Kif taħżen l-elettriku barra mill-grid?

Matul l-aħħar 50 sena, kien hemm żieda kontinwa fil-konsum globali tal-elettriku, b'użu stmat ta 'madwar 25,300 terawatt-siegħa fis-sena 2021. Bit-tranżizzjoni lejn l-industrija 4.0, hemm żieda fid-domandi tal-enerġija madwar id-dinja. Dawn in-numri qed jiżdiedu kull sena, mingħajr ma jinkludu r-rekwiżiti tal-enerġija ta 'setturi industrijali u ekonomiċi oħra. Din il-bidla industrijali u l-konsum ta’ enerġija għolja huma flimkien ma’ effetti tat-tibdil fil-klima aktar tanġibbli minħabba emissjonijiet eċċessivi ta’ gassijiet serra. Bħalissa, il-biċċa l-kbira tal-impjanti u l-faċilitajiet tal-ġenerazzjoni tal-enerġija jiddependu ħafna fuq sorsi ta 'fjuwils fossili (żejt u gass) biex jissodisfaw tali domandi. Dan it-tħassib dwar il-klima jipprojbixxi ġenerazzjoni ta' enerġija addizzjonali bl-użu ta' metodi konvenzjonali. Għalhekk, l-iżvilupp ta 'sistemi ta' ħażna ta 'enerġija effiċjenti u affidabbli sar dejjem aktar importanti biex tiġi żgurata provvista kontinwa u affidabbli ta' enerġija minn sorsi rinnovabbli.

Is-settur tal-enerġija wieġeb billi qaleb lejn enerġija rinnovabbli jew soluzzjonijiet "ħodor". It-tranżizzjoni ġiet megħjuna minn tekniki ta 'manifattura mtejba, li wasslu pereżempju għal manifattura aktar effiċjenti ta' xfafar tat-turbini tar-riħ. Ukoll, ir-riċerkaturi setgħu jtejbu l-effiċjenza taċ-ċelloli fotovoltajċi, li jwasslu għal ġenerazzjoni aħjar ta 'enerġija għal kull żona ta' użu. Fl-2021, il-ġenerazzjoni tal-elettriku minn sorsi fotovoltajċi solari (PV) żdiedet b'mod sinifikanti, laħqet rekord 179 TWh u tirrappreżenta tkabbir ta '22% meta mqabbel mal-2020. It-teknoloġija solari PV issa tammonta għal 3.6% tal-ġenerazzjoni tal-elettriku globali u bħalissa hija t-tielet l-akbar rinnovabbli sors ta 'enerġija wara l-idroenerġija u r-riħ.

Madankollu, dawn l-avvanzi ma jsolvux xi wħud mill-iżvantaġġi inerenti tas-sistemi tal-enerġija rinnovabbli, prinċipalment id-disponibbiltà. Ħafna minn dawn il-metodi ma jipproduċux enerġija fuq talba bħala impjanti tal-enerġija tal-faħam u taż-żejt. L-outputs tal-enerġija solari huma pereżempju disponibbli matul il-ġurnata b'varjazzjonijiet skont l-angoli tal-irradjazzjoni tax-xemx u l-pożizzjonament tal-pannelli PV. Ma jistax jipproduċi l-ebda enerġija matul il-lejl filwaqt li l-produzzjoni tagħha titnaqqas b'mod sinifikanti matul l-istaġun tax-xitwa u fi ġranet imsaħħab ħafna. L-enerġija mir-riħ tbati wkoll minn varjazzjonijiet skont il-veloċità tar-riħ. Għalhekk, dawn is-soluzzjonijiet jeħtieġ li jiġu akkoppjati ma 'sistemi ta' ħażna tal-enerġija sabiex isostnu l-provvista tal-enerġija matul perjodi ta 'produzzjoni baxxa.

X'inhuma s-sistemi tal-ħażna tal-enerġija?

