Hoe elektriciteit van het rooster op te slaan?

In de afgelopen 50 jaar is er een voortdurende toename van het wereldwijde elektriciteitsverbruik, met een geschat gebruik van ongeveer 25.300 Terawatt-uren in het jaar 2021. Met de overgang naar industrie 4.0 is er een toename van de energievereisten over de hele wereld. Deze cijfers nemen elk jaar toe, exclusief de machtsvereisten van industriële en andere economische sectoren. Deze industriële verschuiving en krachtige consumptie zijn gekoppeld aan meer tastbare effecten van klimaatverandering als gevolg van overmatige emissies van broeikasgassen. Momenteel zijn de meeste energieopwekkingsfabrieken en -faciliteiten sterk afhankelijk van fossiele brandstofbronnen (olie en gas) om aan dergelijke eisen te voldoen. Deze klimaatproblemen verbieden extra energieopwekking met behulp van conventionele methoden. Aldus is de ontwikkeling van efficiënte en betrouwbare energieopslagsystemen steeds belangrijker geworden om een continue en betrouwbare levering van energie uit hernieuwbare bronnen te garanderen.

De energiesector heeft gereageerd door te verschuiven naar hernieuwbare energie of "groene" oplossingen. De overgang is geholpen door verbeterde productietechnieken, wat bijvoorbeeld leidt tot een efficiëntere productie van windturbinebladen. Onderzoekers hebben ook de efficiëntie van fotovoltaïsche cellen kunnen verbeteren, wat leidt tot een betere energieopwekking per gebruiksgebied. In 2021 nam elektriciteitsopwekking uit de fotovoltaïsche (PV) bronnen van zonne -energie aanzienlijk toe, het bereiken van een record 179 TWH en vertegenwoordigt een groei van 22% vergeleken met 2020. Solar PV -technologie is nu goed voor 3,6% van de wereldwijde elektriciteitsopwekking en is momenteel de derde grootste hernieuwbare Energiebron na waterkracht en wind.

Deze doorbraken lossen echter geen enkele van de inherente nadelen van hernieuwbare energiesystemen op, voornamelijk beschikbaarheid. De meeste van deze methoden produceren geen energie op aanvraag als kolen- en olievermogenfabrieken. De uitgangen van zonne -energie zijn bijvoorbeeld gedurende de dag beschikbaar met variaties, afhankelijk van de bestralingshoeken van de zon en PV -paneelpositionering. Het kan 's nachts geen energie produceren, terwijl de output aanzienlijk wordt verminderd tijdens het winterseizoen en op zeer bewolkte dagen. Windenergie lijdt ook aan schommelingen, afhankelijk van de windsnelheid. Daarom moeten deze oplossingen worden gekoppeld aan energieopslagsystemen om de energievoorziening tijdens lage outputperioden te behouden.

Wat zijn energieopslagsystemen?

Energieopslagsystemen kunnen energie opslaan om in een later stadium te worden gebruikt. In sommige gevallen zal er een vorm van energieconversie zijn tussen opgeslagen energie en energie verstrekt. Het meest voorkomende voorbeeld is dat elektrische batterijen zoals lithium-ionbatterijen of loodzuurbatterijen. Ze bieden elektrische energie door chemische reacties tussen de elektroden en de elektrolyt.

Batterijen of BESS (Battery Energy Storage System) vertegenwoordigen de meest voorkomende methode voor energieopslag die wordt gebruikt in de dagelijkse toepassingen. Er bestaat andere opslagsysteem zoals waterkrachtcentrales die de potentiële energie van water omzetten in een dam in elektrische energie. Het vallen van het water zal het vliegwiel van een turbine draaien die elektrische energie produceert. Een ander voorbeeld is gecomprimeerd gas, bij afgifte zal het gas het wiel van de turbine -producerende kracht draaien.

Wat batterijen scheidt van de andere opslagmethoden zijn hun potentiële werkgebieden. Van kleine apparaten en automobielstoftoevoer tot huishoudelijke toepassingen en grote zonneboerderijen, batterijen kunnen naadloos worden geïntegreerd in elke off-grid opslagtoepassing. Aan de andere kant vereisen waterkracht- en persluchtmethoden zeer grote en complexe infrastructuren voor opslag. Dit leidt tot zeer hoge kosten die zeer grote applicaties vereisen om het gerechtvaardigd te zijn.

