Як зберігати електроенергію з мережі?

За останні 50 років спостерігається постійне збільшення світового споживання електроенергії, за оцінками, в 2021 році було близько 25 300 терават-годин. З переходом до промисловості 4.0 збільшується потреби в енергії в усьому світі. Ці цифри щороку збільшуються, не включаючи потреби в владі промислового та інших економічних секторів. Цей промисловий зсув та потужність потужності поєднуються з більш відчутними ефектами зміни клімату через надмірні викиди парникових газів. В даний час більшість заводів та об'єктів виробництва електроенергії значною мірою покладаються на джерела викопного палива (нафта та газ) для задоволення таких вимог. Ці кліматичні проблеми забороняють додаткове виробництво енергії за допомогою звичайних методів. Таким чином, розвиток ефективних та надійних систем зберігання енергії стає все більш важливим для забезпечення постійного та надійного постачання енергії з відновлюваних джерел.

Енергетичний сектор відповів, переходячи до поновлюваної енергії або "зелених" рішень. Перехід допомогло вдосконаленими методами виготовлення, що призводить, наприклад, до більш ефективного виготовлення лопатей вітрогенераторів. Також дослідникам вдалося підвищити ефективність фотоелектричних клітин, що призводить до кращого виробництва енергії за областю використання. У 2021 році виробництво електроенергії з сонячних фотоелектричних (ПВ) джерел значно збільшилось, досягнувши рекордних 179 TWH і становить зростання на 22% порівняно з 2020 року. Сонячна технологія PV тепер припадає на 3,6% глобальної виробництва електроенергії і в даний час є третьою за величиною відновлюваною мовою Джерело енергії після гідроенергетики та вітру.

Однак ці прориви не вирішують деяких притаманних недоліків систем відновлюваної енергії, головним чином наявності. Більшість цих методів не виробляють енергію на вимогу як вугільні та нафтові електростанції. Виходи сонячної енергії, наприклад, доступні протягом дня з варіаціями залежно від кутів опромінення сонця та позиціонування панелі PV. Він не може виробляти енергію протягом ночі, тоді як його вихід значно зменшується в зимовий сезон і в дуже похмурі дні. Вітрова потужність також страждає від коливань залежно від швидкості вітру. Тому ці рішення повинні поєднуватися з системами зберігання енергії з метою підтримки енергопостачання протягом низьких вихідних періодів.

Що таке системи зберігання енергії?

Системи зберігання енергії можуть зберігати енергію, щоб використовуватись на більш пізньому етапі. У деяких випадках буде форма перетворення енергії між збереженою енергією та забезпечував енергію. Найпоширенішим прикладом є електричні батареї, такі як літій-іонні батареї або свинцеві акумулятори. Вони забезпечують електричну енергію шляхом хімічних реакцій між електродами та електролітом.

Акумулятори, або BESS (система зберігання енергії акумулятора), представляють найпоширеніший метод зберігання енергії, що використовується в програмах повсякденного життя. Існує інша система зберігання, такі як гідроенергетичні установи, які перетворюють потенційну енергію води, що зберігається в греблі, в електричну енергію. Вода, що падає вниз, поверне маховик турбіни, яка виробляє електричну енергію. Інший приклад - стислий газ, після вивільнення газу поверне колесо потужності, що виробляє турбіну.

Що відокремлює батареї від інших методів зберігання - це їх потенційні області роботи. Від невеликих пристроїв та автомобільного джерела живлення до домашніх додатків та великих сонячних ферм, батареї можуть бути безперешкодно інтегровані в будь-яку програму для зберігання без мережі. З іншого боку, методи гідроенергетики та стисненого повітря потребують дуже великих та складних інфраструктур для зберігання. Це призводить до дуже високих витрат, які вимагають дуже великих додатків, щоб це було виправдано.

Використовуйте випадки для систем зберігання поза мережею.

Як уже згадувалося раніше, системи зберігання поза мережею можуть полегшити використання та залежність від методів відновлюваної енергії, таких як сонячна та вітрова енергія. Тим не менш, є й інші програми, які можуть отримати велику користь від таких систем

Міські енергетичні мережі мають на меті забезпечити потрібну кількість електроенергії на основі пропозиції та пропозиції кожного міста. Потрібна потужність може коливатися протягом дня. Системи зберігання поза мережею використовувались для послаблення коливань та забезпечення більшої стабільності у випадках пікового попиту. З іншого боку, системи зберігання сітки можуть бути дуже корисними для компенсації будь-якої непередбаченої технічної несправності в основній електромережі або в заплановані періоди технічного обслуговування. Вони можуть відповідати вимогам електроенергії, не шукаючи альтернативних джерел енергії. Можна цитувати, наприклад, Техаську крижану бурі на початку лютого 2023 року, який залишив приблизно 262 000 людей без влади, тоді як ремонт затримався через складні погодні умови.

Електричні транспортні засоби - це ще одне застосування. Дослідники налили багато зусиль для оптимізації стратегій виготовлення акумуляторів та зарядки/розряду з метою тривалістю життя та щільності живлення акумуляторів. Літій-іонні батареї були на передньому плані цієї невеликої революції і широко використовувались у нових електромобілях, а також електричних автобусах. Кращі батареї в цьому випадку можуть призвести до більшого пробігу, але також скорочують час зарядки з правильними технологіями.

