गेल्या 50 वर्षांमध्ये, 2021 मध्ये अंदाजे 25,300 टेरावॅट-तासांच्या वापरासह, जागतिक विजेच्या वापरामध्ये सतत वाढ होत आहे. उद्योग 4.0 कडे संक्रमण झाल्यामुळे, जगभरातील ऊर्जेच्या मागणीत वाढ झाली आहे. औद्योगिक आणि इतर आर्थिक क्षेत्रांच्या उर्जेच्या गरजांचा समावेश नसून ही संख्या दरवर्षी वाढत आहे. हरितगृह वायूंच्या अत्याधिक उत्सर्जनामुळे हा औद्योगिक शिफ्ट आणि उच्च-शक्तीचा वापर अधिक मूर्त हवामान बदलाच्या प्रभावांसह आहे. सध्या, बहुतेक वीज निर्मिती संयंत्रे आणि सुविधा अशा मागण्या पूर्ण करण्यासाठी जीवाश्म इंधन स्त्रोतांवर (तेल आणि वायू) मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असतात. या हवामानविषयक चिंतेमुळे पारंपारिक पद्धतींचा वापर करून अतिरिक्त ऊर्जा निर्मिती प्रतिबंधित होते. अशा प्रकारे, नूतनीकरणीय स्त्रोतांकडून उर्जेचा सतत आणि विश्वासार्ह पुरवठा सुनिश्चित करण्यासाठी कार्यक्षम आणि विश्वासार्ह ऊर्जा साठवण प्रणालींचा विकास अधिकाधिक महत्त्वाचा बनला आहे.

ऊर्जा क्षेत्राने अक्षय ऊर्जा किंवा "ग्रीन" सोल्यूशन्सकडे वळवून प्रतिसाद दिला आहे. सुधारित उत्पादन तंत्रामुळे संक्रमणास मदत झाली आहे, उदाहरणार्थ पवन टर्बाइन ब्लेडचे अधिक कार्यक्षम उत्पादन. तसेच, संशोधक फोटोव्होल्टेइक पेशींची कार्यक्षमता सुधारण्यात सक्षम झाले आहेत, ज्यामुळे प्रति वापर क्षेत्रामध्ये चांगली ऊर्जा निर्मिती होते. 2021 मध्ये, सौर फोटोव्होल्टेइक (PV) स्त्रोतांपासून वीज निर्मिती लक्षणीयरीत्या वाढली, 179 TWh पर्यंत पोहोचली आणि 2020 च्या तुलनेत 22% ची वाढ दर्शविली. सौर PV तंत्रज्ञानाचा आता जागतिक वीज निर्मितीमध्ये 3.6% वाटा आहे आणि सध्या ते तिसरे सर्वात मोठे अक्षय्य आहे. जलविद्युत आणि वारा नंतर ऊर्जा स्रोत.

तथापि, या यशांमुळे नूतनीकरणक्षम ऊर्जा प्रणालीतील काही अंतर्भूत कमतरता, मुख्यतः उपलब्धता सोडवता येत नाहीत. यापैकी बहुतेक पद्धती कोळसा आणि तेल उर्जा प्रकल्प म्हणून मागणीनुसार ऊर्जा निर्माण करत नाहीत. उदाहरणार्थ, सौर ऊर्जा आउटपुट दिवसभर उपलब्ध असतात ज्यात सूर्यकिरण कोन आणि पीव्ही पॅनेलच्या स्थितीवर अवलंबून फरक असतो. हिवाळ्याच्या हंगामात आणि खूप ढगाळ दिवसांमध्ये त्याचे उत्पादन लक्षणीयरीत्या कमी होत असताना रात्रीच्या वेळी ते कोणतीही ऊर्जा निर्माण करू शकत नाही. पवन ऊर्जेला वाऱ्याच्या वेगावर अवलंबून चढउतारांचाही त्रास होतो. म्हणून, कमी उत्पादन कालावधीत ऊर्जा पुरवठा टिकवून ठेवण्यासाठी या उपायांना ऊर्जा साठवण प्रणालींसोबत जोडणे आवश्यक आहे.

ऊर्जा साठवण प्रणाली काय आहेत?

एनर्जी स्टोरेज सिस्टम नंतरच्या टप्प्यावर वापरण्यासाठी ऊर्जा साठवू शकतात. काही प्रकरणांमध्ये, संचयित ऊर्जा आणि प्रदान केलेली ऊर्जा यांच्यात ऊर्जा रूपांतरणाचा एक प्रकार असेल. सर्वात सामान्य उदाहरण म्हणजे इलेक्ट्रिक बॅटरी जसे की लिथियम-आयन बॅटरी किंवा लीड-ऍसिड बॅटरी. ते इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइट यांच्यातील रासायनिक अभिक्रियांद्वारे विद्युत ऊर्जा प्रदान करतात.

