Цахилгаан эрчим хүчийг сүлжээнээс хэрхэн хадгалах вэ?

Сүүлийн 50 жилийн хугацаанд дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээ тасралтгүй нэмэгдэж, 2021 онд ойролцоогоор 25,300 тераватт-цаг болно гэсэн тооцоо гарч байна. Аж үйлдвэр 4.0 рүү шилжсэнээр дэлхий даяар эрчим хүчний хэрэгцээ нэмэгдэж байна. Аж үйлдвэрийн болон эдийн засгийн бусад салбарын эрчим хүчний хэрэгцээг оруулалгүйгээр эдгээр тоо жил бүр нэмэгдэж байна. Аж үйлдвэрийн энэхүү шилжилт, өндөр эрчим хүчний хэрэглээ нь хүлэмжийн хийн хэт их ялгаралтаас үүдэлтэй уур амьсгалын өөрчлөлтийн илүү бодитой үр дагаварт хүргэж байна. Одоогийн байдлаар ихэнх цахилгаан станц, байгууламжууд ийм хэрэгцээг хангахын тулд чулуужсан түлшний эх үүсвэрээс (газрын тос, хий) ихээхэн найдаж байна. Эдгээр уур амьсгалын асуудал нь уламжлалт аргыг ашиглан нэмэлт эрчим хүч үйлдвэрлэхийг хориглодог. Ийнхүү сэргээгдэх эх үүсвэрээс эрчим хүчийг тасралтгүй, найдвартай хангахын тулд үр ашигтай, найдвартай эрчим хүч хадгалах системийг хөгжүүлэх нь улам бүр чухал болж байна.

Эрчим хүчний салбар сэргээгдэх эрчим хүч буюу “ногоон” шийдэл рүү шилжсэн. Шилжилтэд үйлдвэрлэлийн техникийг сайжруулснаар тусалсан бөгөөд жишээлбэл, салхин турбины ирийг илүү үр ашигтай үйлдвэрлэхэд хүргэсэн. Түүнчлэн судлаачид фотоволтайк эсийн үр ашгийг дээшлүүлж, ашиглалтын талбайд илүү сайн эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой болсон. 2021 онд нарны фотоволтайк (PV) эх үүсвэрээс цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх нь мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, 179 TWh-д хүрч дээд амжилт тогтоож, 2020 онтой харьцуулахад 22%-иар өссөн байна. Нарны PV технологи нь одоо дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн 3.6%-ийг эзэлж байгаа бөгөөд одоогоор сэргээгдэх эрчим хүчний гурав дахь том эрчим хүч юм. усан цахилгаан станц, салхины дараа эрчим хүчний эх үүсвэр.

Гэсэн хэдий ч эдгээр нээлтүүд нь сэргээгдэх эрчим хүчний системийн зарим сул талыг, голчлон хүртээмжийг шийдэж чадахгүй байна. Эдгээр аргуудын ихэнх нь нүүрс, нефтийн цахилгаан станц гэх мэт хэрэгцээнд эрчим хүч үйлдвэрлэдэггүй. Жишээлбэл, нарны энергийн гаралт нь нарны цацрагийн өнцөг болон PV хавтангийн байрлалаас хамаарч өөр өөр байдаг. Өвлийн улиралд, маш үүлэрхэг өдрүүдэд гаралт нь мэдэгдэхүйц багасдаг бол шөнийн цагаар эрчим хүч гаргаж чадахгүй. Салхины эрчим хүч нь салхины хурдаас хамаарч хэлбэлзлээс болж хохирдог. Тиймээс бага гарцтай үед эрчим хүчний хангамжийг тогтвортой байлгахын тулд эдгээр шийдлүүдийг эрчим хүч хадгалах системтэй хослуулах шаардлагатай.

Эрчим хүч хадгалах систем гэж юу вэ?

