Paano mag-imbak ng kuryente sa grid?

Sa nakalipas na 50 taon, nagkaroon ng tuluy-tuloy na pagtaas sa pandaigdigang konsumo ng kuryente, na may tinatayang paggamit na humigit-kumulang 25,300 terawatt-hours sa taong 2021. Sa paglipat patungo sa industriya 4.0, mayroong pagtaas ng pangangailangan sa enerhiya sa buong mundo. Ang mga bilang na ito ay tumataas bawat taon, hindi kasama ang mga kinakailangan sa kapangyarihan ng industriyal at iba pang sektor ng ekonomiya. Ang pagbabagong pang-industriya na ito at pagkonsumo ng mataas na kuryente ay kaakibat ng mas nakikitang epekto sa pagbabago ng klima dahil sa labis na paglabas ng mga greenhouse gas. Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga planta at pasilidad sa pagbuo ng kuryente ay lubos na umaasa sa mga mapagkukunan ng fossil fuel (langis at gas) upang matugunan ang mga naturang pangangailangan. Ang mga alalahaning ito sa klima ay nagbabawal ng karagdagang pagbuo ng enerhiya gamit ang mga kumbensyonal na pamamaraan. Kaya, ang pagbuo ng mahusay at maaasahang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ay naging lalong mahalaga upang matiyak ang tuloy-tuloy at maaasahang supply ng enerhiya mula sa mga nababagong mapagkukunan.

Ang sektor ng enerhiya ay tumugon sa pamamagitan ng paglipat patungo sa nababagong enerhiya o "berde" na mga solusyon. Ang paglipat ay nakatulong sa pamamagitan ng pinahusay na mga diskarte sa pagmamanupaktura, na humahantong halimbawa sa mas mahusay na paggawa ng mga wind turbine blades. Gayundin, napabuti ng mga mananaliksik ang kahusayan ng mga photovoltaic cell, na humahantong sa mas mahusay na pagbuo ng enerhiya sa bawat lugar ng paggamit. Noong 2021, ang pagbuo ng kuryente mula sa mga pinagmumulan ng solar photovoltaic (PV) ay tumaas nang malaki, na umabot sa isang record na 179 TWh at kumakatawan sa isang paglago ng 22% kumpara noong 2020. Ang teknolohiya ng solar PV ay ngayon ay bumubuo ng 3.6% ng pandaigdigang pagbuo ng kuryente at kasalukuyang ang ikatlong pinakamalaking renewable mapagkukunan ng enerhiya pagkatapos ng hydropower at hangin.

Gayunpaman, ang mga pambihirang tagumpay na ito ay hindi nilulutas ang ilan sa mga likas na disbentaha ng mga nababagong sistema ng enerhiya, pangunahin ang pagkakaroon. Karamihan sa mga pamamaraang ito ay hindi gumagawa ng enerhiya kapag hinihingi bilang mga planta ng kuryente sa karbon at langis. Halimbawa, ang mga output ng solar energy ay magagamit sa buong araw na may mga pagkakaiba-iba depende sa mga anggulo ng pag-iilaw ng araw at pagpoposisyon ng panel ng PV. Hindi ito makakapagdulot ng anumang enerhiya sa gabi habang ang output nito ay makabuluhang nababawasan sa panahon ng taglamig at sa napakaulap na araw. Ang lakas ng hangin ay naghihirap din mula sa pagbabagu-bago depende sa bilis ng hangin. Samakatuwid, ang mga solusyon na ito ay kailangang isama sa mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya upang mapanatili ang supply ng enerhiya sa mga panahon ng mababang output.

Ano ang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya?

Ang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ay maaaring mag-imbak ng enerhiya upang magamit sa susunod na yugto. Sa ilang mga kaso, magkakaroon ng isang paraan ng conversion ng enerhiya sa pagitan ng naka-imbak na enerhiya at ibinigay na enerhiya. Ang pinakakaraniwang halimbawa ay ang mga de-kuryenteng baterya tulad ng mga baterya ng lithium-ion o mga baterya ng lead-acid. Nagbibigay sila ng kuryente sa pamamagitan ng mga reaksiyong kemikal sa pagitan ng mga electrodes at electrolyte.

Ang mga baterya, o BESS (sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ng baterya), ay kumakatawan sa pinakakaraniwang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya na ginagamit sa mga pang-araw-araw na aplikasyon sa buhay. Ang iba pang sistema ng imbakan ay umiiral tulad ng mga hydropower plant na nagko-convert ng potensyal na enerhiya ng tubig na nakaimbak sa isang dam sa electric energy. Ang tubig na bumabagsak ay magpapaikot sa flywheel ng isang turbine na gumagawa ng electric energy. Ang isa pang halimbawa ay ang compressed gas, sa paglabas ng gas ay paikutin ang gulong ng turbine na gumagawa ng kapangyarihan.

