Kako shraniti elektriko iz omrežja?

V zadnjih 50 letih se je nenehno povečevalo globalno porabo električne energije, pri čemer je bila v letu 2021 približno 25.300 teravatnih ur približno 25.300 teravatnih ur. S prehodom proti industriji 4.0 se po vsem svetu povečuje potrebe po energiji. Te številke se vsako leto povečujejo, ne vključuje potreb po moči industrijskega in drugih gospodarskih sektorjev. Ta industrijski premik in poraba velike moči sta skupaj z bolj oprijemljivimi učinki podnebnih sprememb zaradi prekomernih emisij toplogrednih plinov. Trenutno se večina elektrarn in objektov za proizvodnjo električne energije močno zanaša na vire fosilnih goriv (nafta in plin), da izpolni take zahteve. Ti podnebni pomisleki prepovedujejo dodatno proizvodnjo energije z uporabo običajnih metod. Tako je razvoj učinkovitih in zanesljivih sistemov za shranjevanje energije vse bolj pomemben za zagotovitev nenehne in zanesljive oskrbe z energijo iz obnovljivih virov.

Energetski sektor se je odzval s preusmeritvijo na obnovljive energije ali "zelene" rešitve. Prehodi so pomagale izboljšane proizvodne tehnike, ki vodijo na primer učinkovitejše izdelave rezil vetrnih turbin. Prav tako so raziskovalci lahko izboljšali učinkovitost fotonapetostnih celic, kar vodi do boljše proizvodnje energije na območje uporabe. Leta 2021 se je proizvodnja električne energije iz solarnih fotovoltaičnih (PV) virov znatno povečala, kar je doseglo rekordnih 179 TWH in predstavljalo rast 22% v primerjavi z letom 2020. Solarne PV tehnologija zdaj predstavlja 3,6% globalne proizvodnje električne energije in je trenutno tretji največji obnovljivi višini. Vir energije po hidroelektrarni in vetru.

Vendar ti preboji ne rešujejo nekaterih lažnih pomanjkljivosti sistemov obnovljivih virov energije, predvsem razpoložljivosti. Večina teh metod ne proizvaja energije na zahtevo kot premog in naftne elektrarne. Izhodi sončne energije so na primer na voljo čez dan z različicami, odvisno od kotov obsevanja sonca in pozicioniranja PV plošče. Ponoči ne more proizvajati nobene energije, medtem ko se njegova proizvodnja v zimski sezoni in v zelo oblačnih dneh znatno zmanjša. Vetrna moč trpi tudi zaradi nihanj, odvisno od hitrosti vetra. Zato je treba te rešitve povezati s sistemi za shranjevanje energije, da bi ohranili oskrbo z energijo v nizkih izhodnih obdobjih.

Kaj so sistemi za shranjevanje energije?

Sistemi za shranjevanje energije lahko shranijo energijo, da se lahko uporabijo pozneje. V nekaterih primerih bo oblika pretvorbe energije med shranjeno energijo in zagotovljeno energijo. Najpogostejši primer so električne baterije, kot so litij-ionske baterije ali svinčene baterije. Zagotavljajo električno energijo s kemičnimi reakcijami med elektrodami in elektrolitom.

Baterije ali BESS (sistem za shranjevanje energije akumulatorja) predstavljajo najpogostejši način shranjevanja energije, ki se uporablja v vsakodnevnih aplikacijah. Drugi sistem za shranjevanje obstaja, kot so hidroelektrarne, ki pretvorijo potencialno energijo vode, shranjene v jezu, v električno energijo. Voda, ki pade dol, bo vztrajnico turbine, ki proizvaja električno energijo. Drug primer je stisnjen plin, po sprostitvi bo plin obrnil kolo moči, ki proizvaja turbino.

