын қышқылды аккумуляторларды қалпына келтірілмейтін зақымсыз 50% сыйымдылықтан төмен зарядтау мүмкін емес. Литий-ионды аккумуляторлар жоғары энергия тығыздығына, ұзақ циклге ие. Оларды үлкенірек диапазондар арқылы босатуға болады, бірақ бұл жоғары бағаға байланысты. Әртүрлі химиялар арасында құнның жоғары айырмашылығы бар, қорғасын қышқылды аккумуляторлар бірдей өлшемдегі литий-ионды аккумулятордан жүздеген мың долларға арзан болуы мүмкін. Сондықтан қорғасын қышқылды аккумуляторлар 3-ші әлем елдерінде және кедей қауымдастықтарда күн энергиясын пайдалануда ең көп қолданылады.

Батарея өнімділігі оның қызмет ету мерзімі ішінде нашарлауынан қатты әсер етеді, оның кенеттен істен шығуымен аяқталатын тұрақты өнімділігі жоқ. Оның орнына, сыйымдылық пен қамтамасыз етілген бірте-бірте өшуі мүмкін. Іс жүзінде батареяның қызмет ету мерзімі оның сыйымдылығы бастапқы сыйымдылығының 80%-ына жеткенде бітті деп есептеледі. Басқаша айтқанда, ол 20% сыйымдылықты жоғалтқанда. Іс жүзінде бұл энергияның аз мөлшерін қамтамасыз етуге болатындығын білдіреді. Бұл толықтай тәуелсіз жүйелерді пайдалану мерзімдеріне және EV жүре алатын жүгіріс мөлшеріне әсер етуі мүмкін.

Тағы бір ескеретін мәселе қауіпсіздік. Өндіріс пен технологияның жетістіктерімен соңғы батареялар жалпы химиялық тұрғыдан тұрақтырақ болды. Дегенмен деградацияға және теріс пайдалану тарихына байланысты жасушалар термиялық қашуға түсіп, апатты нәтижелерге әкелуі мүмкін және кейбір жағдайларда тұтынушылардың өміріне қауіп төндіреді.

Сондықтан компаниялар аккумуляторды пайдалануды бақылау үшін жақсырақ аккумуляторды бақылау бағдарламалық құралын (BMS) әзірледі, сонымен қатар уақтылы техникалық қызмет көрсету және ауыр зардаптарды болдырмау үшін денсаулық жағдайын бақылайды.

Қорытынды

Желілік-энергияны сақтау жүйелері негізгі желіден қуат тәуелсіздігіне қол жеткізуге үлкен мүмкіндік береді, сонымен қатар тоқтау және ең жоғары жүктеме кезеңдерінде резервтік қуат көзін қамтамасыз етеді. Онда даму жасыл энергия көздеріне көшуді жеңілдетеді, осылайша энергия өндірудің климаттың өзгеруіне әсерін шектейді, сонымен бірге тұтынудың тұрақты өсуімен энергия талаптарын қанағаттандырады.

Батарея қуатын сақтау жүйелері әртүрлі күнделікті қолданбалар үшін ең жиі қолданылатын және конфигурациялау оңай. Олардың жоғары икемділігі салыстырмалы түрде жоғары бағамен қарсы тұрады, бұл сәйкес қызмет мерзімін мүмкіндігінше ұзарту үшін мониторинг стратегияларын әзірлеуге әкеледі. Қазіргі уақытта өнеркәсіп пен академия әртүрлі жағдайларда батареяның тозуын зерттеу және түсіну үшін көп күш салуда.