विगत ५० वर्षमा, सन् २०२१ मा करिब २५,३०० टेरावाट-घण्टाको अनुमानित उपयोगको साथ, विश्वव्यापी बिजुली खपतमा निरन्तर वृद्धि भएको छ। उद्योग ४.० तर्फको सङ्क्रमणसँगै विश्वभर ऊर्जाको माग बढेको छ। औद्योगिक र अन्य आर्थिक क्षेत्रहरूको ऊर्जा आवश्यकताहरू समावेश नगरी यी संख्याहरू प्रत्येक वर्ष बढ्दै गएका छन्। यो औद्योगिक परिवर्तन र उच्च शक्ति खपत हरितगृह ग्याँस को अत्यधिक उत्सर्जन को कारण अधिक ठोस जलवायु परिवर्तन प्रभावहरु संग जोडिएको छ। हाल, धेरैजसो पावर उत्पादन प्लान्टहरू र सुविधाहरू त्यस्ता मागहरू पूरा गर्न जीवाश्म इन्धन स्रोतहरू (तेल र ग्याँस) मा धेरै निर्भर छन्। यी जलवायु चिन्ताहरूले पारंपरिक विधिहरू प्रयोग गरेर थप ऊर्जा उत्पादनलाई निषेध गर्दछ। तसर्थ, नवीकरणीय स्रोतहरूबाट ऊर्जाको निरन्तर र भरपर्दो आपूर्ति सुनिश्चित गर्न दक्ष र भरपर्दो ऊर्जा भण्डारण प्रणालीको विकास झन् महत्त्वपूर्ण बन्दै गएको छ।

ऊर्जा क्षेत्रले नवीकरणीय ऊर्जा वा "हरियो" समाधानतर्फ सरेर प्रतिक्रिया दिएको छ। संक्रमणलाई सुधारिएको उत्पादन प्रविधिहरूद्वारा मद्दत गरिएको छ, उदाहरणका लागि पवन टर्बाइन ब्लेडहरूको अधिक कुशल निर्माणमा नेतृत्व गर्दछ। साथै, अन्वेषकहरूले फोटोभोल्टिक कोशिकाहरूको दक्षता सुधार गर्न सक्षम भएका छन्, जसले प्रति उपयोग क्षेत्रमा राम्रो ऊर्जा उत्पादन गर्न अग्रसर गरेको छ। 2021 मा, सौर्य फोटोभोल्टिक (PV) स्रोतहरूबाट बिजुली उत्पादनमा उल्लेखनीय वृद्धि भयो, रेकर्ड 179 TWh सम्म पुग्यो र 2020 को तुलनामा 22% को बृद्धि प्रतिनिधित्व गर्दछ। सौर्य PV प्रविधिले अहिले विश्वव्यापी बिजुली उत्पादनको 3.6% ओगटेको छ र हाल तेस्रो ठूलो नवीकरणीय छ। जलविद्युत र हावा पछि ऊर्जा स्रोत।

यद्यपि, यी सफलताहरूले नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालीका केही अन्तर्निहित कमजोरीहरू समाधान गर्दैनन्, मुख्यतया उपलब्धता। यी अधिकांश विधिहरूले कोइला र तेल पावर प्लान्टहरूको रूपमा मागमा ऊर्जा उत्पादन गर्दैनन्। सौर्य ऊर्जा आउटपुटहरू उदाहरणका लागि सूर्यको विकिरण कोण र PV प्यानल स्थितिको आधारमा भिन्नताहरूसँग दिनभर उपलब्ध हुन्छन्। यसले रातको समयमा कुनै पनि ऊर्जा उत्पादन गर्न सक्दैन जबकि जाडो मौसममा र धेरै बादलका दिनहरूमा यसको उत्पादन उल्लेखनीय रूपमा कम हुन्छ। हावाको गतिको आधारमा हावाको शक्तिले उतारचढावबाट पनि ग्रस्त हुन्छ। तसर्थ, यी समाधानहरूलाई कम उत्पादन अवधिहरूमा ऊर्जा आपूर्ति कायम राख्न ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूसँग जोड्न आवश्यक छ।

ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरू के हुन्?

ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूले पछिल्लो चरणमा प्रयोग गर्नको लागि ऊर्जा भण्डारण गर्न सक्छ। कतिपय अवस्थामा, भण्डारित ऊर्जा र प्रदान गरिएको ऊर्जा बीच ऊर्जा रूपान्तरणको रूप हुनेछ। सबैभन्दा सामान्य उदाहरण इलेक्ट्रिक ब्याट्रीहरू जस्तै लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू वा लीड-एसिड ब्याट्रीहरू हुन्। तिनीहरूले इलेक्ट्रोड र इलेक्ट्रोलाइट बीच रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको माध्यमबाट विद्युत ऊर्जा प्रदान गर्दछ।

ब्याट्रीहरू, वा BESS (ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणाली), दैनिक जीवनमा प्रयोग हुने सबैभन्दा सामान्य ऊर्जा भण्डारण विधिलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। अन्य भण्डारण प्रणालीहरू अवस्थित छन् जस्तै हाइड्रोपावर प्लान्टहरू जसले बाँधमा भण्डारण गरिएको पानीको सम्भावित ऊर्जालाई विद्युत ऊर्जामा रूपान्तरण गर्दछ। तल खसेको पानीले विद्युतीय उर्जा उत्पादन गर्ने टर्बाइनको फ्लाईव्हील घुमाउनेछ। अर्को उदाहरण कम्प्रेस्ड ग्यास हो, रिलिज भएपछि ग्यासले टर्बाइन उत्पादन गर्ने शक्तिको पाङ्ग्रा घुमाउनेछ।

ब्याट्रीहरूलाई अन्य भण्डारण विधिहरूबाट अलग गर्ने कुरा तिनीहरूको सञ्चालनको सम्भावित क्षेत्रहरू हुन्। साना यन्त्रहरू र अटोमोबाइल बिजुली आपूर्तिबाट घरेलु अनुप्रयोगहरू र ठूला सौर्य फार्महरूमा, ब्याट्रीहरू कुनै पनि अफ-ग्रिड भण्डारण अनुप्रयोगमा निर्बाध रूपमा एकीकृत गर्न सकिन्छ। अर्कोतर्फ, जलविद्युत र संकुचित वायु विधिहरूलाई भण्डारणको लागि धेरै ठूला र जटिल पूर्वाधारहरू चाहिन्छ। यसले धेरै उच्च लागतहरू निम्त्याउँछ जुन यसलाई न्यायोचित हुनको लागि धेरै ठूला अनुप्रयोगहरू आवश्यक पर्दछ।

अफ-ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरूको लागि केसहरू प्रयोग गर्नुहोस्।

पहिले उल्लेख गरिएझैं, अफ-ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरूले सौर्य र वायु ऊर्जा जस्ता नवीकरणीय ऊर्जा विधिहरूमा प्रयोग र निर्भरतालाई सहज बनाउन सक्छ। जे होस्, त्यहाँ अन्य अनुप्रयोगहरू छन् जुन त्यस्ता प्रणालीहरूबाट धेरै फाइदा लिन सक्छ

सिटी पावर ग्रिडहरूले प्रत्येक शहरको आपूर्ति र मागको आधारमा सही मात्रामा बिजुली उपलब्ध गराउने लक्ष्य राख्छन्। आवश्यक शक्ति दिनभरि उतारचढाव हुन सक्छ। अफ-ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरू उतार-चढ़ावलाई कम गर्न र उच्च मागको अवस्थामा थप स्थिरता प्रदान गर्न प्रयोग गरिएको छ। फरक परिप्रेक्ष्यमा, मुख्य पावर ग्रिडमा वा निर्धारित मर्मत अवधिमा कुनै पनि अप्रत्याशित प्राविधिक त्रुटिको लागि क्षतिपूर्ति गर्न अफ-द ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरू धेरै लाभदायक हुन सक्छन्। तिनीहरूले वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतहरूको खोजी नगरी ऊर्जा आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्छन्। उदाहरणका लागि 2023 को फेब्रुअरीमा टेक्सासको बरफ आँधीले लगभग 262 000 मानिसहरूलाई बिजुलीविहीन छोडेको थियो, जबकि कठिन मौसम अवस्थाका कारण मर्मतमा ढिलाइ भएको थियो।

विद्युतीय सवारी साधन अर्को अनुप्रयोग हो। शोधकर्ताहरूले ब्याट्रीको आयु र पावर घनत्वको हदसम्म ब्याट्री निर्माण र चार्जिङ/डिस्चार्जिङ रणनीतिहरूलाई अनुकूलन गर्न धेरै प्रयासहरू गरेका छन्। लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू यो सानो क्रान्तिको अग्रभागमा रहेको छ र नयाँ इलेक्ट्रिक कारहरूमा तर इलेक्ट्रिक बसहरूमा पनि व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। यस अवस्थामा राम्रो ब्याट्रीहरूले ठूलो माइलेज ल्याउन सक्छ तर सही प्रविधिहरूसँग चार्ज गर्ने समय पनि घटाउँछ।