Эрчим хүч хадгалах систем нь эрчим хүчийг дараагийн шатанд ашиглахын тулд хадгалах боломжтой. Зарим тохиолдолд хуримтлагдсан эрчим хүч болон нийлүүлсэн эрчим хүчний хооронд энерги хувирах хэлбэр байх болно. Хамгийн түгээмэл жишээ бол лити-ион батерей эсвэл хар тугалганы хүчлийн батерей зэрэг цахилгаан батерей юм. Тэд электрод ба электролитийн хоорондох химийн урвалын замаар цахилгаан эрчим хүчийг өгдөг.

Батерей буюу BESS (батерейны эрчим хүч хадгалах систем) нь өдөр тутмын амьдралд хэрэглэгддэг эрчим хүч хадгалах хамгийн түгээмэл арга юм. Даланд хуримтлагдсан усны боломжит энергийг цахилгаан эрчим хүч болгон хувиргадаг усан цахилгаан станц зэрэг бусад хадгалах системүүд байдаг. Доошоо унасан ус нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг турбины нисдэг дугуйг эргүүлнэ. Өөр нэг жишээ бол шахсан хий юм, гаргасны дараа хий нь турбины дугуйг эргүүлэх хүчийг бий болгодог.

Батерейг хадгалах бусад аргуудаас ялгах зүйл бол тэдгээрийн боломжит үйл ажиллагааны талбар юм. Бага оврын төхөөрөмж, автомашины цахилгаан хангамжаас эхлээд гэр ахуйн хэрэглээ, нарны эрчим хүчний томоохон фермүүд хүртэл батерейг сүлжээнээс гадуурх ямар ч хадгалах програмд хялбархан нэгтгэх боломжтой. Нөгөөтэйгүүр, усан цахилгаан станц, шахсан агаарын аргууд нь агуулахын тулд маш том, нарийн төвөгтэй дэд бүтцийг шаарддаг. Энэ нь үндэслэлтэй байхын тулд маш том хэрэглээ шаарддаг маш өндөр зардалд хүргэдэг.

Сүлжээнээс гадуурх хадгалах системд зориулж кейс ашиглана уу.

Өмнө дурьдсанчлан, сүлжээнээс гадуурх хадгалах систем нь нар, салхины эрчим хүч гэх мэт сэргээгдэх эрчим хүчний аргуудыг ашиглах, найдах боломжийг хөнгөвчлөх боломжтой. Гэсэн хэдий ч ийм системээс ихээхэн ашиг тустай бусад програмууд байдаг

Хотын эрчим хүчний сүлжээнүүд нь хот бүрийн эрэлт, нийлүүлэлтэд тулгуурлан зохих хэмжээний эрчим хүчийг хангах зорилготой. Шаардлагатай эрчим хүч өдрийн турш хэлбэлзэж болно. Эрэлт ихтэй үед хэлбэлзлийг намжааж, илүү тогтвортой байдлыг хангах зорилгоор сүлжээнээс гадуурх хадгалах системийг ашигласан. Өөр өнцгөөс харвал, сүлжээнээс гадуур хадгалах систем нь үндсэн цахилгаан сүлжээнд эсвэл хуваарьт засвар үйлчилгээний хугацаанд урьдчилан таамаглаагүй техникийн гэмтэлийг нөхөхөд маш их ашиг тустай байж болно. Тэд өөр эрчим хүчний эх үүсвэр хайхгүйгээр эрчим хүчний хэрэгцээг хангаж чадна. Жишээлбэл, 2023 оны 2-р сарын эхээр Техас мужид болсон мөсөн шуурганы улмаас 262 000 орчим хүн цахилгаангүй болж, цаг агаарын хүнд нөхцөл байдлаас шалтгаалан засварын ажил хойшлогджээ.

Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл бол өөр нэг хэрэглээ юм. Судлаачид батерейны ашиглалтын хугацаа, эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлэхийн тулд батерейны үйлдвэрлэл, цэнэглэх/цэнэглэх стратегийг оновчтой болгохын тулд маш их хүчин чармайлт гаргасан. Лити-ион батерейнууд нь энэхүү жижиг хувьсгалын тэргүүн эгнээнд байсан бөгөөд шинэ цахилгаан машин төдийгүй цахилгаан автобусанд өргөн хэрэглэгддэг. Энэ тохиолдолд илүү сайн батерей нь илүү их миль явахад хүргэдэг боловч зөв технологиор цэнэглэх хугацааг багасгадаг.