Gebruiksklassen voor opslagsystemen buiten de grid.

Zoals eerder vermeld, kunnen off-grid opslagsystemen het gebruik en afhankelijkheid van methoden voor hernieuwbare energieverbruik zoals zonne- en windenergie vergemakkelijken. Desalniettemin zijn er andere applicaties die enorm kunnen profiteren van dergelijke systemen

Stadskrachtroosters zijn bedoeld om de juiste hoeveelheid stroom te bieden op basis van het aanbod en de aanbod van elke stad. De benodigde kracht kan de hele dag fluctueren. Off-grid opslagsystemen zijn gebruikt om schommelingen te verzwakken en meer stabiliteit te bieden in gevallen van piekvraag. Vanuit een ander perspectief kunnen off-the grid-opslagsystemen zeer voordelig zijn om elke onvoorziene technische fout in het hoofdras of tijdens geplande onderhoudsperioden te compenseren. Ze kunnen voldoen aan de stroomvereisten zonder te zoeken naar alternatieve energiebronnen. Men kan bijvoorbeeld de Texas Ice Storm begin februari 2023 noemen die ongeveer 262.000 mensen zonder stroom achterliet, terwijl reparaties werden vertraagd vanwege de moeilijke weersomstandigheden.

Elektrische voertuigen zijn een andere toepassing. Onderzoekers hebben veel moeite gestort om de productie van batterijen en opladen/ontladen strategieën te optimaliseren om de levensduur en vermogensdichtheid van batterijen uit te breiden. Lithium-ionbatterijen staan voorop in deze kleine revolutie en zijn uitgebreid gebruikt in nieuwe elektrische auto's maar ook elektrische bussen. Betere batterijen in dit geval kunnen leiden tot een grotere kilometerstand, maar ook verminderde laadtijden met de juiste technologieën.

Andere technologische vooruitgang houdt van UAV's en mobiele robots hebben enorm geprofiteerd van de ontwikkeling van batterijen. Er zijn bewegingsstrategieën en besturingsstrategieën sterk afhankelijk van de aangeboden batterijcapaciteit en stroom.

Wat is een Bess

BESS- of batterij -energieopslagsysteem is een energieopslagsysteem dat kan worden gebruikt om energie op te slaan. Deze energie kan afkomstig zijn van het hoofdrooster of van hernieuwbare energiebronnen zoals windenergie en zonne -energie. Het bestaat uit meerdere batterijen die zijn gerangschikt in verschillende configuraties (serie/parallel) en op basis van de vereisten. Ze zijn verbonden met een omvormer die wordt gebruikt om het DC -vermogen om te zetten in AC -vermogen voor gebruik. ABatterijbeheersysteem (BMS)wordt gebruikt om de batterijomstandigheden en de oplaad-/ontlaadbewerking te controleren.

In vergelijking met andere energieopslagsystemen zijn ze met name flexibel om te plaatsen/aansluiten en vereisen geen zeer dure infrastructuur, maar ze hebben nog steeds een aanzienlijke kosten en vereisen meer regelmatig onderhoud op basis van het gebruik.

BESS -formaten en gebruiksgewoonten

Een cruciaal punt om aan te pakken bij het installeren van een opslagsysteem voor batterijenergie is de grootte. Hoeveel batterijen zijn nodig? In welke configuratie? In sommige gevallen kan het type batterij op de lange termijn een cruciale rol spelen in termen van kostenbesparingen en efficiëntie

Dit gebeurt per geval, omdat toepassingen kunnen variëren van kleine huishoudens tot grote industriële fabrieken.