बॅटरी, किंवा BESS (बॅटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम), दैनंदिन जीवनातील अनुप्रयोगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सर्वात सामान्य ऊर्जा साठवण पद्धतीचे प्रतिनिधित्व करतात. धरणात साठवलेल्या पाण्याच्या संभाव्य ऊर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करणारे जलविद्युत प्रकल्पासारखी इतर साठवण व्यवस्था अस्तित्वात आहे. खाली पडणारे पाणी विद्युत ऊर्जा निर्माण करणाऱ्या टर्बाइनचे फ्लायव्हील फिरवेल. दुसरे उदाहरण म्हणजे कॉम्प्रेस्ड गॅस, सोडल्यावर गॅस टर्बाइन निर्मिती शक्तीचे चाक फिरवेल.

बॅटरींना इतर स्टोरेज पद्धतींपासून वेगळे करणारी गोष्ट म्हणजे त्यांचे संभाव्य कार्यक्षेत्र. लहान उपकरणे आणि ऑटोमोबाईल वीज पुरवठ्यापासून घरगुती ऍप्लिकेशन्स आणि मोठ्या सोलर फार्म्सपर्यंत, बॅटरी कोणत्याही ऑफ-ग्रीड स्टोरेज ऍप्लिकेशनमध्ये अखंडपणे समाकलित केल्या जाऊ शकतात. दुसरीकडे, जलविद्युत आणि संकुचित वायु पद्धतींना स्टोरेजसाठी खूप मोठ्या आणि जटिल पायाभूत सुविधांची आवश्यकता असते. यामुळे खूप जास्त खर्च येतो ज्यासाठी ते न्याय्य होण्यासाठी खूप मोठ्या अनुप्रयोगांची आवश्यकता असते.

ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टमसाठी केस वापरा.

आधी सांगितल्याप्रमाणे, ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टीम सौर आणि पवन उर्जा यांसारख्या अक्षय ऊर्जा पद्धतींचा वापर आणि विसंबून राहण्यास मदत करू शकतात. असे असले तरी, इतर अनुप्रयोग आहेत जे अशा प्रणालींचा मोठ्या प्रमाणावर फायदा घेऊ शकतात

सिटी पॉवर ग्रिड्सचे उद्दिष्ट प्रत्येक शहराच्या मागणी आणि पुरवठा यावर आधारित योग्य प्रमाणात वीज पुरवणे आहे. आवश्यक शक्ती दिवसभर चढ-उतार होऊ शकते. चढ-उतार कमी करण्यासाठी आणि कमाल मागणीच्या बाबतीत अधिक स्थिरता प्रदान करण्यासाठी ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टमचा वापर केला गेला आहे. वेगळ्या दृष्टीकोनातून, मुख्य पॉवर ग्रिडमध्ये किंवा नियोजित देखभाल कालावधी दरम्यान कोणत्याही अनपेक्षित तांत्रिक बिघाडाची भरपाई करण्यासाठी ऑफ-द ग्रिड स्टोरेज सिस्टम अत्यंत फायदेशीर ठरू शकतात. पर्यायी उर्जा स्त्रोतांचा शोध न घेता ते उर्जा आवश्यकता पूर्ण करू शकतात. उदाहरणार्थ, फेब्रुवारी 2023 च्या सुरुवातीला आलेल्या टेक्सास बर्फाचे वादळ ज्याने अंदाजे 262,000 लोकांना वीजविना सोडले, तर हवामानाच्या कठीण परिस्थितीमुळे दुरुस्तीला उशीर झाला.

इलेक्ट्रिक वाहने आणखी एक अनुप्रयोग आहेत. संशोधकांनी बॅटरीचे आयुर्मान आणि उर्जा घनता वाढवण्यासाठी बॅटरी उत्पादन आणि चार्जिंग/डिस्चार्जिंग रणनीती ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी बरेच प्रयत्न केले आहेत. लिथियम-आयन बॅटरी या छोट्या क्रांतीमध्ये आघाडीवर आहेत आणि नवीन इलेक्ट्रिक कारमध्ये पण इलेक्ट्रिक बसमध्येही मोठ्या प्रमाणात वापरल्या गेल्या आहेत. या प्रकरणात चांगल्या बॅटरीमुळे जास्त मायलेज मिळू शकते परंतु योग्य तंत्रज्ञानासह चार्जिंगचा वेळ देखील कमी होतो.

