W ciągu ostatnich 50 lat ciągły wzrost globalnego zużycia energii elektrycznej, przy szacunkowym wykorzystaniu około 25 300 tewatów w roku 2021. Wraz z przejściem do branży 4.0 wzrasta wymagania energetyczne na całym świecie. Liczby te rosną każdego roku, nie uwzględniając wymagań mocy przemysłowych i innych sektorów gospodarczych. Ta zmiana przemysłowa i zużycie dużej mocy są połączone z bardziej namacalnym wpływem zmian klimatu z powodu nadmiernej emisji gazów cieplarnianych. Obecnie większość zakładów i obiektów wytwarzania energii w dużej mierze opiera się na źródłach paliw kopalnych (ropy i gazu), aby zaspokoić takie wymagania. Te obawy klimatyczne zabraniają dodatkowego wytwarzania energii przy użyciu konwencjonalnych metod. Zatem rozwój wydajnych i niezawodnych systemów magazynowania energii staje się coraz ważniejszy, aby zapewnić ciągłą i niezawodną dostawę energii ze źródeł odnawialnych.

Sektor energetyczny zareagował, zmieniając się na energię odnawialną lub „zielone” rozwiązania. Przejściem pomogły ulepszone techniki produkcyjne, co prowadzi na przykład do bardziej wydajnej produkcji łopat turbiny wiatrowej. Ponadto naukowcy byli w stanie poprawić wydajność komórek fotowoltaicznych, co prowadzi do lepszego wytwarzania energii na obszar użytkowania. W 2021 r. Generowanie energii elektrycznej ze źródeł fotowoltaicznych (PV) znacznie wzrosło, osiągając rekordowy 179 TWH i reprezentując wzrost o 22% w porównaniu z 2020 r. Technologia Solar PV stanowi obecnie 3,6% globalnego wytwarzania energii elektrycznej i jest obecnie trzecim największym odnawialnym odnawialnym Źródło energii po energii wodnej i wiatrze.

Jednak przełom te nie rozwiązują niektórych nieodłącznych wad systemów energii odnawialnej, głównie dostępności. Większość z tych metod nie wytwarza energii na żądanie jako elektrowni węglowe i olejowe. Wyjścia energii słonecznej są na przykład dostępne w ciągu dnia z wariantami w zależności od kąta napromieniowania słońca i pozycjonowania panelu PV. Nie może wytwarzać żadnej energii w nocy, podczas gdy jej produkcja jest znacznie zmniejszona w sezonie zimowym i w bardzo pochmurne dni. Moc wiatru cierpi również z fluktuacji w zależności od prędkości wiatru. Dlatego rozwiązania te należy połączyć z systemami magazynowania energii, aby utrzymać dostawę energii w okresach niskich wyjściowych.

Co to są systemy magazynowania energii?

Systemy magazynowania energii mogą przechowywać energię w celu wykorzystania na późniejszym etapie. W niektórych przypadkach nastąpi forma konwersji energii między przechowywaną energią i dostarczoną energią. Najczęstszym przykładem są baterie elektryczne, takie jak akumulatory litowo-jonowe lub akumulatory kwasowe ołowiowe. Zapewniają energię elektryczną poprzez reakcje chemiczne między elektrodami a elektrolitem.

Baterie lub BESS (system magazynowania energii baterii) reprezentują najczęstszą metodę magazynowania energii stosowaną w aplikacjach codziennego życia. Istnieją inne systemy magazynowe, takie jak rośliny energii wodnej, które przekształcają energię potencjalną wody przechowywaną w zaporze w energię elektryczną. Spadająca woda obróci koło zamachowe turbiny, która wytwarza energię elektryczną. Innym przykładem jest sprężony gaz, po zwolnieniu gaz obróci koło mocy wytwarzającej turbinę.