De meest voorkomende hernieuwbare energiebron voor kleine huishoudens, vooral in stedelijke gebieden, is zonne -energie met fotovoltaïsche panelen. De ingenieur zou over het algemeen rekening houden met het gemiddelde stroomverbruik van het huishouden en beoordeelt de zonne -bestraling gedurende het jaar voor de specifieke locatie. Het aantal batterijen en hun rasterconfiguratie wordt gekozen om te voldoen aan de huishoudelijke eisen tijdens de laagste zonne -voeding van het jaar, terwijl de batterijen niet volledig worden aftappen. Dit veronderstelt een oplossing om volledige stroomonafhankelijkheid van het hoofdrooster te hebben.

Het bijhouden van een relatief gematigde toestand van de lading of het niet volledig ontladen van de batterijen is iets dat in het begin misschien contra -intuïtief is. Waarom zou je tenslotte een opslagsysteem gebruiken als we het niet volledig potentieel kunnen extraheren? In theorie is het mogelijk, maar het is misschien niet de strategie die het rendement op de investering maximaliseert.

Een van de belangrijkste nadelen van BESS zijn de relatief hoge kosten van batterijen. Daarom is het essentieel om een gebruiksgewoonte of een laad-/ontlaadstrategie te kiezen die de levensduur van de batterij maximaliseert. Loodzuurbatterijen kunnen bijvoorbeeld niet worden gelost onder de capaciteit van 50% zonder te lijden aan onomkeerbare schade. Lithium-ionbatterijen hebben een hogere energiedichtheid, lange levensduur van de cyclus. Ze kunnen ook worden ontladen met behulp van grotere bereiken, maar dit kost een hogere prijs. Er is een hoge variantie in kosten tussen verschillende chemie, loodzuurbatterijen kunnen honderden tot duizenden dollars goedkoper zijn dan een lithium-ionbatterij van dezelfde grootte. Dit is de reden waarom loodzuurbatterijen het meest worden gebruikt in zonnetoepassingen in derde wereldlanden en slechte gemeenschappen.

De batterijprestaties worden zwaar beïnvloed door afbraak tijdens zijn levensduur, het heeft geen gestage prestatie die eindigt met plotseling falen. In plaats daarvan kunnen de capaciteit en de voorziening geleidelijk vervagen. In de praktijk wordt een levensduur van een batterij geacht te zijn opgelopen wanneer de capaciteit 80% van zijn oorspronkelijke capaciteit bereikt. Met andere woorden, wanneer het een capaciteit van 20% ervaart. In de praktijk betekent dit dat een lagere hoeveelheid energie kan worden verstrekt. Dit kan gebruiksperioden beïnvloeden voor volledig onafhankelijke systemen en de hoeveelheid kilometerstand die een EV kan dekken.

Een ander punt om te overwegen is veiligheid. Met vooruitgang in productie en technologie zijn recente batterijen in het algemeen chemisch stabieler geweest. Vanwege afbraak- en misbruikgeschiedenis kunnen cellen echter in thermische wegloper gaan, wat kan leiden tot catastrofale resultaten en in sommige gevallen het leven van de consumenten in gevaar brengen.

Dit is de reden waarom bedrijven betere batterijbewakingssoftware (BMS) hebben ontwikkeld om het batterijgebruik te regelen, maar ook de gezondheidstoestand te controleren om tijdig onderhoud te bieden en verergerde gevolgen te voorkomen.

Conclusie

Van de opslagsystemen van de grid-energy bieden een geweldige kans om stroomonafhankelijkheid van het hoofdraster te bereiken, maar bieden ze ook een back-upbron van vermogen tijdens duttingstijden en piekbelastingsperioden. Er zou de ontwikkeling de verschuiving naar groenere energiebronnen vergemakkelijken, waardoor de impact van energieopwekking op klimaatverandering wordt beperkt en toch aan de energievereisten voldoet met een constante groei van de consumptie.

Batterij -energieopslagsystemen worden het meest gebruikt en het gemakkelijkst te configureren voor verschillende dagelijkse toepassingen. Hun hoge flexibiliteit wordt tegengegaan door relatief hoge kosten, wat leidt tot de ontwikkeling van monitoringstrategieën om de respectieve levensduur zoveel mogelijk te verlengen. Momenteel doen de industrie en de academische wereld veel moeite om de batterijafbraak onder verschillende omstandigheden te onderzoeken en te begrijpen.