گزشتہ 50 سالوں میں، عالمی بجلی کی کھپت میں مسلسل اضافہ ہوا ہے، جس کا تخمینہ 25,300 ٹیرا واٹ گھنٹے سال 2021 میں ہوا ہے۔ صنعت 4.0 کی طرف منتقلی کے ساتھ، پوری دنیا میں توانائی کی طلب میں اضافہ ہوا ہے۔ یہ تعداد ہر سال بڑھ رہی ہے، جس میں صنعتی اور دیگر اقتصادی شعبوں کی بجلی کی ضروریات شامل نہیں ہیں۔ یہ صنعتی تبدیلی اور زیادہ بجلی کی کھپت گرین ہاؤس گیسوں کے بہت زیادہ اخراج کی وجہ سے زیادہ ٹھوس موسمیاتی تبدیلی کے اثرات کے ساتھ مل کر ہے۔ فی الحال، زیادہ تر پاور جنریشن پلانٹس اور سہولیات اس طرح کے مطالبات کو پورا کرنے کے لیے فوسل فیول کے ذرائع (تیل اور گیس) پر بہت زیادہ انحصار کرتے ہیں۔ یہ آب و ہوا کے خدشات روایتی طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے اضافی توانائی پیدا کرنے سے منع کرتے ہیں۔ اس طرح، قابل تجدید ذرائع سے توانائی کی مسلسل اور قابل اعتماد فراہمی کو یقینی بنانے کے لیے موثر اور قابل اعتماد توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کی ترقی تیزی سے اہم ہو گئی ہے۔

توانائی کے شعبے نے قابل تجدید توانائی یا "سبز" حل کی طرف بڑھتے ہوئے جواب دیا ہے۔ منتقلی میں بہتر مینوفیکچرنگ تکنیکوں سے مدد ملی ہے، جس کی وجہ سے مثال کے طور پر ونڈ ٹربائن بلیڈز کی زیادہ موثر مینوفیکچرنگ ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، محققین فوٹو وولٹک خلیوں کی کارکردگی کو بہتر بنانے میں کامیاب رہے ہیں، جس کے نتیجے میں فی استعمال کے علاقے میں بہتر توانائی پیدا ہوتی ہے۔ 2021 میں، شمسی فوٹو وولٹک (PV) ذرائع سے بجلی کی پیداوار میں نمایاں اضافہ ہوا، جو ریکارڈ 179 TWh تک پہنچ گیا اور 2020 کے مقابلے میں 22% کی نمو کی نمائندگی کرتا ہے۔ سولر پی وی ٹیکنالوجی اب عالمی بجلی کی پیداوار کا 3.6 فیصد ہے اور اس وقت تیسری بڑی قابل تجدید ہے۔ پن بجلی اور ہوا کے بعد توانائی کا ذریعہ۔

تاہم، یہ کامیابیاں قابل تجدید توانائی کے نظام کی کچھ موروثی خرابیوں کو حل نہیں کرتی ہیں، خاص طور پر دستیابی۔ ان میں سے زیادہ تر طریقے کوئلے اور تیل کے پاور پلانٹس کے طور پر طلب کے مطابق توانائی پیدا نہیں کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر شمسی توانائی کی پیداوار سورج کی شعاع ریزی کے زاویوں اور PV پینل کی پوزیشننگ پر منحصر مختلف حالتوں کے ساتھ دن بھر دستیاب ہوتی ہے۔ یہ رات کے وقت کوئی توانائی پیدا نہیں کر سکتا جبکہ سردیوں کے موسم میں اور بہت ابر آلود دنوں میں اس کی پیداوار میں نمایاں کمی واقع ہو جاتی ہے۔ ہوا کی رفتار کے لحاظ سے ہوا کی طاقت اتار چڑھاؤ سے بھی متاثر ہوتی ہے۔ لہذا، کم پیداواری ادوار کے دوران توانائی کی فراہمی کو برقرار رکھنے کے لیے ان حلوں کو توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کے ساتھ جوڑنے کی ضرورت ہے۔

توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کیا ہیں؟

توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام توانائی کو ذخیرہ کر سکتے ہیں تاکہ بعد کے مرحلے میں استعمال کیا جا سکے۔ کچھ معاملات میں، ذخیرہ شدہ توانائی اور فراہم کردہ توانائی کے درمیان توانائی کی تبدیلی کی ایک شکل ہوگی۔ سب سے عام مثال الیکٹرک بیٹریاں ہیں جیسے لیتھیم آئن بیٹریاں یا لیڈ ایسڈ بیٹریاں۔ وہ الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان کیمیائی رد عمل کے ذریعے برقی توانائی فراہم کرتے ہیں۔