To, co oddziela baterie od innych metod magazynowania, to ich potencjalne obszary działania. Od małych urządzeń i zasilacza samochodowego po zastosowania gospodarstw domowych i duże gospodarstwa słoneczne, akumulatory można bezproblemowo zintegrować po dowolnej aplikacji do przechowywania w sieci. Z drugiej strony metody energii wodnej i sprężonego powietrza wymagają bardzo dużej i złożonej infrastruktury do przechowywania. Prowadzi to do bardzo wysokich kosztów, które wymagają bardzo dużych zastosowań, aby było to uzasadnione.

Użyj przypadków dla systemów pamięci masowej.

Jak wspomniano wcześniej, systemy magazynowania poza siecią mogą ułatwić wykorzystanie i poleganie na metodach energii odnawialnej, takich jak energia słoneczna i wiatrowa. Niemniej jednak istnieją inne aplikacje, które mogą bardzo skorzystać z takich systemów

Siły Power miejskich mają na celu zapewnienie odpowiedniej mocy w oparciu o podaż i popyt każdego miasta. Wymagana moc może się zmieniać w ciągu dnia. Systemy przechowywania w sieci zostały wykorzystane do osłabienia fluktuacji i zapewnienia większej stabilności w przypadkach szczytowego popytu. Z innej perspektywy systemy przechowywania siatki mogą być bardzo korzystne dla zrekompensowania wszelkich nieprzewidzianych błędów technicznych w głównej siatce zasilania lub podczas zaplanowanych okresów konserwacji. Mogą spełniać wymagania energetyczne bez konieczności wyszukiwania alternatywnych źródeł energii. Można na przykład przytoczyć burzę lodową w Teksasie na początku lutego 2023 r., Która pozostawiła około 262 000 osób bez mocy, podczas gdy naprawy były opóźnione z powodu trudnych warunków pogodowych.

Pojazdy elektryczne to kolejna aplikacja. Naukowcy podjęli wiele wysiłku w celu optymalizacji strategii produkcji i ładowania/rozładowania baterii w celu zasięgu życia i gęstości mocy baterii. Akumulatory litowo-jonowe były na czele tej małej rewolucji i były szeroko stosowane w nowych samochodach elektrycznych, ale także autobusach elektrycznych. Lepsze baterie w tym przypadku mogą prowadzić do większego przebiegu, ale także skróconych czasów ładowania odpowiednimi technologiami.

Inne postęp technologiczny lubi UAV, a roboty mobilne bardzo skorzystały z rozwoju baterii. Istnieją strategie ruchu i strategie kontroli w dużej mierze na zapewnionej pojemności baterii i mocy.

Co to jest Bess

Bess lub system magazynowania energii baterii to system magazynowania energii, który można wykorzystać do przechowywania energii. Energia ta może pochodzić z głównej siatki lub z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa i energia słoneczna. Składa się z wielu baterii ułożonych w różnych konfiguracjach (seria/równolegle) i rozmiar na podstawie wymagań. Są one podłączone do falownika używanego do konwersji zasilania prądu stałego na zasilanie prądu przemiennego do użycia. System zarządzania akumulatorami (BMS) służy do monitorowania warunków akumulatora i operacji ładowania/rozładowania.

W porównaniu z innymi systemami magazynowania energii są one szczególnie elastyczne w celu umieszczenia/łączenia się i nie wymagają wysoce drogiej infrastruktury, ale nadal mają znaczne koszty i wymagają bardziej regularnej konserwacji w oparciu o użytkowanie.

Bess Habits i użytkowanie nawyków

Kluczowym punktem do rozwiązania podczas instalacji systemu magazynowania energii baterii jest rozmiar. Ile baterii jest potrzebnych? W jakiej konfiguracji? W niektórych przypadkach rodzaj baterii może odgrywać kluczową rolę na dłuższą metę pod względem oszczędności i wydajności kosztów

Odbywa się to indywidualnie, ponieważ aplikacje mogą wahać się od małych gospodarstw domowych po duże rośliny przemysłowe.

