Katika miaka 50 iliyopita, kumekuwa na ongezeko endelevu la matumizi ya umeme ulimwenguni, na matumizi ya wastani wa masaa 25,300 ya terawatt katika mwaka wa 2021. Pamoja na mabadiliko kuelekea tasnia ya 4.0, kuna ongezeko la mahitaji ya nishati ulimwenguni kote. Nambari hizi zinaongezeka kila mwaka, bila kujumuisha mahitaji ya nguvu ya viwanda na sekta zingine za kiuchumi. Mabadiliko haya ya viwandani na matumizi ya nguvu ya juu yanajumuishwa na athari zinazoonekana za mabadiliko ya hali ya hewa kwa sababu ya uzalishaji mkubwa wa gesi chafu. Hivi sasa, mimea na vifaa vingi vya umeme hutegemea sana vyanzo vya mafuta ya mafuta (mafuta na gesi) kukidhi mahitaji hayo. Maswala haya ya hali ya hewa yanakataza uzalishaji wa ziada wa nishati kwa kutumia njia za kawaida. Kwa hivyo, maendeleo ya mifumo bora na ya kuaminika ya uhifadhi wa nishati imekuwa muhimu zaidi kuhakikisha usambazaji unaoendelea na wa kuaminika wa nishati kutoka kwa vyanzo vinavyoweza kurejeshwa.

Sekta ya nishati imejibu kwa kuhama kwa nishati mbadala au suluhisho za "kijani". Mabadiliko hayo yamesaidiwa na mbinu bora za utengenezaji, na kusababisha kwa mfano kwa utengenezaji mzuri zaidi wa blade za turbine za upepo. Pia, watafiti wameweza kuboresha ufanisi wa seli za Photovoltaic, na kusababisha uzalishaji bora wa nishati kwa eneo la matumizi. Mnamo 2021, uzalishaji wa umeme kutoka kwa vyanzo vya jua vya Photovoltaic (PV) uliongezeka sana, kufikia rekodi 179 TWH na kuwakilisha ukuaji wa 22% ikilinganishwa na 2020. Teknolojia ya Solar PV sasa inachukua asilimia 3.6 ya uzalishaji wa umeme ulimwenguni na kwa sasa ni ya tatu kubwa inayoweza kurekebishwa zaidi Chanzo cha nishati baada ya hydropower na upepo.

Walakini, mafanikio haya hayasuluhishi baadhi ya shida za asili za mifumo ya nishati mbadala, hasa kupatikana. Njia nyingi hizi hazitoi nishati juu ya mahitaji kama mimea ya makaa ya mawe na mafuta. Matokeo ya nishati ya jua ni kwa mfano inapatikana siku nzima na tofauti kulingana na pembe za umeme wa jua na nafasi ya jopo la PV. Haiwezi kutoa nishati yoyote wakati wa usiku wakati pato lake limepunguzwa sana wakati wa msimu wa baridi na siku za mawingu sana. Nguvu ya upepo inateseka pia kutokana na kushuka kwa joto kulingana na kasi ya upepo. Kwa hivyo, suluhisho hizi zinahitaji kuunganishwa na mifumo ya uhifadhi wa nishati ili kuendeleza usambazaji wa nishati wakati wa pato la chini.

Je! Mifumo ya uhifadhi wa nishati ni nini?

Mifumo ya uhifadhi wa nishati inaweza kuhifadhi nishati ili kutumiwa katika hatua ya baadaye. Katika hali nyingine, kutakuwa na aina ya ubadilishaji wa nishati kati ya nishati iliyohifadhiwa na nishati iliyotolewa. Mfano wa kawaida ni betri za umeme kama vile betri za lithiamu-ion au betri za asidi-asidi. Wanatoa nishati ya umeme kwa njia ya athari za kemikali kati ya elektroni na elektroni.

Betri, au BESS (Mfumo wa Uhifadhi wa Nishati ya Batri), inawakilisha njia ya kawaida ya kuhifadhi nishati inayotumika katika matumizi ya maisha ya kila siku. Mfumo mwingine wa uhifadhi unapatikana kama mimea ya hydropower ambayo hubadilisha nishati inayowezekana ya maji yaliyohifadhiwa kwenye bwawa kuwa nishati ya umeme. Maji yanayoanguka chini yatageuza kuruka kwa turbine ambayo hutoa nishati ya umeme. Mfano mwingine ni gesi iliyoshinikizwa, baada ya kutolewa gesi itageuza gurudumu la turbine inayozalisha nguvu.

