Si të ruani energjinë elektrike jashtë rrjetit?

Gjatë 50 viteve të fundit, ka pasur një rritje të vazhdueshme të konsumit global të energjisë elektrike, me një përdorim të vlerësuar prej rreth 25,300 teravat-orë në vitin 2021. Me kalimin drejt industrisë 4.0, ka një rritje të kërkesave për energji në të gjithë botën. Këto shifra po rriten çdo vit, duke mos përfshirë kërkesat për energji elektrike të sektorëve industrialë dhe të tjerë ekonomikë. Ky ndryshim industrial dhe konsumi i lartë i energjisë shoqërohen me efekte më të prekshme të ndryshimeve klimatike për shkak të emetimeve të tepërta të gazeve serrë. Aktualisht, shumica e impianteve dhe objekteve të prodhimit të energjisë mbështeten shumë në burimet e karburanteve fosile (naftë dhe gaz) për të përmbushur kërkesa të tilla. Këto shqetësime klimatike ndalojnë prodhimin shtesë të energjisë duke përdorur metoda konvencionale. Kështu, zhvillimi i sistemeve efikase dhe të besueshme të ruajtjes së energjisë është bërë gjithnjë e më i rëndësishëm për të siguruar një furnizim të vazhdueshëm dhe të besueshëm të energjisë nga burimet e rinovueshme.

Sektori i energjisë është përgjigjur duke u zhvendosur drejt energjisë së rinovueshme ose zgjidhjeve "të gjelbërta". Tranzicioni është ndihmuar nga teknikat e përmirësuara të prodhimit, duke çuar për shembull në prodhim më efikas të fletëve të turbinave me erë. Gjithashtu, studiuesit kanë qenë në gjendje të përmirësojnë efikasitetin e qelizave fotovoltaike, duke çuar në gjenerim më të mirë të energjisë për zonë përdorimi. Në vitin 2021, prodhimi i energjisë elektrike nga burimet diellore fotovoltaike (PV) u rrit ndjeshëm, duke arritur një rekord prej 179 TWh dhe duke përfaqësuar një rritje prej 22% në krahasim me vitin 2020. Teknologjia diellore PV tani përbën 3.6% të prodhimit të energjisë elektrike globale dhe aktualisht është e treta më e madhe nga burimet e rinovueshme burim energjie pas hidrocentralit dhe erës.

Megjithatë, këto zbulime nuk zgjidhin disa nga të metat e qenësishme të sistemeve të energjisë së rinovueshme, kryesisht disponueshmërinë. Shumica e këtyre metodave nuk prodhojnë energji sipas kërkesës si termocentrale me qymyr dhe naftë. Daljet e energjisë diellore janë për shembull të disponueshme gjatë gjithë ditës me variacione në varësi të këndeve të rrezatimit të diellit dhe pozicionimit të panelit PV. Ai nuk mund të prodhojë energji gjatë natës, ndërsa prodhimi i tij zvogëlohet ndjeshëm gjatë stinës së dimrit dhe në ditët me shumë re. Fuqia e erës vuan gjithashtu nga luhatjet në varësi të shpejtësisë së erës. Prandaj, këto zgjidhje duhet të kombinohen me sistemet e ruajtjes së energjisë për të mbështetur furnizimin me energji gjatë periudhave të prodhimit të ulët.

Cilat janë sistemet e ruajtjes së energjisë?

Sistemet e ruajtjes së energjisë mund të ruajnë energji në mënyrë që të përdoren në një fazë të mëvonshme. Në disa raste, do të ketë një formë të konvertimit të energjisë midis energjisë së ruajtur dhe energjisë së dhënë. Shembulli më i zakonshëm janë bateritë elektrike si bateritë litium-jon ose bateritë me acid plumbi. Ato sigurojnë energji elektrike me anë të reaksioneve kimike ndërmjet elektrodave dhe elektrolitit.

Bateritë, ose BESS (sistemi i ruajtjes së energjisë së baterisë), përfaqësojnë metodën më të zakonshme të ruajtjes së energjisë që përdoret në aplikacionet e jetës së përditshme. Ekziston një sistem tjetër depozitimi, si p.sh. hidrocentralet që konvertojnë energjinë potenciale të ujit të ruajtur në një digë në energji elektrike. Uji që bie poshtë do të kthejë volantin e një turbine që prodhon energji elektrike. Një shembull tjetër është gazi i ngjeshur, me lëshimin e gazit do të rrotullojë rrotën e turbinës që prodhon fuqi.

