Чӣ тавр нерӯи барқро аз шабака нигоҳ доштан мумкин аст?

Дар тӯли 50 соли охир, афзоиши пайвастаи истеъмоли нерӯи барқ дар ҷаҳон мушоҳида шудааст, ки истифодаи тахминии тақрибан 25,300 тераватт-соат дар соли 2021 аст. Бо гузариш ба саноати 4.0, дар саросари ҷаҳон талабот ба энергия афзоиш меёбад. Ин ракамхо сол то сол зиёд шуда истодаанд, ба он чумла талаботи кувваи саноат ва дигар сохахои иктисодиёт. Ин тағирёбии саноатӣ ва истеъмоли баланди нерӯи барқ бо таъсири назарраси тағирёбии иқлим аз сабаби партовҳои аз ҳад зиёди газҳои гулхонаӣ алоқаманд аст. Дар айни замон, аксари нерӯгоҳҳо ва иншооти тавлиди нерӯи барқ барои қонеъ кардани чунин талабот ба манбаъҳои сӯзишвории истихроҷшаванда (нефт ва газ) такя мекунанд. Ин нигарониҳои иқлим тавлиди иловагии энергияро бо истифода аз усулҳои анъанавӣ манъ мекунанд. Ҳамин тариқ, рушди системаҳои самаранок ва боэътимоди нигоҳдории энергия барои таъмини доимӣ ва боэътимоди энергия аз манбаъҳои барқароршаванда аҳамияти бештар пайдо мекунад.

Бахши энергетикӣ бо гузаштан ба энергияи барқароршаванда ё ҳалли "сабз" посух дод. Гузариш тавассути усулҳои такмилёфтаи истеҳсолот, ки масалан ба истеҳсоли самараноки чархҳои турбинаи бодӣ оварда мерасонад, мусоидат кард. Инчунин, муҳаққиқон тавонистанд самаранокии ҳуҷайраҳои фотоэлектрикро беҳтар кунанд, ки ба тавлиди беҳтари энергия дар як минтақаи истифода оварда мерасонад. Дар соли 2021, тавлиди нерӯи барқ аз манбаъҳои фотоэлектрикии офтобӣ (PV) ба таври назаррас афзоиш ёфта, ба рекорди 179 ТВт/соат расид ва дар муқоиса бо соли 2020 22% афзоишро нишон медиҳад. Технологияи PV-и офтобӣ ҳоло 3,6%-и тавлиди нерӯи барқи ҷаҳониро ташкил медиҳад ва дар айни замон сеюмин бузургтарин нерӯи барқароршаванда мебошад. манбаи энергия пас аз гидроэнергетика ва шамол.

Аммо, ин пешрафтҳо баъзе камбудиҳои хоси системаҳои энергияи барқароршавандаро, асосан дастрасиро ҳал намекунанд. Аксарияти ин усулҳо ҳамчун нерӯгоҳҳои барқии ангишт ва нафт мувофиқи талабот энергия истеҳсол намекунанд. Масалан, истеҳсоли энергияи офтобӣ дар давоми рӯз бо тағирот вобаста ба кунҷҳои шуоъдиҳии офтоб ва ҷойгиршавии панели PV дастрас аст. Вай дар давоми шаб ҳеҷ гуна энергия тавлид карда наметавонад, дар ҳоле ки истеҳсоли он дар фасли зимистон ва дар рӯзҳои хеле абрнок хеле кам мешавад. Қувваи шамол инчунин аз тағирёбии суръати шамол азият мекашад. Аз ин рӯ, ин қарорҳо бояд бо системаҳои нигоҳдории энергия пайваст карда шаванд, то таъминоти энергияро дар давраи истеҳсоли кам таъмин кунанд.

Системаҳои нигоҳдории энергия кадомҳоянд?