UAVs आणि मोबाईल रोबोट्स सारख्या इतर तांत्रिक प्रगतीचा बॅटरी विकासाचा खूप फायदा झाला आहे. तेथे मोशन स्ट्रॅटेजीज आणि कंट्रोल स्ट्रॅटेजीज बॅटरीची क्षमता आणि पुरवलेल्या पॉवरवर खूप अवलंबून असतात.

BESS म्हणजे काय

BESS किंवा बॅटरी ऊर्जा संचयन प्रणाली ही एक ऊर्जा साठवण प्रणाली आहे जी ऊर्जा साठवण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. ही ऊर्जा मुख्य ग्रीडमधून किंवा पवन ऊर्जा आणि सौर ऊर्जा यासारख्या अक्षय ऊर्जा स्रोतांमधून येऊ शकते. हे वेगवेगळ्या कॉन्फिगरेशनमध्ये (मालिका/समांतर) व्यवस्था केलेल्या आणि आवश्यकतेनुसार आकाराच्या अनेक बॅटरीपासून बनलेले आहे. ते एका इन्व्हर्टरशी जोडलेले असतात ज्याचा वापर डीसी पॉवरला एसी पॉवरमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी वापरला जातो. बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टम (BMS) चा वापर बॅटरीची स्थिती आणि चार्जिंग/डिस्चार्जिंग ऑपरेशनचे निरीक्षण करण्यासाठी केला जातो.

इतर ऊर्जा साठवण प्रणालींच्या तुलनेत, ते ठेवण्यासाठी/जोडण्यासाठी विशेषत: लवचिक असतात आणि त्यांना अत्यंत महागड्या पायाभूत सुविधांची आवश्यकता नसते, परंतु तरीही त्या मोठ्या खर्चात येतात आणि वापराच्या आधारावर अधिक नियमित देखभाल आवश्यक असते.

BESS आकार आणि वापर सवयी

बॅटरी ऊर्जा संचयन प्रणाली स्थापित करताना हाताळण्यासाठी एक महत्त्वाचा मुद्दा म्हणजे आकारमान. किती बॅटरी आवश्यक आहेत? कोणत्या कॉन्फिगरेशनमध्ये? काही प्रकरणांमध्ये, बॅटरीचा प्रकार दीर्घकाळ खर्चात बचत आणि कार्यक्षमतेच्या दृष्टीने महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकतो.

हे केस-दर-केस आधारावर केले जाते कारण अनुप्रयोग लहान घरांपासून मोठ्या औद्योगिक वनस्पतींपर्यंत असू शकतात.

लहान घरांसाठी, विशेषत: शहरी भागात, फोटोव्होल्टेइक पॅनेलचा वापर करून सौर ऊर्जा हा सर्वात सामान्य अक्षय ऊर्जा स्रोत आहे. अभियंता सर्वसाधारणपणे घराच्या सरासरी वीज वापराचा विचार करेल आणि विशिष्ट स्थानासाठी वर्षभरातील सौर विकिरणांचे मूल्यांकन करेल. बॅटरीची संख्या आणि त्यांचे ग्रिड कॉन्फिगरेशन हे वर्षातील सर्वात कमी सौर उर्जा पुरवठ्यादरम्यान घरातील मागणीशी जुळण्यासाठी निवडले जाते आणि बॅटरी पूर्णपणे काढून टाकल्या जात नाहीत. हे मुख्य ग्रीडपासून पूर्ण उर्जा स्वतंत्रतेसाठी एक उपाय गृहीत धरत आहे.

चार्जिंगची तुलनेने मध्यम स्थिती ठेवणे किंवा बॅटरी पूर्णपणे डिस्चार्ज न करणे ही अशी गोष्ट आहे जी सुरुवातीला अंतर्ज्ञानी असू शकते. शेवटी, जर आपण ती पूर्ण क्षमतेने काढू शकत नसाल तर स्टोरेज सिस्टम का वापरावे? सिद्धांततः हे शक्य आहे, परंतु गुंतवणुकीवर जास्तीत जास्त परतावा देणारे धोरण असू शकत नाही.

