Током протеклих 50 година, дошло је до континуираног повећања глобалне потрошње електричне енергије, са процењеном потрошњом од око 25.300 терават-сати у 2021. Са преласком на индустрију 4.0, дошло је до повећања потражње за енергијом широм света. Ове бројке се повећавају сваке године, не укључујући потребе за електричном енергијом индустријских и других привредних сектора. Ова индустријска промена и велика потрошња енергије су повезани са опипљивијим ефектима климатских промена услед прекомерних емисија гасова стаклене баште. Тренутно се већина електрана и постројења за производњу електричне енергије у великој мери ослања на изворе фосилних горива (нафта и гас) да би испунили такве захтеве. Ови климатски проблеми забрањују додатну производњу енергије коришћењем конвенционалних метода. Дакле, развој ефикасних и поузданих система за складиштење енергије постаје све важнији да би се обезбедило континуирано и поуздано снабдевање енергијом из обновљивих извора.
Енергетски сектор је одговорио преласком на обновљиву енергију или „зелена“ решења. Транзиција је потпомогнута побољшаним техникама производње, што је довело на пример до ефикасније производње лопатица ветротурбина. Такође, истраживачи су успели да побољшају ефикасност фотонапонских ћелија, што је довело до боље производње енергије по области коришћења. Године 2021. производња електричне енергије из соларних фотонапонских (ПВ) извора је значајно порасла, достигавши рекордних 179 ТВх и представљајући раст од 22% у односу на 2020. Соларна фотонапонска технологија сада чини 3,6% глобалне производње електричне енергије и тренутно је трећа по величини обновљива извор енергије после хидроенергије и ветра.
Међутим, ова открића не решавају неке инхерентне недостатке система обновљивих извора енергије, углавном доступност. Већина ових метода не производи енергију на захтев као електране на угаљ и нафту. Изласци соларне енергије су, на пример, доступни током дана са варијацијама у зависности од углова сунчевог зрачења и положаја ПВ панела. Не може произвести никакву енергију током ноћи, док је његова производња значајно смањена током зимске сезоне и у веома облачним данима. Снага ветра такође пати од флуктуација у зависности од брзине ветра. Због тога, ова решења треба да буду повезана са системима за складиштење енергије како би се одржало снабдевање енергијом током периода ниске производње.
Шта су системи за складиштење енергије?
Системи за складиштење енергије могу складиштити енергију да би се користили у каснијој фази. У неким случајевима, постојаће облик конверзије енергије између ускладиштене енергије и добијене енергије. Најчешћи пример су електричне батерије као што су литијум-јонске батерије или оловно-киселинске батерије. Они обезбеђују електричну енергију путем хемијских реакција између електрода и електролита.
Батерије, или БЕСС (систем за складиштење енергије батерија), представљају најчешћи метод складиштења енергије који се користи у свакодневном животу. Постоје и други системи за складиштење, као што су хидроелектране које претварају потенцијалну енергију воде ускладиштене у брани у електричну енергију. Вода која пада доле ће окренути замајац турбине која производи електричну енергију. Други пример је компримовани гас, након испуштања гас ће окренути точак турбине која производи снагу.
Оно што разликује батерије од осталих метода складиштења је њихова потенцијална подручја рада. Од малих уређаја и напајања за аутомобиле до апликација у домаћинству и великих соларних фарми, батерије се могу неприметно интегрисати у било коју апликацију за складиштење ван мреже. С друге стране, хидроенергије и методе компримованог ваздуха захтевају веома велику и сложену инфраструктуру за складиштење. То доводи до веома високих трошкова који захтевају веома велике примене да би били оправдани.
Случајеви коришћења за системе складиштења ван мреже.
Као што је раније поменуто, системи за складиштење ван мреже могу олакшати коришћење и ослањање на методе обновљиве енергије као што су соларна енергија и енергија ветра. Без обзира на то, постоје и друге апликације које могу имати велике користи од таквих система
Градске електричне мреже имају за циљ да обезбеде праву количину енергије на основу понуде и потражње сваког града. Потребна снага може варирати током дана. Системи за складиштење ван мреже су коришћени да ублаже флуктуације и обезбеде већу стабилност у случајевима највеће потражње. Из друге перспективе, системи за складиштење ван мреже могу бити веома корисни за компензацију за било коју непредвиђену техничку грешку у главној електричној мрежи или током планираних периода одржавања. Они могу испунити захтјеве за снагом без потребе за тражењем алтернативних извора енергије. Може се навести на пример ледена олуја у Тексасу почетком фебруара 2023. године која је оставила без струје око 262.000 људи, док су поправке касниле због тешких временских услова.
Електрична возила су још једна примена. Истраживачи су уложили много труда да оптимизују производњу батерија и стратегије пуњења/пражњења како би продужили животни век и густину снаге батерија. Литијум-јонске батерије су биле на челу ове мале револуције и у великој мери су коришћене у новим електричним аутомобилима, али и електричним аутобусима. Боље батерије у овом случају могу довести до веће километраже, али и смањеног времена пуњења са одговарајућим технологијама.
