Za posledných 50 rokov sa v roku 2021 neustále zvyšovalo zvýšenie globálnej spotreby elektrickej energie s odhadovaným využitím o približne 25 300 terawatt-hodinov. S prechodom na priemysel 4.0 dochádza k zvýšeniu požiadaviek na energiu na celom svete. Tieto čísla sa každý rok zvyšujú, okrem energetických požiadaviek priemyselného a iných hospodárskych sektorov. Tento priemyselný posun a spotreba vysokej výkonnosti sú spojené s hmatateľnejšími účinkami zmeny podnebia v dôsledku nadmerných emisií skleníkových plynov. V súčasnosti sa väčšina závodov a zariadení na výrobu energie spolieha na zdroje fosílnych palív (ropa a plyn), aby splnila takéto požiadavky. Tieto obavy o klímu zakazujú ďalšiu tvorbu energie pomocou konvenčných metód. Rozvoj efektívnych a spoľahlivých systémov na skladovanie energie sa preto stáva čoraz dôležitejším na zabezpečenie nepretržitej a spoľahlivej dodávky energie z obnoviteľných zdrojov.

Energetický sektor reagoval presunom na obnoviteľnú energiu alebo „zelené“ riešenia. Tomuto prechodu pomohlo vylepšené výrobné techniky, čo viedlo napríklad k efektívnejšej výrobe lopatiek veterných turbín. Vedci tiež dokázali zlepšiť účinnosť fotovoltaických buniek, čo viedlo k lepšej tvorbe energie na oblasť využitia. V roku 2021 sa výroba elektrickej energie zo zdrojov solárnych fotovoltaických (PV) výrazne zvýšila, dosiahla rekordných 179 TWH a predstavovala rast o 22% v porovnaní s rokom 2020. Zdroj energie po vodnej energii a vetre.

Tieto prielomy však nevyriešia niektoré z vlastných nevýhod systémov obnoviteľnej energie, najmä dostupnosť. Väčšina z týchto metód nevytvára energiu na požiadanie ako uhlie a ropné elektrárne. Výstupy slnečnej energie sú napríklad k dispozícii po celý deň s variáciami v závislosti od uhlov ožarovania slnečného žiarenia a polohy panelov PV. V noci nemôže vyrábať energiu, zatiaľ čo jej produkcia sa výrazne zníži počas zimnej sezóny a vo veľmi zamračených dňoch. Veterná energia trpí tiež výkyvmi v závislosti od rýchlosti vetra. Preto je potrebné tieto riešenia spojené so systémami na skladovanie energie, aby sa udržala dodávka energie počas nízkych výstupných období.

Čo sú to systémy na skladovanie energie?

Systémy na ukladanie energie môžu uchovávať energiu, aby sa mohli použiť v neskoršej fáze. V niektorých prípadoch bude existovať forma premeny energie medzi uloženou energiou a poskytnutou energiu. Najbežnejším príkladom sú elektrické batérie, ako sú lítium-iónové batérie alebo olovo-kyslé batérie. Poskytujú elektrickú energiu prostredníctvom chemických reakcií medzi elektródami a elektrolytom.

Batérie alebo BESS (systém skladovania energie batérie) predstavujú najbežnejšiu metódu ukladania energie používanú v aplikáciách každodenného života. Existuje iný skladovací systém, ako sú vodné elektrárne, ktoré prevádzajú potenciálnu energiu vody uloženú v priehrade na elektrickú energiu. Voda, ktorá padá nadol, zmení zotrvačník turbíny, ktorá vyrába elektrickú energiu. Ďalším príkladom je komprimovaný plyn, po uvoľnení plyn otočí koleso výroby turbíny.

Oddeľuje batérie od iných metód skladovania, sú ich potenciálne oblasti prevádzky. Od malých zariadení a dodávok automobilov po domáce aplikácie a veľké solárne farmy môžu byť batérie bezproblémovo integrované do akejkoľvek aplikácie úložného priestoru mimo mriežky. Na druhej strane vodná energia a metódy stlačeného vzduchu vyžadujú na skladovanie veľmi veľkú a zložitú infraštruktúru. To vedie k veľmi vysokým nákladom, ktoré si vyžadujú veľmi veľké aplikácie, aby boli odôvodnené.