Ajo që i ndan bateritë nga metodat e tjera të ruajtjes është zona e tyre e mundshme e funksionimit. Nga pajisjet e vogla dhe furnizimi me energji elektrike i automobilave deri te aplikacionet shtëpiake dhe fermat e mëdha diellore, bateritë mund të integrohen pa probleme në çdo aplikacion ruajtjeje jashtë rrjetit. Nga ana tjetër, metodat e hidrocentraleve dhe të ajrit të kompresuar kërkojnë infrastruktura shumë të mëdha dhe komplekse për ruajtje. Kjo çon në kosto shumë të larta që kërkon aplikime shumë të mëdha në mënyrë që të justifikohet.

Përdorni kuti për sistemet e ruajtjes jashtë rrjetit.

Siç u përmend më parë, sistemet e ruajtjes jashtë rrjetit mund të lehtësojnë përdorimin dhe mbështetjen në metodat e energjisë së rinovueshme si energjia diellore dhe e erës. Megjithatë, ka aplikacione të tjera që mund të përfitojnë shumë nga sisteme të tilla

Rrjetet elektrike të qytetit synojnë të ofrojnë sasinë e duhur të energjisë bazuar në ofertën dhe kërkesën e çdo qyteti. Fuqia e kërkuar mund të luhatet gjatë gjithë ditës. Sistemet e ruajtjes jashtë rrjetit janë përdorur për të zbutur luhatjet dhe për të siguruar më shumë stabilitet në rastet e kërkesës maksimale. Nga një këndvështrim tjetër, sistemet e ruajtjes jashtë rrjetit mund të jenë shumë të dobishme për të kompensuar çdo defekt teknik të paparashikuar në rrjetin kryesor të energjisë ose gjatë periudhave të planifikuara të mirëmbajtjes. Ata mund të plotësojnë kërkesat e energjisë pa pasur nevojë të kërkojnë burime alternative të energjisë. Mund të përmendet për shembull stuhia e akullit në Teksas në fillim të shkurtit 2023 që la rreth 262 000 njerëz pa energji, ndërsa riparimet u vonuan për shkak të kushteve të vështira të motit.

Automjetet elektrike janë një tjetër aplikim. Studiuesit kanë bërë shumë përpjekje për të optimizuar prodhimin e baterive dhe strategjitë e karikimit/shkarkimit në mënyrë që të zgjerojnë jetëgjatësinë dhe densitetin e fuqisë së baterive. Bateritë litium-jon kanë qenë në ballë të këtij revolucioni të vogël dhe janë përdorur gjerësisht në makinat e reja elektrike, por edhe në autobusët elektrikë. Bateritë më të mira në këtë rast mund të çojnë në një kilometrazh më të madh, por edhe në uljen e kohës së karikimit me teknologjitë e duhura.

Përparime të tjera teknologjike si UAV-të dhe robotët celularë kanë përfituar shumë nga zhvillimi i baterive. Atje, strategjitë e lëvizjes dhe strategjitë e kontrollit mbështeten shumë në kapacitetin dhe fuqinë e baterisë së ofruar.

Çfarë është një BESS

BESS ose sistemi i ruajtjes së energjisë së baterisë është një sistem i ruajtjes së energjisë që mund të përdoret për të ruajtur energjinë. Kjo energji mund të vijë nga rrjeti kryesor ose nga burime të rinovueshme të energjisë si energjia e erës dhe energjia diellore. Ai përbëhet nga bateri të shumta të rregulluara në konfigurime të ndryshme (seri/paralele) dhe me madhësi në bazë të kërkesave. Ato janë të lidhura me një inverter që përdoret për të kthyer fuqinë DC në energji AC për përdorim. ASistemi i menaxhimit të baterisë (BMS)përdoret për të monitoruar kushtet e baterisë dhe funksionimin e karikimit/shkarkimit.

Krahasuar me sistemet e tjera të ruajtjes së energjisë, ato janë veçanërisht fleksibël për t'u vendosur/lidhur dhe nuk kërkojnë një infrastrukturë shumë të shtrenjtë, por megjithatë ato kanë një kosto të konsiderueshme dhe kërkojnë mirëmbajtje më të rregullt në bazë të përdorimit.

BESS përmasat dhe zakonet e përdorimit

Një pikë thelbësore për t'u trajtuar kur instaloni një sistem të ruajtjes së energjisë së baterisë është madhësia. Sa bateri nevojiten? Në çfarë konfigurimi? Në disa raste, lloji i baterisë mund të luajë një rol vendimtar në terma afatgjatë për sa i përket kursimit të kostos dhe efikasitetit.

Kjo bëhet rast pas rasti pasi aplikimet mund të variojnë nga familjet e vogla deri tek impiantet e mëdha industriale.