अन्य प्राविधिक प्रगति जस्तै UAVs र मोबाइल रोबोटहरूले ब्याट्री विकासबाट धेरै लाभ उठाएका छन्। त्यहाँ गति रणनीतिहरू र नियन्त्रण रणनीतिहरू ब्याट्री क्षमता र प्रदान गरिएको शक्तिमा धेरै निर्भर हुन्छन्।

BESS भनेको के हो

BESS वा ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणाली एक ऊर्जा भण्डारण प्रणाली हो जुन ऊर्जा भण्डारण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। यो ऊर्जा मुख्य ग्रिड वा वायु ऊर्जा र सौर्य ऊर्जा जस्ता नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतहरूबाट आउन सक्छ। यो विभिन्न कन्फिगरेसनहरू (श्रृङ्खला/समानान्तर) र आवश्यकताहरूमा आधारित आकारमा व्यवस्थित गरिएका बहु ब्याट्रीहरू मिलेर बनेको हुन्छ। तिनीहरू एक इन्भर्टरसँग जोडिएका छन् जुन प्रयोगको लागि DC पावरलाई AC पावरमा रूपान्तरण गर्न प्रयोग गरिन्छ। ब्याट्री व्यवस्थापन प्रणाली (BMS) ब्याट्री अवस्था र चार्जिङ/डिस्चार्जिङ सञ्चालन निगरानी गर्न प्रयोग गरिन्छ।

अन्य ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूको तुलनामा, तिनीहरू राख्न/जडान गर्न विशेष रूपमा लचिलो हुन्छन् र अत्यधिक महँगो पूर्वाधारको आवश्यकता पर्दैन, तर तिनीहरू अझै पनि पर्याप्त लागतमा आउँछन् र प्रयोगको आधारमा थप नियमित मर्मत आवश्यक पर्दछ।

BESS साइजिङ र प्रयोग बानीहरू

ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणाली स्थापना गर्दा ट्याकल गर्नको लागि महत्त्वपूर्ण बिन्दु साइजिङ हो। कति ब्याट्री आवश्यक छ? कुन कन्फिगरेसनमा? केही अवस्थामा, ब्याट्रीको प्रकारले लागत बचत र दक्षताको सन्दर्भमा लामो समयसम्म महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्न सक्छ।

यो केस-दर-केस आधारमा गरिन्छ किनभने आवेदनहरू साना घरपरिवारदेखि ठूला औद्योगिक प्लान्टहरूसम्म हुन सक्छन्।

साना घरपरिवारहरूका लागि सबैभन्दा सामान्य नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत, विशेष गरी शहरी क्षेत्रहरूमा, फोटोभोल्टिक प्यानलहरू प्रयोग गरेर सौर्य ऊर्जा हो। इन्जिनियरले सामान्यतया घरको औसत बिजुली खपतलाई विचार गर्नेछ र विशिष्ट स्थानको लागि वर्षभरिको सौर्य विकिरणको मूल्याङ्कन गर्नेछ। ब्याट्रीहरूको संख्या र तिनीहरूको ग्रिड कन्फिगरेसनलाई वर्षको सबैभन्दा कम सौर्य ऊर्जा आपूर्तिको समयमा ब्याट्रीहरू पूर्ण रूपमा ननिकाल्दा घरायसी मागहरू मिलाउन छनौट गरिन्छ। यो मुख्य ग्रिडबाट पूर्ण शक्ति स्वतन्त्रता प्राप्त गर्न एक समाधान मान्दै छ।

चार्जको अपेक्षाकृत मध्यम अवस्था राख्नु वा ब्याट्रीहरूलाई पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज नगर्नु भनेको सुरुमा काउन्टर सहज हुन सक्ने कुरा हो। आखिर, किन भण्डारण प्रणाली प्रयोग गर्नुहोस् यदि हामी यसलाई पूर्ण क्षमता निकाल्न सक्दैनौं? सिद्धान्तमा यो सम्भव छ, तर यो लगानीमा अधिकतम प्रतिफल दिने रणनीति नहुन सक्छ।

