Како да складирате електрична енергија надвор од мрежата?

Во текот на изминатите 50 години, има континуиран пораст на глобалната потрошувачка на електрична енергија, со проценета употреба од околу 25.300 терават-часови во 2021 година. Со преминот кон индустријата 4.0, има зголемување на потребите за енергија низ целиот свет. Овие бројки се зголемуваат секоја година, не вклучувајќи ги потребите за енергија на индустриските и другите економски сектори. Оваа индустриска промена и високата потрошувачка на енергија се поврзани со поопипливи ефекти од климатските промени поради прекумерните емисии на стакленички гасови. Во моментов, повеќето постројки и постројки за производство на електрична енергија во голема мера се потпираат на извори на фосилни горива (нафта и гас) за да се исполнат таквите барања. Овие климатски проблеми забрануваат дополнително производство на енергија со користење на конвенционални методи. Така, развојот на ефикасни и сигурни системи за складирање на енергија стана сè поважен за да се обезбеди континуирано и сигурно снабдување со енергија од обновливи извори.

Енергетскиот сектор одговори со пренасочување кон обновливи извори на енергија или „зелени“ решенија. Транзицијата е помогната со подобрени производствени техники, што на пример води до поефикасно производство на лопатки на турбините на ветер. Исто така, истражувачите успеаја да ја подобрат ефикасноста на фотоволтаичните ќелии, што доведува до подобро производство на енергија по искористена област. Во 2021 година, производството на електрична енергија од соларни фотоволтаични извори (PV) значително се зголеми, достигнувајќи рекордни 179 TWh и претставува раст од 22% во споредба со 2020 година. извор на енергија по хидроенергијата и ветерот.

Сепак, овие откритија не решаваат некои од вродените недостатоци на системите за обновлива енергија, главно достапноста. Повеќето од овие методи не произведуваат енергија по потреба како електрани на јаглен и нафта. Излезите на сончевата енергија се на пример достапни во текот на денот со варијации во зависност од аглите на зрачење на сонцето и позиционирањето на PV панелите. Не може да произведе енергија во текот на ноќта, додека неговото производство е значително намалено во текот на зимската сезона и во многу облачни денови. Моќта на ветрот страда и од флуктуации во зависност од брзината на ветерот. Затоа, овие решенија треба да се спојат со системи за складирање на енергија со цел да се одржи снабдувањето со енергија за време на периоди со низок излез.

Што се системи за складирање енергија?

Системите за складирање енергија можат да складираат енергија за да се користат во подоцнежна фаза. Во некои случаи, ќе има форма на конверзија на енергија помеѓу складираната енергија и обезбедената енергија. Најчест пример се електричните батерии како што се литиум-јонските батерии или оловните батерии. Тие обезбедуваат електрична енергија по пат на хемиски реакции помеѓу електродите и електролитот.

Батериите, или BESS (систем за складирање на енергија од батерии), го претставуваат најчестиот метод за складирање енергија што се користи во секојдневните апликации. Постојат и други системи за складирање, како што се хидроцентралите кои ја претвораат потенцијалната енергија на водата складирана во браната во електрична енергија. Водата што ќе падне ќе го сврти замаецот на турбината што произведува електрична енергија. Друг пример е компримиран гас, по ослободувањето гасот ќе го заврти тркалото на турбината што произведува моќ.

Она што ги одделува батериите од другите методи за складирање е нивната потенцијална област на работа. Од мали уреди и автомобилско напојување до апликации за домаќинство и големи соларни фарми, батериите може беспрекорно да се интегрираат во која било апликација за складирање надвор од мрежата. Од друга страна, методите за хидроенергија и компримиран воздух бараат многу големи и сложени инфраструктури за складирање. Ова води до многу високи трошоци кои бараат многу големи апликации за да може да се оправда.

Користете куќишта за системи за складирање надвор од мрежата.

Како што беше споменато претходно, системите за складирање надвор од мрежата можат да го олеснат користењето и потпирањето на методите за обновлива енергија како што се соларната и ветерната енергија. Сепак, постојат и други апликации кои можат многу да имаат корист од таквите системи

Градските електроенергетски мрежи имаат за цел да обезбедат вистинска количина на енергија врз основа на понудата и побарувачката на секој град. Потребната моќност може да варира во текот на денот. Системите за складирање надвор од мрежата се користат за да се намалат флуктуациите и да се обезбеди поголема стабилност во случаи на најголема побарувачка. Од друга перспектива, системите за складирање надвор од мрежата може да бидат многу корисни за да се компензира секој непредвиден технички дефект во главната електрична мрежа или за време на планираните периоди на одржување. Тие можат да ги исполнат барањата за енергија без да бараат алтернативни извори на енергија. Може да се наведе на пример ледената бура во Тексас во почетокот на февруари 2023 година, која остави без струја околу 262.000 луѓе, додека поправките беа одложени поради тешките временски услови.

Електричните возила се друга апликација. Истражувачите вложија многу напор за да ги оптимизираат стратегиите за производство и полнење/празнење батерии со цел да го зголемат животниот век и густината на моќноста на батериите. Литиум-јонските батерии беа во првите редови на оваа мала револуција и беа широко користени во новите електрични автомобили, но и во електричните автобуси. Подобрите батерии во овој случај може да доведат до поголема километража, но и до намалено време на полнење со правилните технологии.