Baterije ločuje od drugih metod shranjevanja njihova potencialna področja delovanja. Od majhnih naprav in avtomobilskega napajalnika do gospodinjskih aplikacij in velikih sončnih kmetij je mogoče baterije brez težav integrirati v katero koli aplikacijo za shranjevanje zunaj omrežja. Po drugi strani metode hidroelektrarne in stisnjenega zraka zahtevajo zelo veliko in zapleteno infrastrukturo za shranjevanje. To vodi do zelo visokih stroškov, ki zahtevajo zelo velike aplikacije, da se lahko upraviči.

Uporaba primerov za sisteme za shranjevanje zunaj omrežja.

Kot smo že omenili, lahko sistemi za shranjevanje zunaj omrežja olajšajo uporabo in odvisnost od metod obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna moč. Kljub temu obstajajo tudi druge aplikacije, ki lahko veliko koristijo takšnim sistemom

City Power Grids je namenjen zagotavljanju prave količine moči, ki temelji na ponudbi in povpraševanju vsakega mesta. Potrebna moč lahko niha čez dan. Za zmanjšanje nihanj so bili uporabljeni sistemi za shranjevanje zunaj omrežja in zagotavljajo večjo stabilnost v primerih največjega povpraševanja. Z drugačne perspektive so lahko sistemi za shranjevanje omrežja zelo koristni za kompenzacijo kakršne koli nepredvidene tehnične napake v glavnem električnem omrežju ali med načrtovanimi vzdrževalnimi obdobji. Lahko izpolnjujejo zahteve glede moči, ne da bi morali iskati alternativne vire energije. V začetku februarja 2023 lahko navajamo na primer teksaško ledeno nevihto, ki je približno 262 000 ljudi pustila brez moči, medtem ko so se popravila zaradi težkih vremenskih razmer zamujala.

Električna vozila so še ena aplikacija. Raziskovalci so si vložili veliko truda, da bi optimizirali strategije proizvodnje in polnjenja/odvajanja baterij, da bi dosegli življenjsko dobo in gostoto energije baterij. Litij-ionske baterije so bile v ospredju te majhne revolucije in so se veliko uporabljale v novih električnih avtomobilih, pa tudi na električnih avtobusih. Boljše baterije v tem primeru lahko privedejo do večje kilometrine, hkrati pa tudi skrajšajo časi polnjenja s pravimi tehnologijami.

Drugi tehnološki napredek všeč UAV in mobilni roboti so imeli veliko koristi od razvoja baterije. Tam se strategije gibanja in strategije nadzora močno zanašajo na zmogljivost baterije in energijo.

Kaj je bess

Sistem za shranjevanje energije BESS ali baterije je sistem za shranjevanje energije, ki ga lahko uporabljate za shranjevanje energije. Ta energija lahko prihaja iz glavnega omrežja ali iz obnovljivih virov energije, kot sta vetrna energija in sončna energija. Sestavljen je iz več baterij, razporejenih v različnih konfiguracijah (serija/vzporedni) in velikosti na podlagi zahtev. Povezani so z pretvornikom, ki se uporablja za pretvorbo napajanja DC v izmenično napajanje za uporabo. ASistem za upravljanje baterij (BMS)se uporablja za spremljanje pogojev baterije in delovanja polnjenja/praznjenja.

V primerjavi z drugimi sistemi za shranjevanje energije so še posebej prilagodljivi za namestitev/povezovanje in ne potrebujejo zelo drage infrastrukture, vendar še vedno prihajajo z znatnimi stroški in potrebujejo bolj redno vzdrževanje na podlagi uporabe.

BESS velikosti in navade uporabe

Ključna točka za reševanje pri namestitvi sistema za shranjevanje energije baterije je velikost. Koliko baterij je potrebnih? V kakšni konfiguraciji? V nekaterih primerih lahko vrsta baterije na dolgi rok igra ključno vlogo v smislu prihrankov in učinkovitosti stroškov

To se naredi za vsak primer posebej, saj lahko aplikacije segajo od majhnih gospodinjstev do velikih industrijskih obratov.