BESS को मुख्य हानि मध्ये एक ब्याट्री को अपेक्षाकृत उच्च लागत हो। त्यसकारण, ब्याट्रीको आयु अधिकतम बनाउन प्रयोग गर्ने बानी वा चार्जिङ/डिस्चार्ज गर्ने रणनीति छनोट गर्नु आवश्यक छ। उदाहरणका लागि, सिसा एसिड ब्याट्रीहरू अपरिवर्तनीय क्षतिबाट पीडित बिना 50% क्षमता भन्दा कम डिस्चार्ज गर्न सकिँदैन। लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू उच्च ऊर्जा घनत्व, लामो चक्र जीवन छ। तिनीहरू पनि ठूला दायराहरू प्रयोग गरेर डिस्चार्ज गर्न सकिन्छ, तर यो बढेको मूल्यको लागतमा आउँछ। विभिन्न रसायन विज्ञानहरू बीचको लागतमा उच्च भिन्नता छ, लीड एसिड ब्याट्रीहरू समान आकारको लिथियम-आयन ब्याट्री भन्दा सयौंदेखि हजारौं डलर सस्तो हुन सक्छ। यसैले तेस्रो विश्वका देशहरू र गरिब समुदायहरूमा सौर्य अनुप्रयोगहरूमा लिड एसिड ब्याट्रीहरू सबैभन्दा बढी प्रयोग गरिन्छ।

ब्याट्रीको कार्यसम्पादन आफ्नो जीवनकालको अवधिमा क्षरणबाट धेरै प्रभावित हुन्छ, योसँग स्थिर कार्यसम्पादन हुँदैन जुन अचानक विफलतामा समाप्त हुन्छ। बरु, क्षमता र प्रदान गरिएको क्रमशः फीका हुन सक्छ। अभ्यासमा, ब्याट्रीको आयु समाप्त भएको मानिन्छ जब यसको क्षमता यसको मूल क्षमताको 80% पुग्छ। अर्को शब्दमा, जब यो 20% क्षमता फीड अनुभव गर्दछ। अभ्यासमा, यसको मतलब कम ऊर्जा प्रदान गर्न सकिन्छ। यसले पूर्ण रूपमा स्वतन्त्र प्रणालीहरूको प्रयोग अवधि र EV ले कभर गर्न सक्ने माइलेजको मात्रालाई असर गर्न सक्छ।

विचार गर्नुपर्ने अर्को बिन्दु सुरक्षा हो। उत्पादन र प्रविधिको विकासको साथ, हालका ब्याट्रीहरू सामान्यतया रासायनिक रूपमा अधिक स्थिर छन्। यद्यपि गिरावट र दुरुपयोग इतिहासको कारण, कोशिकाहरू थर्मल रनवेमा जान सक्छन् जसले विनाशकारी परिणामहरू निम्त्याउन सक्छ र केही अवस्थामा उपभोक्ताहरूको जीवनलाई खतरामा पार्न सक्छ।

यही कारणले गर्दा कम्पनीहरूले ब्याट्री प्रयोगलाई नियन्त्रण गर्नको लागि राम्रो ब्याट्री निगरानी सफ्टवेयर (BMS) विकास गरेका छन् तर समयमै मर्मतसम्भार प्रदान गर्न र बढ्दो परिणामहरूबाट बच्न स्वास्थ्यको अवस्था पनि निगरानी गर्न।

निष्कर्ष

ग्रिड-ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूले मुख्य ग्रिडबाट शक्ति स्वतन्त्रता हासिल गर्ने उत्कृष्ट अवसर प्रदान गर्दछ तर डाउनटाइम र पीक लोड अवधिहरूमा शक्तिको ब्याकअप स्रोत पनि प्रदान गर्दछ। त्यहाँको विकासले हरियाली ऊर्जा स्रोतहरूतर्फ सर्ने सुविधा दिन्छ, जसले गर्दा खपतमा निरन्तर वृद्धिसँगै ऊर्जा आवश्यकताहरू पूरा गर्दै जलवायु परिवर्तनमा ऊर्जा उत्पादनको प्रभावलाई सीमित पार्छ।

ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरू प्राय: प्रयोग हुने र विभिन्न दैनिक अनुप्रयोगहरूको लागि कन्फिगर गर्न सजिलो छ। तिनीहरूको उच्च लचिलोपन अपेक्षाकृत उच्च लागत द्वारा काउन्टर गरिएको छ, जसले सम्भव भएसम्म सम्बन्धित आयु लम्ब्याउन अनुगमन रणनीतिहरूको विकास गर्दछ। हाल, उद्योग र शिक्षाविद्हरूले विभिन्न परिस्थितिहरूमा ब्याट्री डिग्रेडेसनको अनुसन्धान र बुझ्न धेरै प्रयास गरिरहेका छन्।