BESS चे मुख्य तोटे म्हणजे बॅटरीची तुलनेने जास्त किंमत. म्हणून, वापरण्याची सवय किंवा चार्जिंग/डिस्चार्जिंग स्ट्रॅटेजी निवडणे जे बॅटरीचे आयुष्य वाढवते ते आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, अपरिवर्तनीय नुकसान झाल्याशिवाय लीड ऍसिड बॅटरी 50% क्षमतेपेक्षा खाली सोडल्या जाऊ शकत नाहीत. लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये ऊर्जा घनता जास्त असते, सायकलचे आयुष्य जास्त असते. ते मोठ्या श्रेणींचा वापर करून देखील सोडले जाऊ शकतात, परंतु हे वाढीव किमतीच्या खर्चावर येते. वेगवेगळ्या रसायनांच्या किंमतींमध्ये उच्च तफावत आहे, लीड ऍसिड बॅटरी समान आकाराच्या लिथियम-आयन बॅटरीपेक्षा शेकडो ते हजारो डॉलर्स स्वस्त असू शकतात. म्हणूनच तिसऱ्या जगातील देशांमध्ये आणि गरीब समुदायांमध्ये सौर ऍप्लिकेशन्समध्ये लीड ऍसिड बॅटरीचा सर्वाधिक वापर केला जातो.

बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर त्याच्या आयुष्यादरम्यान ऱ्हासामुळे मोठ्या प्रमाणावर परिणाम होतो, त्याची स्थिर कामगिरी नसते जी अचानक अपयशाने संपते. त्याऐवजी, क्षमता आणि प्रदान हळूहळू कमी होऊ शकते. प्रॅक्टिसमध्ये, बॅटरीची क्षमता तिच्या मूळ क्षमतेच्या 80% पर्यंत पोहोचते तेव्हा त्याचे आयुष्य संपलेले मानले जाते. दुसऱ्या शब्दांत, जेव्हा ते 20% क्षमतेचे फिकट अनुभवते. सराव मध्ये, याचा अर्थ कमी प्रमाणात ऊर्जा प्रदान केली जाऊ शकते. हे पूर्णपणे स्वतंत्र प्रणालींच्या वापराच्या कालावधीवर आणि EV कव्हर करू शकणाऱ्या मायलेजवर परिणाम करू शकते.

विचार करण्यासारखा दुसरा मुद्दा म्हणजे सुरक्षितता. उत्पादन आणि तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे, अलीकडील बॅटरी सामान्यतः रासायनिकदृष्ट्या अधिक स्थिर आहेत. तथापि, ऱ्हास आणि दुरुपयोग इतिहासामुळे, पेशी थर्मल रनअवेमध्ये जाऊ शकतात ज्यामुळे आपत्तीजनक परिणाम होऊ शकतात आणि काही प्रकरणांमध्ये ग्राहकांचे जीवन धोक्यात येऊ शकते.

म्हणूनच कंपन्यांनी बॅटरी वापर नियंत्रित करण्यासाठी चांगले बॅटरी मॉनिटरिंग सॉफ्टवेअर (BMS) विकसित केले आहे परंतु वेळेवर देखभाल प्रदान करण्यासाठी आणि गंभीर परिणाम टाळण्यासाठी आरोग्य स्थितीचे निरीक्षण देखील केले आहे.

निष्कर्ष

ग्रिड-ऊर्जा स्टोरेज सिस्टीम मुख्य ग्रीडपासून उर्जा स्वातंत्र्य मिळविण्याची उत्तम संधी प्रदान करतात परंतु डाउनटाइम आणि पीक लोड कालावधी दरम्यान उर्जेचा बॅकअप स्त्रोत देखील प्रदान करतात. तेथे विकासामुळे हरित उर्जा स्त्रोतांकडे वळणे सुलभ होईल, अशा प्रकारे वापरामध्ये सतत वाढीसह उर्जेची आवश्यकता पूर्ण करताना हवामान बदलावरील ऊर्जा निर्मितीचा प्रभाव मर्यादित होईल.

बॅटरी ऊर्जा स्टोरेज सिस्टीम सर्वात सामान्यपणे वापरल्या जातात आणि वेगवेगळ्या दैनंदिन अनुप्रयोगांसाठी कॉन्फिगर करणे सर्वात सोपे आहे. त्यांच्या उच्च लवचिकतेचा मुकाबला तुलनेने उच्च खर्चाद्वारे केला जातो, ज्यामुळे संबंधित आयुर्मान शक्य तितके लांबणीवर टाकण्यासाठी देखरेख धोरणांचा विकास होतो. सध्या, उद्योग आणि शैक्षणिक संस्था वेगवेगळ्या परिस्थितीत बॅटरीच्या ऱ्हासाची तपासणी आणि समजून घेण्यासाठी खूप प्रयत्न करत आहेत.