بیٹریاں، یا BESS (بیٹری توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام)، روزمرہ کی زندگی کے استعمال میں استعمال ہونے والے توانائی کے ذخیرہ کرنے کے سب سے عام طریقہ کی نمائندگی کرتی ہیں۔ ذخیرہ کرنے کا دوسرا نظام موجود ہے جیسے ہائیڈرو پاور پلانٹس جو ڈیم میں ذخیرہ شدہ پانی کی ممکنہ توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں۔ نیچے گرنے والا پانی ٹربائن کے فلائی وہیل کو بدل دے گا جو برقی توانائی پیدا کرتی ہے۔ ایک اور مثال کمپریسڈ گیس ہے، جب گیس نکلتی ہے تو ٹربائن پیدا کرنے والی طاقت کے پہیے کو گھما دیتی ہے۔

جو چیز بیٹریوں کو ذخیرہ کرنے کے دوسرے طریقوں سے الگ کرتی ہے وہ ان کے کام کے ممکنہ علاقے ہیں۔ چھوٹے آلات اور آٹوموبائل پاور سپلائی سے لے کر گھریلو ایپلی کیشنز اور بڑے سولر فارمز تک، بیٹریوں کو بغیر کسی رکاوٹ کے کسی بھی آف گرڈ سٹوریج ایپلی کیشن میں ضم کیا جا سکتا ہے۔ دوسری طرف، ہائیڈرو پاور اور کمپریسڈ ہوا کے طریقوں کو ذخیرہ کرنے کے لیے بہت بڑے اور پیچیدہ بنیادی ڈھانچے کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ بہت زیادہ لاگت کا باعث بنتا ہے جس کے جواز کے لیے بہت بڑی ایپلی کیشنز کی ضرورت ہوتی ہے۔

آف گرڈ اسٹوریج سسٹم کے لیے کیسز استعمال کریں۔

جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، آف گرڈ اسٹوریج سسٹم قابل تجدید توانائی کے طریقوں جیسے شمسی اور ہوا کی طاقت کے استعمال اور انحصار کو آسان بنا سکتے ہیں۔ بہر حال، ایسی دوسری ایپلی کیشنز ہیں جو اس طرح کے سسٹمز سے بہت فائدہ اٹھا سکتی ہیں۔

سٹی پاور گرڈز کا مقصد ہر شہر کی طلب اور رسد کی بنیاد پر بجلی کی صحیح مقدار فراہم کرنا ہے۔ درکار طاقت دن بھر اتار چڑھاؤ کر سکتی ہے۔ آف گرڈ اسٹوریج سسٹم کو اتار چڑھاؤ کو کم کرنے اور زیادہ مانگ کے معاملات میں مزید استحکام فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ ایک مختلف نقطہ نظر سے، آف دی گرڈ اسٹوریج سسٹمز مین پاور گرڈ میں یا طے شدہ دیکھ بھال کے دورانیے میں کسی بھی غیر متوقع تکنیکی خرابی کی تلافی کے لیے انتہائی فائدہ مند ثابت ہو سکتے ہیں۔ وہ متبادل توانائی کے ذرائع تلاش کیے بغیر بجلی کی ضروریات پوری کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر فروری 2023 کے اوائل میں ٹیکساس کے برفانی طوفان کا حوالہ دیا جا سکتا ہے جس نے تقریباً 262 000 افراد کو بجلی سے محروم کر دیا، جب کہ مشکل موسمی حالات کی وجہ سے مرمت میں تاخیر ہوئی۔

الیکٹرک گاڑیاں ایک اور ایپلی کیشن ہیں۔ محققین نے بیٹری مینوفیکچرنگ اور چارجنگ/ڈسچارجنگ کی حکمت عملیوں کو بہتر بنانے کے لیے بہت زیادہ کوششیں کی ہیں تاکہ بیٹریوں کی عمر اور طاقت کی کثافت کو بڑھایا جا سکے۔ لیتھیم آئن بیٹریاں اس چھوٹے انقلاب میں سب سے آگے رہی ہیں اور نئی الیکٹرک کاروں بلکہ الیکٹرک بسوں میں بھی بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی رہی ہیں۔ اس معاملے میں بہتر بیٹریاں زیادہ مائلیج کا باعث بن سکتی ہیں لیکن صحیح ٹیکنالوجیز کے ساتھ چارجنگ کے اوقات کو بھی کم کر سکتی ہیں۔

دیگر تکنیکی ترقی جیسے UAVs اور موبائل روبوٹس نے بیٹری کی ترقی سے بہت فائدہ اٹھایا ہے۔ وہاں حرکت کی حکمت عملی اور کنٹرول کی حکمت عملی بیٹری کی صلاحیت اور فراہم کردہ طاقت پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہے۔