Ang naghihiwalay sa mga baterya mula sa iba pang mga paraan ng pag-iimbak ay ang kanilang mga potensyal na lugar ng pagpapatakbo. Mula sa maliliit na device at supply ng kuryente ng sasakyan hanggang sa mga aplikasyon sa sambahayan at malalaking solar farm, ang mga baterya ay maaaring isama nang walang putol sa anumang off-grid na storage application. Sa kabilang banda, ang mga pamamaraan ng hydropower at compressed air ay nangangailangan ng napakalaki at kumplikadong mga imprastraktura para sa imbakan. Ito ay humahantong sa napakataas na gastos na nangangailangan ng napakalaking aplikasyon upang ito ay mabigyang-katwiran.

Gumamit ng mga case para sa mga off-grid na storage system.

Gaya ng nabanggit dati, ang mga off-grid na sistema ng imbakan ay maaaring mapadali ang paggamit at pag-asa sa mga paraan ng nababagong enerhiya tulad ng solar at wind power. Gayunpaman, may iba pang mga application na maaaring makinabang nang malaki mula sa mga naturang sistema

Layunin ng mga city power grid na magbigay ng tamang dami ng kuryente batay sa supply at demand ng bawat lungsod. Ang kinakailangang kapangyarihan ay maaaring magbago sa buong araw. Ang mga off-grid na storage system ay ginamit upang mabawasan ang mga pagbabagu-bago at magbigay ng higit na katatagan sa mga kaso ng peak demand. Mula sa ibang pananaw, ang mga off-the grid storage system ay maaaring maging lubhang kapaki-pakinabang upang mabayaran ang anumang hindi inaasahang teknikal na pagkakamali sa pangunahing grid ng kuryente o sa mga naka-iskedyul na panahon ng pagpapanatili. Maaari nilang matugunan ang mga kinakailangan sa kuryente nang hindi kinakailangang maghanap ng mga alternatibong mapagkukunan ng enerhiya. Maaaring banggitin ng isa halimbawa ang Texas ice storm noong unang bahagi ng Pebrero 2023 na nag-iwan ng humigit-kumulang 262,000 katao na walang kuryente, habang ang mga pagkukumpuni ay naantala dahil sa mahirap na kondisyon ng panahon.

Ang mga de-kuryenteng sasakyan ay isa pang aplikasyon. Ang mga mananaliksik ay nagbuhos ng maraming pagsisikap upang i-optimize ang paggawa ng baterya at mga diskarte sa pag-charge/pagdiskarga upang palawakin ang habang-buhay at densidad ng kapangyarihan ng mga baterya. Ang mga bateryang Lithium-ion ay nangunguna sa maliit na rebolusyong ito at malawakang ginagamit sa mga bagong de-koryenteng sasakyan kundi pati na rin sa mga de-koryenteng bus. Ang mas mahusay na mga baterya sa kasong ito ay maaaring humantong sa isang mas malaking mileage ngunit nabawasan din ang mga oras ng pag-charge gamit ang mga tamang teknolohiya.

Ang iba pang pagsulong sa teknolohiya tulad ng mga UAV at mga mobile robot ay lubos na nakinabang sa pagbuo ng baterya. Ang mga diskarte sa paggalaw at mga diskarte sa pagkontrol ay lubos na umaasa sa kapasidad ng baterya at kapangyarihan na ibinigay.

Ano ang BESS

Ang BESS o battery energy storage system ay isang energy storage system na maaaring gamitin para mag-imbak ng enerhiya. Ang enerhiya na ito ay maaaring magmula sa pangunahing grid o mula sa renewable energy sources tulad ng wind energy at solar energy. Binubuo ito ng maraming baterya na nakaayos sa iba't ibang configuration (serye/parallel) at laki batay sa mga kinakailangan. Ang mga ito ay konektado sa isang inverter na ginagamit upang i-convert ang DC power sa AC power para sa paggamit. Asistema ng pamamahala ng baterya (BMS)ay ginagamit upang subaybayan ang mga kondisyon ng baterya at ang pagpapatakbo ng pag-charge/pagdiskarga.

Kung ikukumpara sa iba pang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya, ang mga ito ay partikular na nababaluktot upang ilagay/kunekta at hindi nangangailangan ng napakamahal na imprastraktura, ngunit mayroon pa rin silang malaking halaga at nangangailangan ng mas regular na pagpapanatili batay sa paggamit.

BESS sizing at mga gawi sa paggamit

Ang isang mahalagang punto na dapat harapin kapag nag-i-install ng isang sistema ng imbakan ng enerhiya ng baterya ay ang pagpapalaki. Ilang baterya ang kailangan? Sa anong configuration? Sa ilang mga kaso, ang uri ng baterya ay maaaring gumanap ng isang mahalagang papel sa mahabang panahon sa mga tuntunin ng pagtitipid sa gastos at kahusayan

Ginagawa ito sa isang case-by-case na batayan dahil ang mga aplikasyon ay maaaring mula sa maliliit na sambahayan hanggang sa malalaking pang-industriyang planta.