Is-sistemi tal-ħażna tal-enerġija jistgħu jaħżnu l-enerġija sabiex jintużaw fi stadju aktar tard. F'xi każijiet, se jkun hemm forma ta 'konverżjoni tal-enerġija bejn l-enerġija maħżuna u l-enerġija pprovduta. L-aktar eżempju komuni huwa batteriji elettriċi bħal batteriji tal-jone tal-litju jew batteriji taċ-ċomb-aċidu. Huma jipprovdu enerġija elettrika permezz ta 'reazzjonijiet kimiċi bejn l-elettrodi u l-elettrolit.

Il-batteriji, jew BESS (sistema tal-ħażna tal-enerġija tal-batterija), jirrappreżentaw l-aktar metodu ta 'ħażna tal-enerġija komuni użat fl-applikazzjonijiet tal-ħajja ta' kuljum. Teżisti sistema oħra ta 'ħażna bħal impjanti tal-idroenerġija li jikkonvertu l-enerġija potenzjali tal-ilma maħżuna f'diga f'enerġija elettrika. L-ilma li jaqa 'l isfel se jdawwar il-flywheel ta' turbina li tipproduċi enerġija elettrika. Eżempju ieħor huwa l-gass ikkompressat, mal-ħruġ il-gass idur ir-rota tat-turbina li tipproduċi l-enerġija.

Dak li jifred il-batteriji mill-metodi l-oħra tal-ħażna huma l-oqsma potenzjali ta 'operazzjoni tagħhom. Minn apparat żgħir u provvista ta 'enerġija tal-karozzi għal applikazzjonijiet tad-dar u farms solari kbar, il-batteriji jistgħu jiġu integrati bla xkiel għal kwalunkwe applikazzjoni ta' ħażna barra mill-grilja. Min-naħa l-oħra, l-idroenerġija u l-metodi ta 'arja kkompressata jeħtieġu infrastrutturi kbar ħafna u kumplessi għall-ħażna. Dan iwassal għal spejjeż għoljin ħafna li jeħtieġu applikazzjonijiet kbar ħafna sabiex ikun iġġustifikat.

Każijiet ta 'użu għal sistemi ta' ħażna off-grid.

Kif issemma qabel, sistemi ta 'ħażna barra mill-grilja jistgħu jiffaċilitaw l-użu u d-dipendenza fuq metodi ta' enerġija rinnovabbli bħall-enerġija solari u mir-riħ. Madankollu, hemm applikazzjonijiet oħra li jistgħu jibbenefikaw ħafna minn sistemi bħal dawn

Il-grilji tal-enerġija tal-belt għandhom l-għan li jipprovdu l-ammont it-tajjeb ta 'enerġija bbażat fuq il-provvista u d-domanda ta' kull belt. Il-qawwa meħtieġa tista 'tvarja matul il-ġurnata. Sistemi ta 'ħażna barra mill-grilja intużaw biex inaqqsu l-varjazzjonijiet u jipprovdu aktar stabbiltà f'każijiet ta' domanda massima. Minn perspettiva differenti, is-sistemi ta 'ħażna barra mill-grilja jistgħu jkunu ta' benefiċċju kbir biex jikkumpensaw għal kwalunkwe ħsara teknika mhux prevista fil-grilja prinċipali tal-enerġija jew matul perjodi ta 'manutenzjoni skedati. Jistgħu jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-enerġija mingħajr ma jkollhom għalfejn ifittxu sorsi ta 'enerġija alternattivi. Wieħed jista’ jsemmi pereżempju l-maltempata tas-silġ ta’ Texas fil-bidu ta’ Frar 2023 li ħalliet madwar 262 000 ruħ mingħajr enerġija, filwaqt li t-tiswijiet ġew ittardjati minħabba l-kundizzjonijiet diffiċli tat-temp.

Vetturi elettriċi huma applikazzjoni oħra. Ir-riċerkaturi għamlu ħafna sforz biex jottimizzaw il-manifattura tal-batteriji u l-istrateġiji tal-iċċarġjar/ħatt sabiex jestendu l-ħajja u d-densità tal-qawwa tal-batteriji. Il-batteriji tal-jone tal-litju kienu fuq quddiem ta 'din ir-rivoluzzjoni żgħira u ntużaw b'mod estensiv f'karozzi elettriċi ġodda iżda wkoll karozzi tal-linja elettriċi. Batteriji aħjar f'dan il-każ jistgħu jwasslu għal kilometraġġ akbar iżda wkoll ħinijiet imnaqqsa tal-iċċarġjar bit-teknoloġiji t-tajbin.