UAV болон хөдөлгөөнт робот гэх мэт технологийн бусад дэвшил батерейг хөгжүүлэхэд ихээхэн ашиг тусаа өгсөн. Хөдөлгөөний стратеги болон хяналтын стратеги нь батерейны хүчин чадал, хүчнээс ихээхэн хамаардаг.

BESS гэж юу вэ

BESS буюу батерейны эрчим хүч хадгалах систем нь эрчим хүчийг хадгалахад ашиглаж болох эрчим хүч хадгалах систем юм. Энэ эрчим хүчийг үндсэн сүлжээнээс эсвэл салхины эрчим хүч, нарны эрчим хүч гэх мэт сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрээс авах боломжтой. Энэ нь өөр өөр тохиргоонд (цуврал/зэрэгцээ) байрлуулсан, шаардлагад үндэслэн хэмжээс бүхий олон тооны батерейгаас бүрдэнэ. Тэдгээр нь тогтмол гүйдлийн хүчийг хувьсах гүйдэл болгон хувиргахад ашигладаг инвертерт холбогдсон байна. Абатерейны удирдлагын систем (BMS)батерейны нөхцөл болон цэнэглэх/цэнэглэх ажиллагааг хянахад ашигладаг.

Бусад эрчим хүч хадгалах системүүдтэй харьцуулахад тэдгээр нь байрлуулах/холбохдоо уян хатан, өндөр үнэтэй дэд бүтэц шаарддаггүй ч ашиглалтаас хамааран нэлээд өндөр өртөгтэй бөгөөд байнгын засвар үйлчилгээ шаарддаг.

BESS-ийн хэмжээ, хэрэглээний зуршил

Зайны эрчим хүчийг хадгалах системийг суурилуулахад анхаарах ёстой чухал зүйл бол хэмжээ юм. Хэдэн батерей хэрэгтэй вэ? Ямар тохиргоонд? Зарим тохиолдолд батерейны төрөл нь зардал хэмнэлт, үр ашгийн хувьд урт хугацаанд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг

Хэрэглээ нь жижиг өрхөөс эхлээд томоохон аж үйлдвэрийн үйлдвэр хүртэл байж болох тул үүнийг тохиолдол бүрээр хийдэг.

Жижиг өрх, ялангуяа хот суурин газрын хамгийн түгээмэл сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр бол фотоволтайк хавтанг ашиглан нарны эрчим хүч юм. Инженер ерөнхийдөө тухайн айлын цахилгаан эрчим хүчний дундаж хэрэглээг авч үзэж, тухайн байршлын жилийн туршид нарны цацрагийг үнэлдэг. Батерейны тоо болон тэдгээрийн сүлжээний тохиргоог тухайн жилийн хамгийн бага нарны эрчим хүчний хангамжийн үеийн өрхийн хэрэгцээнд нийцүүлэн сонгож, батарейг бүрэн шавхахгүй. Энэ нь үндсэн сүлжээнээс бүрэн хараат бус байх шийдэл юм.

Харьцангуй дунд зэргийн цэнэгтэй байх эсвэл батерейг бүрэн цэнэггүй болгох нь эхэндээ ойлгомжгүй зүйл юм. Эцсийн эцэст, хэрэв бид үүнийг бүрэн хүчин чадлаараа гаргаж чадахгүй бол яагаад хадгалах системийг ашиглах хэрэгтэй вэ? Онолын хувьд энэ нь боломжтой, гэхдээ энэ нь хөрөнгө оруулалтын өгөөжийг нэмэгдүүлэх стратеги биш байж магадгүй юм.