Najpogostejši vir obnovljivih virov energije za majhna gospodinjstva, zlasti v mestnih območjih, je sončna s pomočjo fotonapetostnih plošč. Inženir bi na splošno upošteval povprečno porabo energije gospodinjstva in za določeno lokacijo ocenil sončno obsevanje skozi vse leto. Število baterij in njihove konfiguracije omrežja je izbrano tako, da ustrezajo zahtevam gospodinjstva med najnižjo sončno napajalno napajalno napajalno oskrbo v letu, medtem ko baterij ne odvajajo v celoti. To predpostavlja rešitev, da ima popolno neodvisnost moči iz glavnega omrežja.

Ohranjanje razmeroma zmernega stanja naboja ali ne popolnoma izprazniti baterij je nekaj, kar bi lahko sprva nasprotovalo intuitivnemu. Konec koncev, zakaj uporabiti sistem za shranjevanje, če ga ne moremo izvleči v celoti? Teoretično je mogoče, vendar morda ne bo strategija, ki poveča donosnost naložbe.

Ena glavnih pomanjkljivosti BESS so razmeroma visoki stroški baterij. Zato je izbira navade uporabe ali strategije polnjenja/praznjenja, ki maksimira življenjsko dobo baterije. Na primer, baterij s svinčeno kislino ni mogoče odpraviti pod 50% zmogljivosti, ne da bi utrpeli nepopravljivo škodo. Litij-ionske baterije imajo večjo gostoto energije, dolgo življenjsko dobo cikla. Izpuščeni jih je mogoče tudi z večjimi razponi, vendar to prihaja po ceni povišane cene. Med različnimi kemikarijami je velika odstopanja, baterije s svinčeno kislino so lahko sto do tisoč dolarjev cenejše od litij-ionske baterije enake velikosti. Zato se svinčene kislinske baterije najbolj uporabljajo pri sončnih aplikacijah v državah 3. sveta in revnih skupnostih.

Na delovanje baterije v času njegove življenjske dobe močno vpliva degradacija, nima stalne zmogljivosti, ki bi se končala z nenadno odpovedjo. Namesto tega lahko zmogljivost in zagotovljena zmogljivost. V praksi velja, da je življenjska doba baterije zmanjkala, ko njegova zmogljivost doseže 80% prvotne zmogljivosti. Z drugimi besedami, ko doživi 20 -odstotno zmogljivost. V praksi to pomeni, da je mogoče zagotoviti nižjo količino energije. To lahko vpliva na obdobja uporabe za popolnoma neodvisne sisteme in količino kilometrine, ki jo lahko pokrije EV.

Druga točka, ki jo je treba upoštevati, je varnost. Z napredkom na področju proizvodnje in tehnologije so bile nedavne baterije na splošno bolj stabilno. Toda zaradi razgradnje in zgodovine zlorab lahko celice preidejo v toplotno beganje, kar lahko privede do katastrofalnih rezultatov in v nekaterih primerih ogroža življenje potrošnikov.

Zato so podjetja razvila boljšo programsko opremo za spremljanje baterije (BMS) za nadzor porabe baterije, hkrati pa tudi spremljala zdravstveno stanje, da bi zagotovila pravočasno vzdrževanje in se izognila zaostrenim posledicam.

Zaključek

Sistemov za shranjevanje omrežja ponuja odlična priložnost za doseganje neodvisnosti moči od glavnega omrežja, hkrati pa zagotavljajo rezervni vir moči v obdobjih in največjimi obremenitvami. Tam bi razvoj olajšal premik k bolj zelenim virom energije in tako omejil vpliv nastajanja energije na podnebne spremembe, hkrati pa še vedno izpolnjeval energijske potrebe s konstantno rastjo porabe.

Sistemi za shranjevanje energije akumulatorja so najpogosteje uporabljeni in najlažje za konfiguriranje za različne vsakodnevne aplikacije. Njihovi visoki prilagodljivost se zoperstavijo razmeroma visoki stroški, kar vodi k razvoju strategij spremljanja, da čim bolj podaljša ustrezno življenjsko dobo. Trenutno industrija in akademija si prizadevata za raziskovanje in razumevanje degradacije baterij v različnih pogojih.