Системаҳои нигоҳдории энергия метавонанд энергияро захира кунанд, то дар марҳилаи баъдӣ истифода шаванд. Дар баъзе ҳолатҳо, як шакли табдили энергия байни энергияи захирашуда ва энергияи додашуда вуҷуд хоҳад дошт. Мисоли маъмултарин ин батареяҳои барқӣ ба монанди батареяҳои литий-ион ё батареяҳои сурб-кислота мебошанд. Онҳо энергияи барқро тавассути реаксияҳои кимиёвии байни электродҳо ва электролитҳо таъмин мекунанд.

Батареяҳо ё BESS (системаи нигоҳдории энергияи батарея) усули маъмултарини нигоҳдории энергияро дар барномаҳои ҳаёти ҳаррӯза истифода мебаранд. Дигар системаи нигоҳдорӣ вуҷуд дорад, ба монанди нерӯгоҳҳои обӣ, ки энергияи потенсиалии оби дар сарбанд нигоҳ дошташударо ба энергияи барқ табдил медиҳанд. Обе, ки ба поён меафтад, маховики турбинаро, ки энергияи электр тавлид мекунад, бармегардонад. Мисоли дигар гази фишурдашуда аст, вақте ки газ чархи турбинаро мегардонад, ки қувваи истеҳсолкунандаро ба вуҷуд меорад.

Он чизе, ки батареяҳоро аз усулҳои дигари нигоҳдорӣ ҷудо мекунад, минтақаҳои эҳтимолии кори онҳост. Аз дастгоҳҳои хурд ва таъминоти барқи автомобилӣ то барномаҳои маишӣ ва хоҷагиҳои бузурги офтобӣ, батареяҳо метавонанд ба ҳама гуна барномаҳои нигоҳдории берун аз шабака бефосила ворид карда шаванд. Аз тарафи дигар, усулҳои гидроэнергетикӣ ва ҳавои фишурда инфрасохтори хеле калон ва мураккабро барои нигоҳдорӣ талаб мекунанд. Ин боиси хароҷоти хеле баланд мегардад, ки барои асоснок кардани он барномаҳои хеле калонро талаб мекунанд.

Барои системаҳои нигоҳдории берун аз шабака истифода баред.

Тавре ки қаблан зикр гардид, системаҳои нигоҳдории берун аз шабака метавонанд истифода ва такя ба усулҳои барқароршавандаи энергия, ба монанди нерӯи офтоб ва шамолро осон кунанд. Бо вуҷуди ин, барномаҳои дигаре ҳастанд, ки метавонанд аз чунин системаҳо манфиати зиёд гиранд

Шабакаҳои барқии шаҳрӣ ҳадаф доранд, ки миқдори дурусти нерӯи барқро дар асоси талабот ва пешниҳоди ҳар як шаҳр таъмин кунанд. Қувваи зарурӣ метавонад дар давоми рӯз тағйир ёбад. Системаҳои нигаҳдории берун аз шабака барои паст кардани тағирот ва таъмини устувории бештар дар ҳолатҳои баландтарини талабот истифода шудаанд. Аз нуқтаи назари дигар, системаҳои нигаҳдории берун аз шабака метавонанд барои ҷуброн кардани ҳама гуна камбудиҳои техникӣ дар шабакаи асосии барқ ё дар давраи нигоҳдории нақшавӣ фоидаовар бошанд. Онҳо метавонанд ниёзҳои нерӯи барқро бидуни ҷустуҷӯи манбаъҳои алтернативии энергия қонеъ кунанд. Як мисол метавон гуфт, ки тӯфони яхбандии Техас дар авоили феврали соли 2023, ки тақрибан 262 000 нафарро аз нерӯи барқ маҳрум кард, дар ҳоле ки таъмир бо сабаби шароити душвори обу ҳаво ба таъхир афтод.

Мошинҳои электрикӣ як барномаи дигар мебошанд. Тадқиқотчиён барои оптимизатсияи истеҳсоли батарея ва стратегияҳои пуркунии барқ /барқ кардани батареяҳо кӯшиши зиёд сарф карданд, то мӯҳлат ва зичии қувваи батареяҳо дароз карда шаванд. Батареяҳои литий-ион дар сафи пеши ин инқилоби хурд буданд ва ба таври васеъ дар мошинҳои нави электрикӣ, балки дар автобусҳои электрикӣ низ истифода шуданд. Батареяҳои беҳтар дар ин ҳолат метавонанд ба масофаи калонтар оварда расонанд, аммо инчунин бо технологияҳои дуруст вақти пуркунии барқро кам кунанд.

