Cum să stocați electricitatea de pe rețea?

În ultimii 50 de ani, a existat o creștere continuă a consumului global de energie electrică, cu o utilizare estimată de aproximativ 25.300 de ore de terawatt în anul 2021. Odată cu tranziția către industria 4.0, există o creștere a cerințelor de energie din întreaga lume. Aceste numere cresc în fiecare an, fără a include cerințele de putere ale sectoarelor industriale și ale altor sectoare economice. Această schimbare industrială și consumul de mare putere sunt cuplate cu efecte mai tangibile ale schimbărilor climatice din cauza emisiilor excesive de gaze cu efect de seră. În prezent, majoritatea instalațiilor și instalațiilor de generare a energiei electrice se bazează foarte mult pe surse de combustibil fosil (petrol și gaz) pentru a răspunde acestor cereri. Aceste probleme climatice interzic generarea suplimentară de energie folosind metode convenționale. Astfel, dezvoltarea de sisteme de stocare a energiei eficiente și fiabile a devenit din ce în ce mai importantă pentru a asigura o furnizare continuă și fiabilă de energie din surse regenerabile.

Sectorul energetic a răspuns schimbând către energie regenerabilă sau soluții „verzi”. Tranziția a fost ajutată de îmbunătățirea tehnicilor de fabricație, ceea ce a dus, de exemplu, la fabricarea mai eficientă a lamelor turbinei eoliene. De asemenea, cercetătorii au reușit să îmbunătățească eficiența celulelor fotovoltaice, ceea ce a dus la o mai bună generare de energie pe zonă de utilizare. În 2021, generarea de energie electrică din sursele fotovoltaice solare (PV) a crescut semnificativ, atingând un record de 179 TWH și reprezentând o creștere de 22% față de 2020. Sursa de energie după hidroenergie și vânt.

Cu toate acestea, aceste descoperiri nu rezolvă unele dintre dezavantajele inerente ale sistemelor de energie regenerabilă, în principal disponibilitatea. Majoritatea acestor metode nu produc energie la cerere ca centrale de cărbune și petrol. Producțiile de energie solară sunt, de exemplu, disponibile pe parcursul zilei, cu variații în funcție de unghiurile de iradiere a soarelui și poziționarea panoului fotovoltaic. Nu poate produce energie în timpul nopții, în timp ce producția sa este redusă semnificativ în timpul sezonului de iarnă și în zilele foarte înnorate. Puterea eoliană suferă și de fluctuații în funcție de viteza vântului. Prin urmare, aceste soluții trebuie să fie cuplate cu sisteme de stocare a energiei pentru a susține alimentarea cu energie în perioadele de ieșire scăzute.

Ce sunt sistemele de stocare a energiei?

Sistemele de stocare a energiei pot stoca energie pentru a fi utilizate într -o etapă ulterioară. În unele cazuri, va exista o formă de conversie a energiei între energia stocată și energia furnizată. Cel mai obișnuit exemplu este bateriile electrice, cum ar fi bateriile cu litiu-ion sau bateriile cu plumb-acid. Ele asigură energie electrică prin reacții chimice între electrozi și electrolit.

Bateriile sau BESS (sistemul de stocare a energiei bateriei) reprezintă cea mai comună metodă de stocare a energiei utilizată în aplicațiile de zi cu zi. Există un alt sistem de depozitare, cum ar fi instalațiile hidroenergetice care transformă energia potențială a apei stocate într -un baraj într -o energie electrică. Apa căderea în jos va transforma volanta unei turbine care produce energie electrică. Un alt exemplu este gazul comprimat, la eliberare, gazul va transforma roata puterii producătoare de turbină.

Ceea ce separă bateriile de celelalte metode de depozitare este potențialele lor zone de funcționare. De la dispozitive mici și sursă de alimentare cu automobile la aplicații de uz casnic și ferme solare mari, bateriile pot fi integrate perfect la orice aplicație de stocare în afara rețelei. Pe de altă parte, metodele hidroenergetice și ale aerului comprimate necesită infrastructuri foarte mari și complexe pentru depozitare. Acest lucru duce la costuri foarte mari, care necesită aplicații foarte mari pentru ca acesta să fie justificat.