Najczęstszym źródłem energii odnawialnej dla małych gospodarstw domowych, szczególnie na obszarach miejskich, jest solar za pomocą paneli fotowoltaicznych. Inżynier ogólnie rozważyłby średnie zużycie energii gospodarstwa domowego i ocenia promieniowanie słoneczne w całym roku dla konkretnej lokalizacji. Liczba akumulatorów i ich konfiguracja siatki jest wybierana w celu spełnienia wymagań gospodarstw domowych podczas najniższego zasilania słonecznego roku, jednocześnie nie wyczerpując akumulatorów. Zakłada się, że rozwiązanie ma całkowitą niezależność władzy od głównej siatki.

Utrzymanie stosunkowo umiarkowanego stanu ładowania lub nie do całkowitego rozładowania akumulatorów jest na początku coś, co może być przeciwne intuicyjne. W końcu po co korzystać z systemu pamięci, jeśli nie możemy wyodrębnić go pełnego potencjału? Teoretycznie jest to możliwe, ale może to nie być strategia, która maksymalizuje zwrot z inwestycji.

Jedną z głównych wad Bess jest stosunkowo wysokie koszty baterii. Dlatego niezbędne jest wybór nawyku użytkowania lub strategię ładowania/rozładowywania, która maksymalizuje żywotność baterii. Na przykład akumulatory ołowiowe nie można rozładować poniżej 50% pojemności bez cierpienia z powodu nieodwracalnych uszkodzeń. Akumulatory litowo-jonowe mają wyższą gęstość energii, długą żywotność cyklu. Można je również zwolnić przy użyciu większych zakresów, ale ma to koszt podwyższonej ceny. Istnieje duża wariancja kosztów między różnymi chemii, akumulatory ołowiowe mogą być setki do tysięcy dolarów tańszych niż bateria litowo-jonowa tej samej wielkości. Właśnie dlatego baterie ołowiowe są najczęściej stosowane w zastosowaniach słonecznych w krajach trzeciego świata i biednych społecznościach.

Na wydajność baterii jest silnie dotknięty degradacją podczas długości życia, nie ma stałej wydajności, która kończy się nagłym awarią. Zamiast tego pojemność i dostarczenie mogą stopniowo zanikać. W praktyce uważa się, że żywotność baterii skończyła się, gdy jego pojemność osiągnie 80% pierwotnej pojemności. Innymi słowy, gdy doświadcza, że ​​zniknie pojemność 20%. W praktyce oznacza to, że można zapewnić mniejszą ilość energii. Może to wpływać na okresy użytkowania dla w pełni niezależnych systemów i ilość przebiegu, jaką może obejmować EV.

Kolejnym punktem do rozważenia jest bezpieczeństwo. Dzięki postępom w produkcji i technologii ostatnie akumulatory były ogólnie bardziej stabilne chemicznie. Jednak ze względu na historię degradacji i nadużycia komórki mogą przejść do niekontrolowania termicznego, co może prowadzić do katastrofalnych rezultatów, aw niektórych przypadkach naraża życie konsumentów.

Właśnie dlatego firmy opracowały lepsze oprogramowanie do monitorowania baterii (BMS) w celu kontrolowania wykorzystania baterii, ale także monitorują stan zdrowia w celu zapewnienia terminowej konserwacji i uniknięcia zachowania konsekwencji.

Wniosek

Spośród systemów przechowywania energii siatki stanowią doskonałą okazję do osiągnięcia niezależności władzy od głównej siatki, ale także zapewniają zapasowe źródło energii w czasie przestrzegania i okresów obciążenia szczytowego. Tam rozwój ułatwiłby przejście w kierunku zielonych źródeł energii, ograniczając w ten sposób wpływ wytwarzania energii na zmiany klimatu, a jednocześnie spełniają wymagania energetyczne przy stałym wzroście zużycia.

Systemy magazynowania energii baterii są najczęściej używane i najłatwiejsze do skonfigurowania dla różnych codziennych aplikacji. Ich wysoką elastyczność przeciwdziała stosunkowo wysoki koszt, co prowadzi do opracowania strategii monitorowania w celu jak najwięcej przedłużenia odpowiedniej żywotności. Obecnie przemysł i środowisko akademickie składają wiele wysiłków w celu zbadania i zrozumienia degradacji baterii w różnych warunkach.