Ang pinakakaraniwang renewable energy source para sa maliliit na sambahayan, lalo na sa mga urban na lugar, ay solar gamit ang mga photovoltaic panel. Sa pangkalahatan, isasaalang-alang ng inhinyero ang average na pagkonsumo ng kuryente ng sambahayan at sinusuri ang solar irradiance sa buong taon para sa partikular na lokasyon. Ang bilang ng mga baterya at ang kanilang grid configuration ay pinili upang tumugma sa mga pangangailangan ng sambahayan sa panahon ng pinakamababang solar power supply ng taon habang hindi ganap na nauubos ang mga baterya. Ito ay ipinapalagay na isang solusyon upang magkaroon ng kumpletong kalayaan sa kapangyarihan mula sa pangunahing grid.

Ang pagpapanatiling medyo katamtaman ang estado ng singil o hindi ganap na pag-discharge ng mga baterya ay isang bagay na maaaring hindi intuitive sa simula. Pagkatapos ng lahat, bakit gagamit ng isang sistema ng imbakan kung hindi natin ito makukuha ng buong potensyal? Sa teorya, posible ito, ngunit maaaring hindi ito ang diskarte na nagpapalaki sa return on investment.

Ang isa sa mga pangunahing kawalan ng BESS ay ang medyo mataas na halaga ng mga baterya. Samakatuwid, mahalaga ang pagpili ng ugali sa paggamit o diskarte sa pag-charge/pagdiskarga na nagpapalaki sa tagal ng buhay ng baterya. Halimbawa, ang mga lead acid na baterya ay hindi maaaring ma-discharge nang mas mababa sa 50% na kapasidad nang hindi dumaranas ng hindi maibabalik na pinsala. Ang mga baterya ng Lithium-ion ay may mas mataas na density ng enerhiya, mahabang cycle ng buhay. Maaari din silang i-discharge gamit ang mas malalaking hanay, ngunit ito ay may halaga ng tumaas na presyo. Mayroong mataas na pagkakaiba-iba sa gastos sa pagitan ng iba't ibang chemistries, ang lead acid na baterya ay maaaring daan-daang hanggang libu-libong dolyar na mas mura kaysa sa lithium-ion na baterya na may parehong laki. Ito ang dahilan kung bakit ang mga lead acid na baterya ay ang pinaka ginagamit sa mga solar application sa 3rd world na mga bansa at mahihirap na komunidad.

Ang pagganap ng baterya ay labis na naaapektuhan ng pagkasira sa panahon nito, wala itong matatag na pagganap na nagtatapos sa biglaang pagkabigo. Sa halip, ang kapasidad at ibinigay ay maaaring unti-unting mawala. Sa pagsasagawa, ang tagal ng baterya ay itinuturing na naubusan kapag ang kapasidad nito ay umabot sa 80% ng orihinal na kapasidad nito. Sa madaling salita, kapag nakaranas ito ng 20% capacity fade. Sa pagsasagawa, nangangahulugan ito ng mas mababang halaga ng enerhiya na maaaring ibigay. Maaari itong makaapekto sa mga panahon ng paggamit para sa ganap na independiyenteng mga system at ang halaga ng mileage na maaaring saklawin ng isang EV.

Ang isa pang punto na dapat isaalang-alang ay ang kaligtasan. Sa mga pagsulong sa pagmamanupaktura at teknolohiya, ang mga kamakailang baterya ay sa pangkalahatan ay naging mas matatag sa kemikal. Gayunpaman dahil sa kasaysayan ng pagkasira at pang-aabuso, ang mga cell ay maaaring pumunta sa thermal runaway na maaaring humantong sa mga sakuna na resulta at sa ilang mga kaso ay naglalagay sa buhay ng mga mamimili sa panganib.

Ito ang dahilan kung bakit nakabuo ang mga kumpanya ng mas mahusay na software sa pagsubaybay sa baterya (BMS) upang kontrolin ang paggamit ng baterya ngunit subaybayan din ang estado ng kalusugan upang makapagbigay ng napapanahong pagpapanatili at maiwasan ang mga pinalala na kahihinatnan.

Konklusyon

Sa mga grid-energy storage system ay nagbibigay ng magandang pagkakataon upang makamit ang power independence mula sa pangunahing grid ngunit nagbibigay din ng backup na pinagmumulan ng kuryente sa mga downtime at peak load period. Ang pag-unlad doon ay magpapadali sa paglipat patungo sa mas berdeng mga mapagkukunan ng enerhiya, kaya nililimitahan ang epekto ng pagbuo ng enerhiya sa pagbabago ng klima habang natutugunan pa rin ang mga kinakailangan sa enerhiya na may patuloy na paglaki sa pagkonsumo.

Ang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ng baterya ay ang pinakakaraniwang ginagamit at ang pinakamadaling i-configure para sa iba't ibang pang-araw-araw na aplikasyon. Ang kanilang mataas na kakayahang umangkop ay sinasalungat ng medyo mataas na gastos, na humahantong sa pagbuo ng mga diskarte sa pagsubaybay upang pahabain ang kani-kanilang habang-buhay hangga't maaari. Sa kasalukuyan, ang industriya at akademya ay nagbuhos ng maraming pagsisikap upang siyasatin at maunawaan ang pagkasira ng baterya sa ilalim ng iba't ibang kundisyon.