Utilizați cazuri pentru sisteme de stocare în afara rețelei.

Așa cum am menționat anterior, sistemele de stocare în afara rețelei pot facilita utilizarea și bazarea metodelor de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară și eoliană. Cu toate acestea, există și alte aplicații care pot beneficia foarte mult de astfel de sisteme

Rețelele electrice ale orașului își propun să ofere o cantitate potrivită de putere bazată pe oferta și cererea fiecărui oraș. Puterea necesară poate fluctua pe parcursul zilei. Sistemele de stocare în afara rețelei au fost utilizate pentru a atenua fluctuațiile și pentru a oferi mai multă stabilitate în cazurile de cerere maximă. Dintr-o perspectivă diferită, sistemele de stocare în afara rețelei pot fi extrem de benefice pentru a compensa orice defecțiune tehnică neprevăzută în principala rețea de alimentare sau în perioadele de întreținere programate. Aceștia pot îndeplini cerințele de energie fără a fi nevoie să caute surse alternative de energie. Se poate cita, de exemplu, Texas Ice Storm la începutul lunii februarie 2023, care a lăsat aproximativ 262 000 de persoane fără putere, în timp ce reparațiile au fost întârziate din cauza condițiilor meteorologice dificile.

Vehiculele electrice sunt o altă aplicație. Cercetătorii au depus mult efort pentru a optimiza strategiile de fabricație și încărcare/descărcare a bateriilor pentru a extinde durata de viață și densitatea puterii bateriilor. Bateriile cu litiu-ion au fost în fruntea acestei mici revoluții și au fost utilizate pe scară largă în mașini electrice noi, dar și autobuze electrice. În acest caz, bateriile mai bune pot duce la un kilometraj mai mare, dar și la reducerea timpilor de încărcare cu tehnologiile potrivite.

Alte avansuri tehnologice îi plac UAV -urile și roboții mobile au beneficiat foarte mult de dezvoltarea bateriei. Strategiile de mișcare și strategiile de control se bazează foarte mult pe capacitatea bateriei și puterea furnizată.

Ce este un bess

BESS sau sistemul de stocare a energiei bateriei este un sistem de stocare a energiei care poate fi utilizat pentru a stoca energie. Această energie poate proveni din rețeaua principală sau din surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană și energia solară. Este compus din mai multe baterii aranjate în diferite configurații (serie/paralel) și dimensionată în funcție de cerințe. Sunt conectate la un invertor care este utilizat pentru a converti puterea DC în alimentarea AC pentru utilizare. OSistem de gestionare a bateriilor (BMS)este utilizat pentru a monitoriza condițiile bateriei și funcționarea de încărcare/descărcare.

În comparație cu alte sisteme de stocare a energiei, acestea sunt deosebit de flexibile pentru a plasa/se conecta și nu necesită o infrastructură extrem de scumpă, dar acestea costă totuși un cost considerabil și necesită o întreținere mai regulată în funcție de utilizare.

Dimensiunea bess și obiceiurile de utilizare

Un punct crucial de abordat atunci când instalați un sistem de stocare a energiei bateriei este dimensionarea. Câte baterii sunt necesare? În ce configurație? În unele cazuri, tipul de baterie poate juca un rol crucial pe termen lung în ceea ce privește economiile de costuri și eficiența

Acest lucru se face de la caz la caz, deoarece aplicațiile pot varia de la gospodării mici la fabrici industriale mari.