Інші технологічні прогреси люблять БПЛА та мобільні роботи, значно отримали користь від розвитку акумулятора. Існують стратегії руху та стратегії контролю, що значною мірою покладаються на надану ємність акумулятора та потужність.

Що таке Бесс

Система зберігання енергії BESS або акумулятора - це система зберігання енергії, яка може бути використана для зберігання енергії. Ця енергія може надходити з основної мережі або від відновлюваних джерел енергії, таких як енергія вітру та сонячна енергія. Він складається з декількох батарей, розташованих у різних конфігураціях (серії/паралельні) та розміром на основі вимог. Вони підключені до інвертора, який використовується для перетворення потужності постійного струму в потужність змінного струму для використання.Система управління акумуляторами (BMS)використовується для моніторингу умов акумулятора та операції зарядки/розряду.

Порівняно з іншими системами зберігання енергії, вони особливо гнучкі для розміщення/підключення та не потребують дуже дорогої інфраструктури, але вони все ще приходять за значну вартість і потребують більш регулярного обслуговування на основі використання.

Звички розміру та використання Bess

Найважливішим моментом для вирішення під час встановлення системи зберігання енергії акумулятора є розміщення. Скільки акумуляторів потрібно? У якій конфігурації? У деяких випадках тип акумулятора може відігравати вирішальну роль у довгостроковій перспективі з точки зору економії та ефективності витрат

Це робиться в кожному конкретному випадку, оскільки додатки можуть варіюватися від невеликих домогосподарств до великих промислових заводів.

Найпоширенішим джерелом відновлюваної енергії для малих домогосподарств, особливо в міських районах, є сонячне батарея, що використовує фотоелектричні панелі. Інженер взагалі розгляне середнє споживання енергії домогосподарства та оцінює сонячне опромінення протягом року для конкретного місця. Кількість акумуляторів та їх конфігурації сітки вибираються, щоб відповідати вимогам домогосподарств під час найнижчого сонячного джерела живлення року, одночасно не повністю витягуючи батареї. Це передбачає рішення щодо повної незалежності потужності від основної мережі.

Зберігання відносно помірного стану заряду або не повністю розряджається на батареї - це те, що спочатку може бути протилежним інтуїтивним. Зрештою, навіщо використовувати систему зберігання, якщо ми не можемо отримати її повний потенціал? Теоретично це можливо, але це може бути не стратегія, яка максимально збільшує рентабельність інвестицій.

Однією з головних недоліків BESS є відносно висока вартість акумуляторів. Тому вибір звички використання або стратегії зарядки/розряду, яка максимально збільшує термін експлуатації акумулятора. Наприклад, свинцеві кислотні батареї не можуть бути виписані нижче 50% ємності, не страждаючи від незворотних пошкоджень. Літій-іонні акумулятори мають більш високу щільність енергії, тривалий термін експлуатації циклу. Вони також можуть бути виписані за допомогою більших діапазонів, але це коштує збільшення ціни. Існує велика дисперсія вартості між різними хімічними речовинами, свинцеві кислотні акумулятори можуть становити сотні до тисяч доларів дешевше, ніж літій-іонний акумулятор однакового розміру. Ось чому свинцеві кислотні батареї найбільше використовуються в сонячних додатках у країнах 3 -го світу та бідних громадах.

На продуктивність акумулятора сильно впливає деградація протягом його тривалості, вона не має постійної продуктивності, яка закінчується раптовою відмовою. Натомість ємність та надані можуть поступово згасати. На практиці вважається, що тривалість життя акумулятора закінчилася, коли його ємність досягає 80% від початкової ємності. Іншими словами, коли він відчуває 20% ємності. На практиці це означає, що може бути забезпечена менша кількість енергії. Це може вплинути на періоди використання для повністю незалежних систем та кількість пробігу, який може охоплювати EV.

Ще один момент, який слід врахувати, - це безпека. Завдяки прогресу у виробництві та технологіях, останні батареї загалом стали стабільнішими. Однак через історію деградації та зловживань клітини можуть перейти в тепловий втік, що може призвести до катастрофічних результатів, а в деяких випадках піддає небезпеці життя споживачів.

Ось чому компанії розробили кращі програмне забезпечення для моніторингу акумуляторів (BMS) для управління використанням акумулятора, але також контролювати стан здоров'я, щоб забезпечити своєчасне обслуговування та уникнути посилених наслідків.

Висновок

Системи зберігання сітки та енергії дають чудову можливість досягти незалежності потужності від основної сітки, але також забезпечити резервне джерело потужності протягом наступних та пікових періодів навантаження. Розвиток сприятиме зміщенню до зелених джерел енергії, тим самим обмежуючи вплив вироблення енергії на зміни клімату, все ще відповідаючи енергетичним потребам з постійним зростанням споживання.

Системи зберігання енергії акумулятора - це найбільш часто використовувані та найпростіші для налаштування для різних повсякденних додатків. Їх високу гнучкість протидіє відносно високій вартості, що призводить до розробки стратегій моніторингу для максимально продовження відповідного тривалості життя. В даний час промисловість та академії виливають багато зусиль для дослідження та розуміння деградації акумуляторів у різних умовах.