Дигар пешрафтҳои технологӣ, ба монанди UAV ва роботҳои мобилӣ аз рушди батарея манфиати зиёд гирифтанд. Дар он ҷо стратегияҳои ҳаракат ва стратегияҳои назорат асосан ба иқтидори батарея ва қувваи додашуда такя мекунанд.

BESS чист

BESS ё системаи нигаҳдории энергияи батарея як системаи нигоҳдории энергия мебошад, ки метавонад барои захира кардани энергия истифода шавад. Ин энергия метавонад аз шабакаи асосӣ ё аз манбаъҳои барқароршавандаи энергия, аз қабили энергияи шамол ва энергияи офтоб гирифта шавад. Он аз батареяҳои сершумор иборат аст, ки дар конфигуратсияҳои гуногун (силсила/параллел) ҷойгир шудаанд ва дар асоси талабот андоза карда мешаванд. Онҳо ба инвертер пайваст карда шудаанд, ки барои табдил додани қувваи DC ба қувваи AC барои истифода истифода мешавад. Асистемаи идоракунии батарея (BMS)барои назорат кардани ҳолати батарея ва амалиёти пуркунӣ/баровардан истифода мешавад.

Дар муқоиса бо дигар системаҳои нигоҳдории энергия, онҳо махсусан барои ҷойгир кардан/пайваст кардан чандир мебошанд ва инфрасохтори хеле гаронарзишро талаб намекунанд, аммо онҳо ба ҳар ҳол бо арзиши назаррас меоянд ва вобаста ба истифода нигоҳдории мунтазами бештарро талаб мекунанд.

Андоза ва одатҳои истифодаи BESS

Як нуктаи муҳиме, ки бояд ҳангоми насби системаи нигоҳдории энергияи батарея ҳал карда шавад, андозаи он аст. Чанд батарея лозим аст? Дар кадом конфигуратсия? Дар баъзе мавридҳо, навъи батарея метавонад дар дарозмуддат аз ҷиҳати сарфаи хароҷот ва самаранокӣ нақши ҳалкунанда бозад

Ин дар як маврид анҷом дода мешавад, зеро барномаҳо метавонанд аз хонаводаҳои хурд то корхонаҳои бузурги саноатӣ бошанд.

Манбаи маъмултарини барқароршавандаи энергия барои хонаводаҳои хурд, махсусан дар шаҳрҳо, офтобӣ бо истифода аз панелҳои фотоэлектрикӣ мебошад. Муҳандис дар маҷмӯъ истеъмоли миёнаи нерӯи хонаводаро ба назар гирифта, нури офтобро дар тӯли сол барои макони мушаххас ҳисоб мекунад. Миқдори батареяҳо ва конфигуратсияи шабакаи онҳо барои мувофиқ кардани талаботи хонавода дар давраи пасттарин таъминоти нерӯи офтобӣ дар ҳоле интихоб карда мешавад, ки батареяҳо пурра холӣ намешаванд. Ин дар назар аст, ки ҳалли пурраи истиқлолияти нерӯ аз шабакаи асосӣ дошта бошад.

Нигоҳ доштани ҳолати нисбатан мӯътадили барқ ё пурра холӣ накардани батареяҳо чизест, ки дар аввал интуитивӣ буда метавонад. Дар ниҳоят, чаро системаи нигоҳдорӣ истифода баред, агар мо онро пурра истихроҷ карда натавонем? Дар назария ин имконпазир аст, аммо ин стратегияест, ки фоидаи сармоягузориро ба ҳадди аксар мерасонад.