BESS-ийн гол сул талуудын нэг нь батерейны харьцангуй өндөр өртөг юм. Тиймээс батерейны ашиглалтын хугацааг уртасгах хэрэглээний зуршил эсвэл цэнэглэх/цэнэглэх стратеги сонгох нь чухал юм. Жишээлбэл, хар тугалганы хүчлийн батерейг нөхөж баршгүй гэмтэлгүйгээр 50% -иас доош хүчин чадлаараа цэнэглэж болохгүй. Лити-ион батерей нь эрчим хүчний өндөр нягтралтай, урт хугацааны мөчлөгтэй байдаг. Тэдгээрийг илүү том зайд цэнэглэх боломжтой боловч энэ нь үнийн өсөлттэй холбоотой байдаг. Янз бүрийн химийн бодисуудын өртөг өндөр зөрүүтэй байдаг тул хар тугалганы хүчлийн батерей нь ижил хэмжээтэй лити-ион батерейгаас хэдэн зуугаас хэдэн мянган доллараар хямд байдаг. Тийм ч учраас хар тугалганы хүчлийн батерейг 3-р ертөнцийн орнууд болон ядуу орон нутгийн нарны эрчим хүчний хэрэглээнд хамгийн их ашигладаг.

Батерейны хүчин чадал нь ашиглалтын хугацаандаа доройтоход ихээхэн нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь тогтвортой ажиллах чадваргүй бөгөөд гэнэтийн эвдрэлээр төгсдөг. Үүний оронд хүчин чадал, хангагдсан байдал аажмаар буурч болно. Практикт батерейны хүчин чадал нь анхны хүчин чадлынхаа 80% -д хүрэхэд ашиглалтын хугацаа дууссан гэж үздэг. Өөрөөр хэлбэл, энэ нь 20% хүчин чадал нь бүдгэрч мэдрэх үед. Практикт энэ нь бага хэмжээний эрчим хүч өгөх боломжтой гэсэн үг юм. Энэ нь бүрэн бие даасан системийн ашиглалтын хугацаа болон EV-ийн туулах миль хэмжээнд нөлөөлж болно.

Өөр нэг анхаарах зүйл бол аюулгүй байдал юм. Үйлдвэрлэл, технологийн дэвшлийн ачаар сүүлийн үеийн батерейнууд ерөнхийдөө химийн хувьд илүү тогтвортой болсон. Гэсэн хэдий ч доройтол, урвуулан ашигласан түүхийн улмаас эсүүд дулааны алдагдалд орж, гамшгийн үр дүнд хүргэж, зарим тохиолдолд хэрэглэгчдийн амь насанд аюул учруулж болзошгүй юм.

Ийм учраас компаниуд батерейны ашиглалтыг хянахын тулд илүү сайн батерейны хяналтын программ хангамжийг (BMS) боловсруулж, засвар үйлчилгээг цаг тухайд нь хийж, хүндрүүлэх үр дагавраас зайлсхийхийн тулд эрүүл мэндийн байдалд хяналт тавьдаг.

Дүгнэлт

Сүлжээний эрчим хүчний хадгалалтын системүүд нь үндсэн сүлжээнээс эрчим хүчний хараат бус байдалд хүрэх сайхан боломжийг олгодог төдийгүй зогсолт, ачаалал ихтэй үед эрчим хүчний нөөц эх үүсвэрээр хангадаг. Тэнд хөгжил нь ногоон эрчим хүчний эх үүсвэр рүү шилжих шилжилтийг хөнгөвчлөх бөгөөд ингэснээр эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн уур амьсгалын өөрчлөлтөд үзүүлэх нөлөөллийг хязгаарлахын зэрэгцээ хэрэглээний байнгын өсөлттэй эрчим хүчний хэрэгцээг хангах болно.

Зайны эрчим хүчийг хадгалах систем нь өдөр тутмын янз бүрийн хэрэглээнд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг бөгөөд тохируулахад хялбар байдаг. Тэдний өндөр уян хатан байдал нь харьцангуй өндөр өртөгтэй тулгардаг бөгөөд энэ нь ашиглалтын хугацааг аль болох уртасгах мониторингийн стратегийг боловсруулахад хүргэдэг. Одоогийн байдлаар салбар болон эрдэм шинжилгээний байгууллагууд янз бүрийн нөхцөлд батерейны доройтлыг судалж, ойлгохын тулд маш их хүчин чармайлт гаргаж байна.