Другиот технолошки напредок, како што се UAV-овите и мобилните роботи, имаат голема корист од развојот на батериите. Таму, стратегиите за движење и контролните стратегии во голема мера се потпираат на капацитетот на батеријата и обезбедената моќност.

Што е БЕС

BESS или систем за складирање на енергија од батерии е систем за складирање енергија што може да се користи за складирање енергија. Оваа енергија може да дојде од главната мрежа или од обновливи извори на енергија како што се енергијата на ветерот и сончевата енергија. Составен е од повеќе батерии распоредени во различни конфигурации (серија/паралелно) и димензионирани врз основа на барањата. Тие се поврзани со инвертер кој се користи за конвертирање на еднонасочна струја во наизменична струја за употреба. Асистем за управување со батерии (BMS)се користи за следење на условите на батеријата и работата на полнење/празнење.

Во споредба со другите системи за складирање енергија, тие се особено флексибилни за поставување/поврзување и не бараат многу скапа инфраструктура, но сепак имаат значителна цена и бараат поредовно одржување врз основа на употребата.

BESS навики за големина и употреба

Клучна точка што треба да се зафати при инсталирање на систем за складирање енергија од батерии е големината. Колку батерии се потребни? Во која конфигурација? Во некои случаи, типот на батеријата може да игра клучна улога на долг рок во однос на заштедите на трошоците и ефикасноста

Ова се прави од случај до случај бидејќи апликациите може да се движат од мали домаќинства до големи индустриски постројки.

Најчестиот обновлив извор на енергија за малите домаќинства, особено во урбаните средини, е сончевата енергија со помош на фотоволтаични панели. Инженерот генерално ќе ја земе предвид просечната потрошувачка на енергија на домаќинството и ќе го процени сончевото зрачење во текот на годината за одредена локација. Бројот на батерии и нивната мрежна конфигурација се избрани за да одговараат на потребите на домаќинствата за време на најниското снабдување со соларна енергија во годината, додека батериите не се целосно испразнети. Ова е претпоставка дека решението ќе има целосна независност на моќноста од главната мрежа.

Одржувањето релативно умерена состојба на полнење или целосно неиспуштање на батериите е нешто што на почетокот може да биде контраинтуитивно. На крајот на краиштата, зошто да користиме систем за складирање ако не можеме да го извлечеме целосниот потенцијал? Теоретски тоа е можно, но можеби не е стратегијата што го максимизира повратот на инвестицијата.

Еден од главните недостатоци на BESS е релативно високата цена на батериите. Затоа, од суштинско значење е изборот на навика за користење или стратегија за полнење/празнење што го максимизира животниот век на батеријата. На пример, батериите со оловна киселина не можат да се испразнат под капацитет од 50% без да претрпат неповратни оштетувања. Литиум-јонските батерии имаат поголема густина на енергија, долг животен век. Тие, исто така, може да се испуштаат со користење на поголеми опсези, но тоа доаѓа по цена на зголемена цена. Постои голема разлика во цената помеѓу различни хемикалии, батериите со оловна киселина може да бидат стотици до илјадници долари поевтини од литиум-јонската батерија со иста големина. Ова е причината зошто батериите со оловна киселина се најмногу користени во соларни апликации во земјите од третиот свет и сиромашните заедници.

Работата на батеријата е силно погодена од деградацијата за време на нејзиниот животен век, таа нема стабилни перформанси што завршуваат со ненадеен дефект. Наместо тоа, капацитетот и обезбедениот може постепено да избледат. Во пракса, се смета дека траењето на батеријата е исцрпено кога нејзиниот капацитет ќе достигне 80% од оригиналниот капацитет. Со други зборови, кога ќе доживее 20% капацитет бледнее. Во пракса, тоа значи дека може да се обезбеди помала количина на енергија. Ова може да влијае на периодите на користење за целосно независни системи и на износот на километражата што може да ја покрие EV.

Друга точка што треба да се земе предвид е безбедноста. Со напредокот во производството и технологијата, последните батерии генерално беа хемиски постабилни. Меѓутоа, поради историјата на деградација и злоупотреба, ќелиите може да одат во термички бегство што може да доведе до катастрофални резултати и во некои случаи да го доведе животот на потрошувачите во опасност.

Ова е причината зошто компаниите развија подобар софтвер за следење на батеријата (BMS) за контрола на користењето на батеријата, но и за следење на здравствената состојба со цел да се обезбеди навремено одржување и да се избегнат влошените последици.

Заклучок

Од мрежните системи за складирање енергија обезбедуваат одлична можност да се постигне независност на електричната енергија од главната мрежа, но исто така обезбедуваат резервен извор на енергија за време на прекини и периоди на врвно оптоварување. Таму развојот ќе го олесни преминот кон позелени извори на енергија, со што ќе го ограничи влијанието на генерирањето енергија врз климатските промени, а сепак ќе ги исполни барањата за енергија со постојан раст на потрошувачката.

Системите за складирање на енергија од батерии се најчесто користени и најлесни за конфигурирање за различни секојдневни апликации. Нивната висока флексибилност се спротивставува со релативно високата цена, што доведува до развој на стратегии за следење за да се продолжи соодветниот животен век колку што е можно повеќе. Во моментов, индустријата и академијата вложуваат многу напор за да ја истражат и разберат деградацијата на батеријата под различни услови.