Použite prípady pre skladovacie systémy mimo siete.

Ako už bolo spomenuté, skladovacie systémy mimo mriežky môžu uľahčiť využitie a spoliehanie sa na metódy obnoviteľnej energie, ako je solárna a veterná energia. Napriek tomu existujú aj ďalšie aplikácie, ktoré z týchto systémov môžu mať veľký úžitok

Cieľom mestských energetických sietí je poskytnúť správne množstvo energie na základe ponuky a dopytu každého mesta. Požadovaná sila môže kolísať po celý deň. Skladovacie systémy mimo mriežky sa používajú na zoslabenie výkyvov a poskytnutie väčšej stability v prípadoch špičkového dopytu. Z iného hľadiska môžu byť systémy na skladovanie mriežky veľmi prospešné pre kompenzáciu akejkoľvek nepredvídanej technickej chyby v hlavnej výkonovej sieti alebo počas plánovaných období údržby. Môžu spĺňať požiadavky na energiu bez toho, aby museli hľadať alternatívne zdroje energie. Dá sa uviesť napríklad ľadovú búrku v Texase začiatkom februára 2023, ktorá zanechala približne 262 000 ľudí bez energie, zatiaľ čo opravy boli oneskorené v dôsledku zložitých poveternostných podmienok.

Elektrické vozidlá sú ďalšou aplikáciou. Vedci naliali veľké úsilie na optimalizáciu stratégií výroby batérií a nabíjania/vypúšťania, aby sa rozsiahla životnosť a hustota výkonu batérií. Lítium-iónové batérie boli v popredí tejto malej revolúcie a vo veľkej miere sa používajú v nových elektrických autách, ale aj v elektrických autobusoch. Lepšie batérie v tomto prípade môžu viesť k väčšiemu počtu najazdených kilometrov, ale aj skrátené časy nabíjania správnymi technológiami.

Ďalší technologický pokrok má rád UAV a mobilné roboty z vývoja batérie. Tam sa pohybujú stratégie a stratégie riadenia vo veľkej miere spoliehajú na poskytnutú kapacitu batérie a energiu.

Čo je to bess

BESS alebo SKLADOVANIE ENERGIE SKLADOVACIE ENERGIE SKLADOVAŤ SKLADOVANIE ENERGIE, KTORÉ MÔŽETE SA SKÚŠAŤ na ukladanie energie. Táto energia môže pochádzať z hlavnej mriežky alebo z obnoviteľných zdrojov energie, ako je veterná energia a slnečná energia. Skladá sa z viacerých batérií usporiadaných v rôznych konfiguráciách (séria/paralelná) a je veľkosť na základe požiadaviek. Sú pripojené k meniču, ktorý sa používa na konverziu DC výkonu na striedavú energiu na použitie. Systém správy batérií (BMS) sa používa na monitorovanie podmienok batérie a prevádzky nabíjania/vypúšťania.

V porovnaní s inými systémami na uchovávanie energie sú obzvlášť flexibilné na umiestnenie/pripojenie a nevyžadujú veľmi drahú infraštruktúru, stále však prichádzajú za značné náklady a vyžadujú pravidelnejšiu údržbu na základe použitia.

Bess veľkosti a návyky na používanie

Kľúčovým bodom na riešenie pri inštalácii systému ukladania energie batérie je dimenzovanie. Koľko batérií je potrebných? V akej konfigurácii? V niektorých prípadoch môže typ batérie zohrávať rozhodujúcu úlohu z dlhodobého hľadiska, pokiaľ ide o úspory nákladov a efektívnosť

To sa deje od prípadu k prípadu, pretože aplikácie sa môžu pohybovať od malých domácností po veľké priemyselné závody.