Други технолошки напредак, попут беспилотних летелица и мобилних робота, имају велике користи од развоја батерија. Тамо се стратегије кретања и стратегије управљања у великој мери ослањају на капацитет батерије и обезбеђену снагу.
Шта је БЕСС
БЕСС или батеријски систем за складиштење енергије је систем за складиштење енергије који се може користити за складиштење енергије. Ова енергија може доћи из главне мреже или из обновљивих извора енергије као што су енергија ветра и сунчева енергија. Састоји се од више батерија распоређених у различитим конфигурацијама (серијски/паралелно) и величине на основу захтева. Повезани су на претварач који се користи за претварање једносмерне струје у наизменичну струју за употребу. Систем управљања батеријом (БМС) се користи за праћење стања батерије и операције пуњења/пражњења.
У поређењу са другим системима за складиштење енергије, они су посебно флексибилни за постављање/повезивање и не захтевају веома скупу инфраструктуру, али и даље имају значајну цену и захтевају редовније одржавање у зависности од употребе.
БЕСС димензионисање и навике коришћења
Кључна тачка коју треба решити приликом инсталирања система за складиштење енергије батерије је димензионисање. Колико је батерија потребно? У којој конфигурацији? У неким случајевима, тип батерије може играти кључну улогу на дуге стазе у смислу уштеде трошкова и ефикасности
Ово се ради од случаја до случаја јер примена може да се креће од малих домаћинстава до великих индустријских постројења.
Најчешћи обновљиви извор енергије за мала домаћинства, посебно у урбаним срединама, је соларно коришћење фотонапонских панела. Инжењер би генерално размотрио просечну потрошњу енергије у домаћинству и проценио сунчево зрачење током године за одређену локацију. Број батерија и њихова мрежна конфигурација се бирају тако да одговарају потребама домаћинства током најнижег снабдевања соларном енергијом у години, а да се батерије не испразне у потпуности. Ово претпоставља решење за потпуну независност електричне енергије од главне мреже.
Одржавање релативно умереног стања напуњености или непотпуно пражњење батерија је нешто што би у почетку могло бити контра интуитивно. На крају крајева, зашто користити систем за складиштење ако не можемо да га искористимо пуним потенцијалом? У теорији је могуће, али то можда није стратегија која максимизира повраћај улагања.
Један од главних недостатака БЕСС-а је релативно висока цена батерија. Због тога је неопходан избор навике коришћења или стратегије пуњења/пражњења која максимизира животни век батерије. На пример, оловне батерије не могу да се испразне испод 50% капацитета без неповратног оштећења. Литијум-јонске батерије имају већу густину енергије, дуг животни век. Такође се могу испразнити коришћењем већег опсега, али то долази по повећању цене. Постоји велика разлика у цени између различитих хемија, оловне батерије могу бити стотине до хиљаде долара јефтиније од литијум-јонске батерије исте величине. Због тога се оловне батерије најчешће користе у соларним апликацијама у земљама трећег света и сиромашним заједницама.
На перформансе батерије у великој мери утиче деградација током њеног животног века, она нема стабилне перформансе које се завршавају изненадним кваром. Уместо тога, капацитет и обезбеђени могу прогресивно да бледе. У пракси се сматра да је век трајања батерије истекао када њен капацитет достигне 80% првобитног капацитета. Другим речима, када доживи пад капацитета од 20%. У пракси, то значи да се може обезбедити мања количина енергије. Ово може утицати на периоде коришћења потпуно независних система и на количину пређене километраже коју ЕВ може да пређе.
Још једна ствар коју треба узети у обзир је безбедност. Са напретком у производњи и технологији, недавне батерије су генерално хемијски стабилније. Међутим, услед деградације и историје злоупотребе, ћелије могу да оду у топлотни бег, што може довести до катастрофалних резултата иу неким случајевима довести у опасност живот потрошача.
Због тога су компаније развиле бољи софтвер за праћење батерије (БМС) за контролу коришћења батерије, али и за праћење здравственог стања како би се обезбедило благовремено одржавање и избегле тешке последице.
Закључак
Мрежни системи за складиштење енергије пружају сјајну прилику за постизање енергетске независности од главне мреже, али такође обезбеђују резервни извор енергије током застоја и периода вршног оптерећења. Тај развој би олакшао прелазак на зеленије изворе енергије, чиме би се ограничио утицај производње енергије на климатске промене, а да се и даље задовољавају енергетски захтеви уз стални раст потрошње.
Батеријски системи за складиштење енергије су најчешће коришћени и најлакши за конфигурисање за различите свакодневне апликације. Њихова висока флексибилност је супротстављена релативно високим трошковима, што доводи до развоја стратегија праћења како би се животни век продужио што је више могуће. Тренутно, индустрија и академска заједница улажу много труда да истраже и разумеју деградацију батерија у различитим условима.