Kinachotenganisha betri kutoka kwa njia zingine za kuhifadhi ni maeneo yao ya kufanya kazi. Kutoka kwa vifaa vidogo na usambazaji wa umeme kwa matumizi ya kaya na shamba kubwa za jua, betri zinaweza kuunganishwa bila mshono kwa programu yoyote ya uhifadhi wa gridi ya taifa. Kwa upande mwingine, hydropower na njia za hewa zilizoshinikizwa zinahitaji miundombinu mikubwa na ngumu ya kuhifadhi. Hii inasababisha gharama kubwa sana ambayo inahitaji matumizi makubwa sana ili iweze kuhesabiwa haki.

Tumia kesi za mifumo ya uhifadhi wa gridi ya taifa.

Kama tulivyosema hapo awali, mifumo ya uhifadhi wa gridi ya taifa inaweza kuwezesha utumiaji na kutegemea njia za nishati mbadala kama vile nguvu ya jua na upepo. Walakini, kuna programu zingine ambazo zinaweza kufaidika sana na mifumo kama hiyo

Gridi ya nguvu ya jiji inakusudia kutoa kiwango sahihi cha nguvu kulingana na usambazaji na mahitaji ya kila mji. Nguvu inayohitajika inaweza kubadilika siku nzima. Mifumo ya uhifadhi wa gridi ya taifa imetumika kupata kushuka kwa joto na kutoa utulivu zaidi katika hali ya mahitaji ya kilele. Kwa mtazamo tofauti, mifumo ya uhifadhi wa gridi ya taifa inaweza kuwa na faida kubwa kulipia kosa lolote la kiufundi lisilotarajiwa katika gridi kuu ya nguvu au wakati wa matengenezo yaliyopangwa. Wanaweza kukidhi mahitaji ya nguvu bila kutafuta vyanzo mbadala vya nishati. Mtu anaweza kutaja kwa mfano dhoruba ya barafu ya Texas mapema Februari 2023 ambayo iliwaacha watu takriban 262,000 bila nguvu, wakati matengenezo yalicheleweshwa kwa sababu ya hali ngumu ya hali ya hewa.

Magari ya umeme ni maombi mengine. Watafiti wamemimina juhudi nyingi za kuongeza utengenezaji wa betri na mikakati ya malipo/kutoa ili kuongeza kiwango cha maisha na nguvu ya betri. Betri za Lithium-ion zimekuwa mstari wa mbele katika mapinduzi haya madogo na zimetumika sana katika magari mapya ya umeme lakini pia mabasi ya umeme. Betri bora katika kesi hii zinaweza kusababisha mileage kubwa lakini pia kupunguza nyakati za malipo na teknolojia sahihi.

Maendeleo mengine ya kiteknolojia yanapenda UAV na roboti za rununu zimefaidika sana kutokana na maendeleo ya betri. Kuna mikakati ya mwendo na mikakati ya kudhibiti hutegemea sana uwezo wa betri na nguvu inayotolewa.

Bess ni nini

Mfumo wa uhifadhi wa nishati ya bess au betri ni mfumo wa uhifadhi wa nishati ambao unaweza kutumika kuhifadhi nishati. Nishati hii inaweza kutoka kwa gridi kuu au kutoka kwa vyanzo vya nishati mbadala kama vile nishati ya upepo na nishati ya jua. Imeundwa na betri nyingi zilizopangwa katika usanidi tofauti (mfululizo/sambamba) na ukubwa kulingana na mahitaji. Zimeunganishwa na inverter ambayo hutumiwa kubadilisha nguvu ya DC kuwa nguvu ya AC kwa matumizi. Mfumo wa usimamizi wa betri (BMS) hutumiwa kufuatilia hali ya betri na operesheni ya malipo/kutoa.

Ikilinganishwa na mifumo mingine ya uhifadhi wa nishati, zinabadilika sana kuweka/kuungana na hazihitaji miundombinu ya gharama kubwa, lakini bado zinakuja kwa gharama kubwa na zinahitaji matengenezo ya kawaida zaidi kulingana na matumizi.

Bess sizing na tabia ya matumizi

Jambo muhimu la kukabiliana wakati wa kusanikisha mfumo wa uhifadhi wa nishati ya betri ni ukubwa. Je! Batri ngapi zinahitajika? Katika usanidi gani? Katika hali nyingine, aina ya betri inaweza kuchukua jukumu muhimu kwa muda mrefu kwa suala la akiba ya gharama na ufanisi

Hii inafanywa kwa msingi wa kesi na kesi kwani matumizi yanaweza kutoka kwa kaya ndogo hadi mimea kubwa ya viwandani.