Najbežnejším zdrojom obnoviteľnej energie pre malé domácnosti, najmä v mestských oblastiach, je slnečný využitie fotovoltaických panelov. Inžinier by vo všeobecnosti zvážil priemernú spotrebu energie domácnosti a zaistí solárne otrasenie v priebehu roka pre konkrétne miesto. Počet batérií a ich konfigurácia mriežky je vybraný tak, aby zodpovedal požiadavkám domácnosti počas najnižšej dodávky solárneho napájania v roku, pričom batérie úplne nevyčerpáva. Toto je za predpokladu, že riešenie má úplnú nezávislosť energie od hlavnej mriežky.

Udržiavanie relatívne mierneho stavu nabíjania alebo nie úplne vypúšťanie batérií je niečo, čo by mohlo byť spočiatku intuitívne. Prečo, prečo používať úložný systém, ak ho nedokážeme extrahovať naplno? Teoreticky je to možné, ale nemusí to byť stratégia, ktorá maximalizuje návratnosť investícií.

Jednou z hlavných nevýhod spoločnosti Bess sú relatívne vysoké náklady na batérie. Preto je nevyhnutný výber zvyku na použitie alebo stratégie nabíjania/vypúšťania, ktorá maximalizuje životnosť batérie. Napríklad batérie oloveného kyseliny nemôžu byť prepustené pod 50% kapacity bez toho, aby utrpeli nezvratné poškodenie. Lítium-iónové batérie majú vyššiu hustotu energie, dlhú životnosť cyklu. Môžu byť tiež prepustené pomocou väčších rozsahov, ale to je náklady na zvýšenú cenu. Medzi rôznymi chemikáciami je vysoký rozptyl nákladov, batérie olovených kyselín môžu byť stovky až tisíce dolárov lacnejšie ako lítium-iónová batéria rovnakej veľkosti. Z tohto dôvodu sú olovené kyslé batérie najpoužívanejšie v solárnych aplikáciách v krajinách 3. sveta a chudobných spoločenstiev.

Výkon batérie je počas svojej životnosti silne ovplyvnený degradáciou, nemá stály výkon, ktorý končí náhlym zlyhaním. Namiesto toho môže kapacita a poskytnuté postupy postupne vyblednúť. V praxi sa považuje za životnosť batérie, ktorá sa vyčerpala, keď jej kapacita dosiahla 80% svojej pôvodnej kapacity. Inými slovami, keď sa vyskytne kapacita 20%. V praxi to znamená, že je možné poskytnúť nižšie množstvo energie. To môže ovplyvniť obdobia využitia pre plne nezávislé systémy a množstvo najazdených kilometrov, ktoré EV môže pokryť.

Ďalším bodom, ktorý treba zvážiť, je bezpečnosť. Vďaka pokroku vo výrobe a technológii boli najnovšie batérie všeobecne chemicky stabilnejšie. Avšak kvôli degradácii a histórii zneužívania môžu bunky ísť do tepelného úteku, čo môže viesť k katastrofickým výsledkom av niektorých prípadoch ohrozuje život spotrebiteľov.

Z tohto dôvodu spoločnosti vyvinuli lepší softvér na monitorovanie batérií (BMS) na kontrolu využívania batérie, ale tiež monitorovali stav zdravia, aby zabezpečili včasnú údržbu a predišlo priťažujúcim dôsledkom.

Záver

Skladovacích systémov mriežky a energie poskytuje veľkú príležitosť na dosiahnutie nezávislosti energie od hlavnej mriežky, ale tiež poskytuje záložný zdroj energie počas prestojov a období maximálneho zaťaženia. Vývoj by uľahčil posun smerom k zelenším zdrojom energie, čím by obmedzil vplyv výroby energie na zmenu podnebia a zároveň splnil energetické požiadavky s neustálym rastom spotreby.

Systémy na ukladanie energie batérie sú najbežnejšie používané a najjednoduchšie na konfiguráciu pre rôzne každodenné aplikácie. Ich vysoká flexibilita čelí relatívne vysokým nákladom, čo vedie k rozvoju monitorovacích stratégií na čo najväčšiu predĺženie príslušnej životnosti. V súčasnosti priemysel a akademická obec nalievajú veľké úsilie na vyšetrenie a porozumenie degradácii batérií za rôznych podmienok.