Avvanz teknoloġiku ieħor bħall-UAVs u r-robots mobbli bbenefikaw ħafna mill-iżvilupp tal-batterija. Hemm strateġiji ta 'moviment u strateġiji ta' kontroll jiddependu ħafna fuq il-kapaċità tal-batterija u l-qawwa pprovduta.

X'inhu BESS

BESS jew sistema ta 'ħażna ta' enerġija tal-batterija hija sistema ta 'ħażna ta' enerġija li tista 'tintuża biex taħżen l-enerġija. Din l-enerġija tista’ tiġi mill-grid prinċipali jew minn sorsi ta’ enerġija rinnovabbli bħall-enerġija mir-riħ u l-enerġija solari. Huwa magħmul minn batteriji multipli rranġati f'konfigurazzjonijiet differenti (serje/parallel) u daqs ibbażat fuq ir-rekwiżiti. Huma konnessi ma 'inverter li jintuża biex jikkonverti l-enerġija DC għal enerġija AC għall-użu. Asistema ta' ġestjoni tal-batteriji (BMS)jintuża biex jimmonitorja l-kundizzjonijiet tal-batterija u l-operazzjoni tal-iċċarġjar/ħatt.

Meta mqabbla ma 'sistemi oħra ta' ħażna tal-enerġija, huma partikolarment flessibbli biex jitqiegħdu/konnettjaw u ma jeħtiġux infrastruttura li tiswa ħafna flus, iżda xorta waħda għandhom spiża konsiderevoli u jeħtieġu manutenzjoni aktar regolari bbażata fuq l-użu.

Id-drawwiet tad-daqs u l-użu tal-BESS

Punt kruċjali li għandu jiġi ttrattat meta tinstalla sistema tal-ħażna tal-enerġija tal-batterija huwa d-daqs. Kemm hemm bżonn batteriji? F'liema konfigurazzjoni? F'xi każijiet, it-tip ta 'batterija jista' jkollu rwol kruċjali fit-tul f'termini ta 'ffrankar ta' spejjeż u effiċjenza

Dan isir fuq bażi ta’ każ b’każ peress li l-applikazzjonijiet jistgħu jvarjaw minn djar żgħar sa impjanti industrijali kbar.

L-aktar sors ta 'enerġija rinnovabbli komuni għal djar żgħar, speċjalment f'żoni urbani, huwa solari bl-użu ta' pannelli fotovoltajċi. L-inġinier ġeneralment jikkunsidra l-konsum medju tal-enerġija tad-dar u jivvaluta l-irradjanza solari matul is-sena għall-post speċifiku. In-numru ta 'batteriji u l-konfigurazzjoni tal-grilja tagħhom jintgħażlu biex jaqblu mad-domandi tad-dar matul l-inqas provvista ta' enerġija solari tas-sena filwaqt li ma tiskulax għal kollox il-batteriji. Dan qed jassumi soluzzjoni li jkun hemm indipendenza sħiħa tal-enerġija mill-grid prinċipali.

Iż-żamma ta 'stat ta' ħlas relattivament moderat jew il-ħatt kompletament tal-batteriji hija xi ħaġa li tista 'tkun kontrointuwittiva għall-ewwel. Wara kollox, għaliex nużaw sistema ta 'ħażna jekk ma nistgħux niġbduha l-potenzjal sħiħ? Fit-teorija huwa possibbli, iżda tista 'ma tkunx l-istrateġija li timmassimizza r-ritorn fuq l-investiment.

