I løpet av de siste 50 årene har det vært en kontinuerlig økning i det globale strømforbruket, med en estimert bruk på rundt 25.300 Terawatt-timer i år 2021. Med overgangen mot industri 4.0 er det en økning i energibehov over hele verden. Disse tallene øker hvert år, ikke inkludert maktkravene til industriell og andre økonomiske sektorer. Dette industrielle skiftet og forbruket med høy effekt er kombinert med mer håndgripelige klimaendringseffekter på grunn av overdreven utslipp av klimagasser. Foreløpig er de fleste kraftproduksjonsanlegg og fasiliteter veldig avhengige av fossile drivstoffkilder (olje og gass) for å oppfylle slike krav. Disse klimaproblemene forbyr ytterligere energiproduksjon ved bruk av konvensjonelle metoder. Dermed har utviklingen av effektive og pålitelige energilagringssystemer blitt stadig viktigere for å sikre en kontinuerlig og pålitelig tilførsel av energi fra fornybare kilder.

Energisektoren har svart ved å skifte mot fornybar energi eller "grønne" løsninger. Overgangen har blitt hjulpet av forbedrede produksjonsteknikker, noe som for eksempel fører til mer effektiv produksjon av vindmølleblader. Forskere har også vært i stand til å forbedre effektiviteten til fotovoltaiske celler, noe som fører til bedre energiproduksjon per bruksområde. I 2021 økte elektrisitetsproduksjonen fra Solar Photovoltaic (PV) kilder betydelig, og nådde rekord 179 TWH og representerer en vekst på 22% sammenlignet med 2020. Solar PV -teknologi utgjør nå 3,6% av den globale elektrisitetsproduksjonen og er for tiden den tredje største fornybare fornybar Energikilde etter vannkraft og vind.

Imidlertid løser disse gjennombruddene ikke noen av de iboende ulempene ved fornybare energisystemer, hovedsakelig tilgjengeligheten. De fleste av disse metodene gir ingen energi på forespørsel som kull- og oljekraftverk. Solenergiutganger er for eksempel tilgjengelig gjennom dagen med variasjoner avhengig av solbestrålingsvinkler og PV -panelposisjonering. Den kan ikke produsere noen energi i løpet av natten mens produksjonen reduseres betydelig i vintersesongen og på veldig skyet dager. Vindkraft lider også av svingninger avhengig av vindhastigheten. Derfor må disse løsningene kobles med energilagringssystemer for å opprettholde energiforsyningen i lave utgangsperioder.

Hva er energilagringssystemer?

Energilagringssystemer kan lagre energi for å bli brukt på et senere tidspunkt. I noen tilfeller vil det være en form for energikonvertering mellom lagret energi og gitt energi. Det vanligste eksemplet er elektriske batterier som litium-ion-batterier eller bly-syre-batterier. De gir elektrisk energi ved hjelp av kjemiske reaksjoner mellom elektrodene og elektrolytten.

Batterier, eller BESS (Battery Energy Storage System), representerer den vanligste energilagringsmetoden som brukes i dagliglivets applikasjoner. Andre lagringssystem eksisterer som vannkraftverk som konverterer den potensielle energien til vann som er lagret i en demning til elektrisk energi. Vannet som faller ned vil vri svinghjulet i en turbin som produserer elektrisk energi. Et annet eksempel er komprimert gass, ved frigjøring vil gassen vri hjulet til turbinen som produserer kraft.

Det som skiller batterier fra de andre lagringsmetodene er deres potensielle driftsområder. Fra små enheter og bilforsyning til husholdningsapplikasjoner og store solfarmer, kan batterier integreres sømløst til enhver lagringsapplikasjon utenfor nettet. På den annen side krever vannkraft og komprimerte luftmetoder veldig store og komplekse infrastrukturer for lagring. Dette fører til veldig høye kostnader som krever veldig store applikasjoner for at det skal bli berettiget.

Bruk saker til lagringssystemer utenfor nettet.

Som nevnt tidligere, kan lagringssystemer utenfor nettet lette bruken og avhengighet av metoder for fornybar energi som sol og vindkraft. Likevel er det andre applikasjoner som kan dra nytte av slike systemer

Byens kraftnett har som mål å gi riktig mengde strøm basert på levering og etterspørsel fra hver by. Kraften som kreves kan svinge gjennom dagen. Lagringssystemer utenfor nettet har blitt brukt til å dempe svingninger og gi mer stabilitet i tilfeller av topp etterspørsel. Fra et annet perspektiv kan lagringssystemer utenfor nettet være svært gunstig for å kompensere for enhver uforutsett teknisk feil i hovedstrømnettet eller i planlagte vedlikeholdsperioder. De kan oppfylle strømkrav uten å måtte søke etter alternative energikilder. Man kan sitere for eksempel Texas Ice Storm i begynnelsen av februar 2023 som etterlot omtrent 262 000 mennesker uten strøm, mens reparasjoner ble forsinket på grunn av de vanskelige værforholdene.

Elektriske kjøretøyer er en annen applikasjon. Forskere har skjenket mye arbeid for å optimalisere batteriproduksjon og lading/utladingsstrategier for å omfatte levetid og strømtetthet av batterier. Litium-ion-batterier har vært i forkant av denne lille revolusjonen og har blitt brukt mye i nye elbiler, men også elektriske busser. Bedre batterier i dette tilfellet kan føre til større kjørelengde, men også reduserte ladetider med riktige teknologier.