Cea mai comună sursă de energie regenerabilă pentru gospodării mici, în special în zonele urbane, este solară folosind panouri fotovoltaice. În general, inginerul ar avea în vedere consumul mediu de energie al gospodăriei și asigură iradierea solară de -a lungul anului pentru locația specifică. Numărul de baterii și configurația rețelei lor este aleasă pentru a se potrivi cu cerințele gospodăriei în timpul celei mai mici surse de alimentare solară a anului, în timp ce nu scurge în totalitate bateriile. Aceasta presupune o soluție care are o independență completă a puterii față de rețeaua principală.

Menținerea unei stări de încărcare relativ moderate sau de a nu descărca complet bateriile este ceva care ar putea fi contra intuitiv la început. La urma urmei, de ce să folosim un sistem de stocare dacă nu îl putem extrage potențialul maxim? În teorie este posibil, dar s -ar putea să nu fie strategia care maximizează randamentul investițiilor.

Unul dintre principalele dezavantaje ale Bess este costul relativ ridicat al bateriilor. Prin urmare, alegerea unui obicei de utilizare sau a unei strategii de încărcare/descărcare care maximizează durata de viață a bateriei este esențială. De exemplu, bateriile cu acid cu plumb nu pot fi descărcate sub o capacitate de 50% fără a suferi de daune ireversibile. Bateriile cu ioni cu litiu au o densitate energetică mai mare, o durată de viață cu ciclu lung. De asemenea, pot fi descărcate folosind intervale mai mari, dar acest lucru costă un preț crescut. Există o variație ridicată a costurilor între diferite chimice, bateriile cu acid cu plumb pot fi de sute până la mii de dolari mai ieftine decât o baterie cu litiu-ion de aceeași dimensiune. Acesta este motivul pentru care bateriile cu acid cu plumb sunt cele mai utilizate în aplicațiile solare din țările din lumea a 3 -a și în comunitățile sărace.

Performanța bateriei este puternic afectată de degradare în timpul duratei de viață, nu are o performanță constantă care se termină cu o defecțiune bruscă. În schimb, capacitatea și asigurarea pot dispărea progresiv. În practică, se consideră că o durată de viață a bateriei a scăzut atunci când capacitatea sa atinge 80% din capacitatea sa inițială. Cu alte cuvinte, atunci când se confruntă cu o capacitate de 20%. În practică, aceasta înseamnă o cantitate mai mică de energie. Acest lucru poate afecta perioadele de utilizare pentru sisteme complet independente și cantitatea de kilometraj pe care o poate acoperi un EV.

Un alt punct de luat în considerare este siguranța. Cu progrese în fabricație și tehnologie, bateriile recente au fost, în general, mai stabile din punct de vedere chimic. Cu toate acestea, din cauza degradării și a istoricului abuzului, celulele pot intra în fuga termică, ceea ce poate duce la rezultate catastrofale și, în unele cazuri, să pună viața consumatorilor în pericol.

Acesta este motivul pentru care companiile au dezvoltat un software mai bun de monitorizare a bateriei (BMS) pentru a controla utilizarea bateriei, dar, de asemenea, monitorizează starea de sănătate pentru a oferi întreținere în timp util și pentru a evita consecințele agravate.

Concluzie

Dintre sistemele de stocare a energiei rețelei oferă o oportunitate excelentă de a obține independența puterii față de rețeaua principală, dar oferă și o sursă de rezervă de putere în timpul perioadelor de intrare și perioade maxime de încărcare. Acolo dezvoltarea ar facilita trecerea către surse de energie mai ecologice, limitând astfel impactul generarii de energie asupra schimbărilor climatice, respectând în același timp cerințele energetice cu o creștere constantă a consumului.

Sistemele de stocare a energiei bateriei sunt cele mai des utilizate și cele mai ușor de configurat pentru diferite aplicații de zi cu zi. Flexibilitatea lor ridicată este contracarată cu un cost relativ ridicat, ceea ce duce la dezvoltarea strategiilor de monitorizare pentru a prelungi cât mai mult durata de viață respectivă. În prezent, industria și mediul academic toarne mult eforturi pentru a investiga și înțelege degradarea bateriei în diferite condiții.