Wieħed mill-iżvantaġġi ewlenin ta 'BESS huwa l-ispiża relattivament għolja tal-batteriji. Għalhekk, l-għażla ta 'drawwa ta' użu jew strateġija ta 'ċċarġjar/ħatt li timmassimizza l-ħajja tal-batterija hija essenzjali. Pereżempju, batteriji ta 'aċidu taċ-ċomb ma jistgħux jiġu skarikati taħt il-kapaċità ta' 50% mingħajr ma jsofru minn ħsara irriversibbli. Il-batteriji tal-jone tal-litju għandhom densità ta 'enerġija ogħla, ħajja ta' ċiklu twil. Jistgħu wkoll jiġu skarikati bl-użu ta 'firxiet akbar, iżda dan jiġi bi spiża ta' żieda fil-prezz. Hemm varjanza għolja fl-ispiża bejn kimiċi differenti, il-batteriji tal-aċidu taċ-ċomb jistgħu jkunu mijiet sa eluf ta 'dollari orħos minn batterija tal-jone tal-litju tal-istess daqs. Huwa għalhekk li l-batteriji tal-aċidu taċ-ċomb huma l-aktar użati f'applikazzjonijiet solari f'pajjiżi tat-tielet dinja u komunitajiet foqra.

Il-prestazzjoni tal-batterija hija affettwata ħafna mid-degradazzjoni matul il-ħajja tagħha, m'għandhiex prestazzjoni stabbli li tispiċċa b'falliment f'daqqa. Minflok, il-kapaċità u pprovduti jistgħu jisparixxu progressivament. Fil-prattika, il-ħajja tal-batterija titqies li spiċċat meta l-kapaċità tagħha tilħaq 80% tal-kapaċità oriġinali tagħha. Fi kliem ieħor, meta jesperjenza fade ta 'kapaċità ta' 20%. Fil-prattika, dan ifisser li jista' jiġi pprovdut ammont aktar baxx ta' enerġija. Dan jista' jaffettwa l-perjodi ta' użu għal sistemi kompletament indipendenti u l-ammont ta' kilometraġġ li jista' jkopri EV.

Punt ieħor li għandek tikkonsidra hija s-sigurtà. B'avvanzi fil-manifattura u t-teknoloġija, il-batteriji reċenti kienu ġeneralment aktar stabbli kimikament. Madankollu minħabba l-istorja tad-degradazzjoni u l-abbuż, iċ-ċelluli jistgħu jidħlu f'runaway termali li jistgħu jwasslu għal riżultati katastrofiċi u f'xi każijiet iqiegħdu l-ħajja tal-konsumaturi fil-periklu.

Huwa għalhekk li l-kumpaniji żviluppaw softwer aħjar għall-monitoraġġ tal-batteriji (BMS) biex jikkontrollaw l-użu tal-batterija iżda jimmonitorjaw ukoll l-istat tas-saħħa sabiex jipprovdu manutenzjoni f'waqtha u jevitaw konsegwenzi aggravati.

Konklużjoni

Mis-sistemi tal-ħażna tal-enerġija tal-grilja jipprovdu opportunità kbira biex tinkiseb l-indipendenza tal-enerġija mill-grilja prinċipali iżda wkoll jipprovdu sors ta 'backup ta' enerġija waqt ħinijiet ta 'waqfien u perjodi ta' tagħbija massima. Hemm l-iżvilupp jiffaċilita l-bidla lejn sorsi ta' enerġija aktar ekoloġiċi, u b'hekk jillimita l-impatt tal-ġenerazzjoni tal-enerġija fuq it-tibdil fil-klima filwaqt li xorta jissodisfa r-rekwiżiti tal-enerġija bi tkabbir kostanti fil-konsum.

Is-sistemi tal-ħażna tal-enerġija tal-batterija huma l-aktar użati komunement u l-aktar faċli biex jiġu kkonfigurati għal applikazzjonijiet differenti ta 'kuljum. Il-flessibbiltà għolja tagħhom hija miġġielda minn spiża relattivament għolja, li twassal għall-iżvilupp ta' strateġiji ta' monitoraġġ biex itawlu kemm jista' jkun il-ħajja rispettiva. Bħalissa, l-industrija u l-akkademja qed jagħmlu ħafna sforz biex jinvestigaw u jifhmu d-degradazzjoni tal-batterija taħt kundizzjonijiet differenti.