Andre teknologiske fremskritt liker at UAV -er og mobile roboter har hatt stor fordel av batteriutvikling. Der er bevegelsesstrategier og kontrollstrategier sterkt avhengige av batterikapasiteten og strømmen som gis.

Hva er en Bess

BESS- eller Battery Energy Storage System er et energilagringssystem som kan brukes til å lagre energi. Denne energien kan komme fra hovednettet eller fra fornybare energikilder som vindenergi og solenergi. Den er sammensatt av flere batterier arrangert i forskjellige konfigurasjoner (serie/parallell) og størrelse basert på kravene. De er koblet til en omformer som brukes til å konvertere DC -strømmen til AC -strøm til bruk. Et batteriadministrasjonssystem (BMS) brukes til å overvåke batteriforholdene og lade/utladningsoperasjonen.

Sammenlignet med andre energilagringssystemer, er de spesielt fleksible for å plassere/koble til og krever ikke en svært kostbar infrastruktur, men de kommer fortsatt til en betydelig pris og krever mer regelmessig vedlikehold basert på bruken.

Bess størrelse og bruksvaner

Et avgjørende poeng å takle når du installerer et batterienergi -lagringssystem er dimensjonering. Hvor mange batterier trengs? I hvilken konfigurasjon? I noen tilfeller kan typen batteri spille en avgjørende rolle på lang sikt når det gjelder kostnadsbesparelser og effektivitet

Dette gjøres fra sak til sak da applikasjoner kan variere fra små husholdninger til store industrianlegg.

Den vanligste fornybare energikilden for små husholdninger, spesielt i urbane områder, er solenergi ved bruk av solcelleanlegg. Ingeniøren generelt vil vurdere det gjennomsnittlige strømforbruket til husholdningen og vurderer solbestråling gjennom året for det spesifikke stedet. Antall batterier og deres nettkonfigurasjon er valgt for å matche husholdningskravene under årets laveste solenergiforsyning, samtidig som de ikke drenerer batteriene helt. Dette antar at en løsning har fullstendig kraftuavhengighet fra hovednettet.

Å holde en relativt moderat ladningstilstand eller ikke fullstendig slippe ut batteriene, er noe som kan være mot intuitivt med det første. Tross alt, hvorfor bruke et lagringssystem hvis vi ikke kan trekke det ut av det fulle potensialet? I teorien er det mulig, men det er kanskje ikke strategien som maksimerer avkastningen.

En av de viktigste ulempene med BESS er de relativt høye kostnadene for batterier. Derfor er det viktig å velge en bruksvaner eller en lading/utskrivningsstrategi som maksimerer batterilevetiden. For eksempel kan ikke blybatterier slippes ut under 50% kapasitet uten å lide av irreversibel skade. Litium-ion-batterier har høyere energitetthet, lang syklusens levetid. De kan også slippes ut ved å bruke større områder, men dette koster økt pris. Det er en høy varians i kostnad mellom forskjellige kjemikalier, blybatterier kan være hundrevis til tusenvis av dollar billigere enn et litium-ion-batteri i samme størrelse. Dette er grunnen til at blybatterier er de mest brukte i solapplikasjoner i 3. verdensland og fattige samfunn.

Batteriets ytelse påvirkes sterkt av nedbrytning i løpet av levetiden, den har ikke en jevn ytelse som ender med plutselig svikt. I stedet kan kapasiteten og gitt kan visne gradvis. I praksis anses en batterilevetid å ha gått ut når kapasiteten når 80% av sin opprinnelige kapasitet. Med andre ord, når den opplever en kapasitet på 20%. I praksis betyr dette at en lavere mengde energi kan gis. Dette kan påvirke bruksperioder for helt uavhengige systemer og mengden kjørelengde en EV kan dekke.

Et annet poeng å vurdere er sikkerhet. Med fremskritt innen produksjon og teknologi har nyere batterier generelt vært mer stabile kjemisk. På grunn av nedbrytning og overgrepshistorie, kan celler imidlertid gå inn i termisk løp som kan føre til katastrofale resultater og i noen tilfeller sette forbrukernes liv i fare.

Dette er grunnen til at selskaper har utviklet bedre batteriovervåkningsprogramvare (BMS) for å kontrollere batteribruken, men også overvåke helsetilstanden for å gi rettidig vedlikehold og unngå forverrede konsekvenser.

Konklusjon

Av nett-energilagringssystemene gir en flott mulighet til å oppnå kraftuavhengighet fra hovednettet, men gir også en sikkerhetskopieringskilde i løpet av downtimes og toppbelastningsperioder. Det ville utbygging lette skiftet mot grønnere energikilder, og dermed begrense effekten av energiproduksjon på klimaendringene mens de fortsatt oppfyller energikravene med konstant vekst i forbruket.

Lagringssystemer for batterienergi er de mest brukte og det enkleste å konfigurere for forskjellige hverdagsapplikasjoner. Deres høye fleksibilitet motvirkes av en relativt høy kostnad, noe som fører til utvikling av overvåkningsstrategier for å forlenge den respektive levetiden så mye som mulig. For øyeblikket øser industri og akademia mye arbeid for å undersøke og forstå batteriforringelse under forskjellige forhold.