Яке аз камбудиҳои асосии BESS нисбатан баланд будани арзиши батареяҳо мебошад. Аз ин рӯ, интихоби одати истифода ё стратегияи пур кардан/баровардан, ки мӯҳлати хизмати батареяро ба ҳадди аксар мерасонад, муҳим аст. Масалан, батареяҳои кислотаи сурб бе зарари бебозгашт аз 50% иқтидор холӣ карда намешаванд. Батареяҳои литий-ион зичии баландтари энергия ва мӯҳлати тӯлонӣ доранд. Онҳо инчунин метавонанд бо истифода аз диапазонҳои калонтар холӣ карда шаванд, аммо ин бо нархи баландтар меояд. Дар арзиши байни химияҳои гуногун фарқияти зиёд вуҷуд дорад, батареяҳои кислотаи сурб метавонанд аз як батареяи литий-ионии як андоза аз садҳо то ҳазорҳо доллар арзонтар бошанд. Ин аст, ки чаро батареяҳои кислотаи сурб бештар дар барномаҳои офтобӣ дар кишварҳои ҷаҳони 3-юм ва ҷомеаҳои камбизоат истифода мешаванд.

Фаъолияти батарея аз таназзул дар тӯли мӯҳлати истифодааш сахт таъсир мерасонад, он кори устуворе надорад, ки бо нокомии ногаҳонӣ анҷом меёбад. Ба ҷои ин, иқтидор ва таъминшуда метавонад тадриҷан паст шавад. Дар амал, мӯҳлати хизмати батарея вақте тамом шудааст, ки иқтидори он ба 80% иқтидори аслии худ мерасад. Ба ибораи дигар, вақте ки он 20% пастшавии иқтидорро эҳсос мекунад. Дар амал, ин маънои онро дорад, ки миқдори камтари энергияро таъмин кардан мумкин аст. Ин метавонад ба давраҳои истифодабарии системаҳои комилан мустақил ва миқдори масофаи як EV метавонад таъсир расонад.

Нуктаи дигаре, ки бояд ба назар гирифта шавад, бехатарӣ аст. Бо пешрафти истеҳсолот ва технология, батареяҳои нав дар маҷмӯъ аз ҷиҳати кимиёвӣ устувортар буданд. Аммо аз сабаби таназзул ва таърихи сӯиистифода, ҳуҷайраҳо метавонанд ба гурези гармӣ ворид шаванд, ки метавонад ба натиҷаҳои фалокатовар оварда расонад ва дар баъзе ҳолатҳо ҳаёти истеъмолкунандагонро зери хатар гузорад.

Аз ин рӯ, ширкатҳо нармафзори беҳтари мониторинги батареяро (BMS) таҳия кардаанд, ки истифодаи батареяро назорат кунанд ва инчунин ҳолати саломатиро назорат кунанд, то нигоҳубини саривақтӣ ва пешгирӣ кардани оқибатҳои вазнинкунандаро пешгирӣ кунанд.

Хулоса

Аз системаҳои нигоҳдории энергия барои ба даст овардани истиқлолияти нерӯи барқ аз шабакаи асосӣ имкони бузург фароҳам меоранд, аммо инчунин манбаи захиравии нерӯро дар вақти бекорӣ ва давраи сарбории баланд таъмин мекунанд. Дар он ҷо рушд ба гузариш ба манбаъҳои сабзтари энергия мусоидат мекунад ва ба ин васила таъсири тавлиди энергияро ба тағирёбии иқлим маҳдуд мекунад ва ҳамзамон ба талаботи энергия бо афзоиши доимии истеъмол қонеъ мегардад.

Системаҳои нигоҳдории энергияи батарея маъмултарин ва осонтарин конфигуратсия барои барномаҳои гуногуни ҳаррӯза мебошанд. Ба чандирии баланди онҳо арзиши нисбатан гарон муқовимат мекунад, ки боиси таҳияи стратегияҳои мониторинг барои то ҳадди имкон дароз кардани мӯҳлати мувофиқ мегардад. Дар айни замон, саноат ва академия барои таҳқиқ ва фаҳмидани таназзули батарея дар шароити гуногун кӯшишҳои зиёд сарф мекунанд.