Chanzo cha kawaida cha nishati mbadala kwa kaya ndogo, haswa katika maeneo ya mijini, ni jua kwa kutumia paneli za Photovoltaic. Mhandisi kwa ujumla angezingatia matumizi ya wastani ya nguvu ya kaya na anachukua umeme wa jua kwa mwaka kwa eneo maalum. Idadi ya betri na usanidi wao wa gridi ya taifa huchaguliwa ili kufanana na mahitaji ya kaya wakati wa usambazaji wa umeme wa jua la chini wakati sio kufuta betri. Hii ni kudhani suluhisho la kuwa na uhuru kamili wa nguvu kutoka kwa gridi kuu.

Kuweka hali ya wastani ya malipo au kutokuondoa kabisa betri ni kitu ambacho kinaweza kuwa cha kushangaza mwanzoni. Baada ya yote, kwa nini utumie mfumo wa uhifadhi ikiwa hatuwezi kuiondoa uwezo kamili? Kwa nadharia inawezekana, lakini inaweza kuwa sio mkakati ambao huongeza kurudi kwa uwekezaji.

Moja ya ubaya kuu wa Bess ni gharama kubwa ya betri. Kwa hivyo, kuchagua tabia ya utumiaji au mkakati wa malipo/kutoa ambayo huongeza maisha ya betri ni muhimu. Kwa mfano, betri za asidi ya risasi haziwezi kutolewa chini ya uwezo wa 50% bila kuteseka na uharibifu usiobadilika. Betri za lithiamu-ion zina wiani mkubwa wa nishati, maisha ya mzunguko mrefu. Wanaweza pia kutolewa kwa kutumia safu kubwa, lakini hii inakuja kwa gharama ya kuongezeka kwa bei. Kuna tofauti kubwa katika gharama kati ya kemia tofauti, betri za asidi zinazoongoza zinaweza kuwa mamia kwa maelfu ya dola kwa bei rahisi kuliko betri ya lithiamu-ion ya ukubwa sawa. Hii ndio sababu betri za asidi zinazoongoza ndizo zinazotumika zaidi katika matumizi ya jua katika nchi za 3 za ulimwengu na jamii duni.

Utendaji wa betri unaathiriwa sana na uharibifu wakati wa maisha yake, haina utendaji thabiti ambao unaisha na kutofaulu ghafla. Badala yake, uwezo na kutolewa zinaweza kufifia hatua kwa hatua. Kwa mazoezi, maisha ya betri inachukuliwa kuwa yamepotea wakati uwezo wake unafikia 80% ya uwezo wake wa asili. Kwa maneno mengine, wakati inapata uwezo wa kufifia 20%. Kwa mazoezi, hii inamaanisha kiwango cha chini cha nishati kinaweza kutolewa. Hii inaweza kuathiri vipindi vya utumiaji kwa mifumo huru kabisa na kiwango cha mileage EV inaweza kufunika.

Jambo lingine la kuzingatia ni usalama. Pamoja na maendeleo katika utengenezaji na teknolojia, betri za hivi karibuni kwa ujumla zimekuwa thabiti zaidi kwa kemikali. Walakini kwa sababu ya uharibifu na historia ya unyanyasaji, seli zinaweza kwenda kwenye kukimbia kwa mafuta ambayo inaweza kusababisha matokeo mabaya na katika hali zingine kuweka maisha ya watumiaji katika hatari.

Hii ndio sababu kampuni zimetengeneza programu bora ya ufuatiliaji wa betri (BMS) kudhibiti utumiaji wa betri lakini pia hufuatilia hali ya afya ili kutoa matengenezo ya wakati unaofaa na epuka athari mbaya.

Hitimisho

Ya mifumo ya uhifadhi wa nishati ya gridi ya taifa hutoa fursa nzuri ya kufikia uhuru wa nguvu kutoka kwa gridi kuu lakini pia hutoa chanzo cha nguvu wakati wa kudhoofika na vipindi vya mzigo wa kilele. Kuna maendeleo yangewezesha mabadiliko kuelekea vyanzo vya nishati ya kijani kibichi, na hivyo kupunguza athari za uzalishaji wa nishati juu ya mabadiliko ya hali ya hewa wakati bado unakidhi mahitaji ya nishati na ukuaji wa matumizi ya mara kwa mara.

Mifumo ya uhifadhi wa nishati ya betri ndio inayotumika sana na rahisi kusanidi kwa matumizi tofauti ya kila siku. Kubadilika kwao kwa kiwango cha juu kunahesabiwa na gharama kubwa, na kusababisha maendeleo ya mikakati ya kuangalia kuongeza muda wa maisha iwezekanavyo. Hivi sasa, tasnia na wasomi wanamimina juhudi nyingi za kuchunguza na kuelewa uharibifu wa betri chini ya hali tofauti.