Burimi më i zakonshëm i energjisë së rinovueshme për familjet e vogla, veçanërisht në zonat urbane, është energjia diellore duke përdorur panele fotovoltaike. Inxhinieri në përgjithësi do të merrte në konsideratë konsumin mesatar të energjisë së familjes dhe do të vlerësonte rrezatimin diellor gjatë gjithë vitit për vendndodhjen specifike. Numri i baterive dhe konfigurimi i tyre i rrjetit është zgjedhur për t'iu përshtatur kërkesave shtëpiake gjatë furnizimit më të ulët të energjisë diellore të vitit, duke mos i shkarkuar plotësisht bateritë. Kjo është duke supozuar një zgjidhje për të pasur një pavarësi të plotë të energjisë nga rrjeti kryesor.

Mbajtja e një gjendjeje relativisht të moderuar të karikimit ose mos shkarkimi i plotë i baterive është diçka që mund të jetë kundërintuitive në fillim. Në fund të fundit, pse të përdorim një sistem ruajtjeje nëse nuk mund ta nxjerrim atë potencialin e plotë? Në teori është e mundur, por mund të mos jetë strategjia që maksimizon kthimin e investimit.

Një nga disavantazhet kryesore të BESS është kostoja relativisht e lartë e baterive. Prandaj, zgjedhja e një zakoni përdorimi ose një strategjie karikimi/shkarkimi që maksimizon jetëgjatësinë e baterisë është thelbësore. Për shembull, bateritë me acid plumbi nuk mund të shkarkohen nën kapacitetin 50% pa pësuar dëmtime të pakthyeshme. Bateritë litium-jon kanë densitet më të lartë energjie, jetëgjatësi të gjatë cikli. Ato gjithashtu mund të shkarkohen duke përdorur diapazon më të mëdhenj, por kjo vjen me një kosto të rritjes së çmimit. Ekziston një variacion i lartë në kosto midis kimive të ndryshme, bateritë e acidit të plumbit mund të jenë qindra deri në mijëra dollarë më të lira se një bateri litium-jon me të njëjtën madhësi. Kjo është arsyeja pse bateritë me acid plumbi janë më të përdorurat në aplikimet diellore në vendet e botës së tretë dhe komunitetet e varfra.

Performanca e baterisë ndikohet shumë nga degradimi gjatë jetëgjatësisë së saj, ajo nuk ka një performancë të qëndrueshme që përfundon me dështim të papritur. Në vend të kësaj, kapaciteti dhe ofrimi mund të zbehet në mënyrë progresive. Në praktikë, jetëgjatësia e baterisë konsiderohet se ka mbaruar kur kapaciteti i saj arrin 80% të kapacitetit të saj origjinal. Me fjalë të tjera, kur përjeton një zbehje të kapacitetit prej 20%. Në praktikë, kjo do të thotë që mund të sigurohet një sasi më e vogël e energjisë. Kjo mund të ndikojë në periudhat e përdorimit për sisteme plotësisht të pavarura dhe sasinë e kilometrazhit që mund të mbulojë një EV.

Një pikë tjetër për t'u marrë parasysh është siguria. Me përparimet në prodhim dhe teknologji, bateritë e fundit në përgjithësi kanë qenë më të qëndrueshme kimikisht. Megjithatë, për shkak të historisë së degradimit dhe abuzimit, qelizat mund të kalojnë në arratisje termike që mund të çojë në rezultate katastrofike dhe në disa raste të rrezikojë jetën e konsumatorëve.

Kjo është arsyeja pse kompanitë kanë zhvilluar një softuer më të mirë për monitorimin e baterisë (BMS) për të kontrolluar përdorimin e baterisë, por edhe për të monitoruar gjendjen e shëndetit në mënyrë që të sigurojë mirëmbajtjen në kohë dhe të shmangë pasojat e rënduara.

konkluzioni

Nga sistemet e ruajtjes së energjisë në rrjet, ofrojnë një mundësi të madhe për të arritur pavarësinë e energjisë nga rrjeti kryesor, por gjithashtu ofrojnë një burim rezervë të energjisë gjatë periudhave të ndërprerjeve dhe periudhave të ngarkesës së pikut. Atje zhvillimi do të lehtësonte kalimin drejt burimeve më të gjelbra të energjisë, duke kufizuar kështu ndikimin e gjenerimit të energjisë në ndryshimet klimatike duke përmbushur ende kërkesat për energji me rritje të vazhdueshme të konsumit.

Sistemet e ruajtjes së energjisë së baterisë janë më të përdorurat dhe më të lehtat për t'u konfiguruar për aplikacione të ndryshme të përditshme. Fleksibiliteti i tyre i lartë kundërshtohet nga një kosto relativisht e lartë, duke çuar në zhvillimin e strategjive monitoruese për të zgjatur sa më shumë jetëgjatësinë përkatëse. Aktualisht, industria dhe akademia po bëjnë shumë përpjekje për të hetuar dhe kuptuar degradimin e baterisë në kushte të ndryshme.