BESS کیا ہے؟

BESS یا بیٹری توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام ایک توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام ہے جو توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ توانائی مرکزی گرڈ سے یا قابل تجدید توانائی کے ذرائع جیسے ہوا کی توانائی اور شمسی توانائی سے آ سکتی ہے۔ یہ متعدد بیٹریوں پر مشتمل ہے جو مختلف کنفیگریشنز (سلسلہ/متوازی) میں ترتیب دی گئی ہیں اور ضروریات کی بنیاد پر سائز کی گئی ہیں۔ وہ ایک انورٹر سے جڑے ہوئے ہیں جو استعمال کے لیے DC پاور کو AC پاور میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS) کا استعمال بیٹری کے حالات اور چارجنگ/ڈسچارجنگ آپریشن کی نگرانی کے لیے کیا جاتا ہے۔

توانائی کے ذخیرہ کرنے کے دیگر نظاموں کے مقابلے میں، وہ جگہ/کنیکٹ کرنے کے لیے خاص طور پر لچکدار ہوتے ہیں اور ان کے لیے انتہائی مہنگے انفراسٹرکچر کی ضرورت نہیں ہوتی، لیکن وہ پھر بھی کافی لاگت پر آتے ہیں اور استعمال کی بنیاد پر زیادہ باقاعدہ دیکھ بھال کی ضرورت ہوتی ہے۔

BESS سائز اور استعمال کی عادات

بیٹری انرجی سٹوریج سسٹم کو انسٹال کرتے وقت نمٹنے کے لیے ایک اہم نکتہ سائز کرنا ہے۔ کتنی بیٹریوں کی ضرورت ہے؟ کس ترتیب میں؟ کچھ معاملات میں، بیٹری کی قسم لاگت کی بچت اور کارکردگی کے لحاظ سے طویل مدت میں اہم کردار ادا کر سکتی ہے۔

یہ ہر معاملے کی بنیاد پر کیا جاتا ہے کیونکہ درخواستیں چھوٹے گھرانوں سے لے کر بڑے صنعتی پلانٹس تک ہو سکتی ہیں۔

چھوٹے گھرانوں کے لیے قابل تجدید توانائی کا سب سے عام ذریعہ، خاص طور پر شہری علاقوں میں، فوٹو وولٹک پینلز کا استعمال کرتے ہوئے شمسی توانائی ہے۔ انجینئر عام طور پر گھر کی بجلی کی اوسط کھپت پر غور کرے گا اور مخصوص جگہ کے لیے سال بھر کے شمسی شعاعوں کا اندازہ لگائے گا۔ بیٹریوں کی تعداد اور ان کے گرڈ کی ترتیب کو سال کی سب سے کم شمسی توانائی کی فراہمی کے دوران گھریلو تقاضوں کو پورا کرنے کے لیے منتخب کیا جاتا ہے جبکہ بیٹریاں مکمل طور پر ختم نہیں ہوتی ہیں۔ یہ مین گرڈ سے بجلی کی مکمل آزادی حاصل کرنے کا حل مان رہا ہے۔

چارج کی نسبتاً اعتدال پسند حالت میں رکھنا یا بیٹریوں کو مکمل طور پر ڈسچارج نہ کرنا ایک ایسی چیز ہے جو پہلے تو غیر محسوس ہو سکتی ہے۔ بہر حال، اگر ہم اسے پوری صلاحیت سے نہیں نکال سکتے تو اسٹوریج سسٹم کیوں استعمال کریں؟ نظریہ میں یہ ممکن ہے، لیکن یہ وہ حکمت عملی نہیں ہو سکتی جو سرمایہ کاری پر زیادہ سے زیادہ منافع حاصل کرے۔

BESS کے اہم نقصانات میں سے ایک بیٹریوں کی نسبتاً زیادہ قیمت ہے۔ اس لیے، استعمال کی عادت یا چارجنگ/ڈسچارج کی حکمت عملی کا انتخاب کرنا جو بیٹری کی عمر کو زیادہ سے زیادہ بنائے۔ مثال کے طور پر، لیڈ ایسڈ بیٹریاں ناقابل واپسی نقصان میں مبتلا ہوئے بغیر 50% صلاحیت سے کم خارج نہیں ہو سکتیں۔ لتیم آئن بیٹریوں میں توانائی کی کثافت زیادہ ہوتی ہے، طویل سائیکل کی زندگی ہوتی ہے۔ انہیں بڑی رینجز کا استعمال کرتے ہوئے بھی ڈسچارج کیا جا سکتا ہے، لیکن یہ بڑھتی ہوئی قیمت کی قیمت پر آتا ہے۔ مختلف کیمسٹریوں کے درمیان لاگت میں بہت زیادہ فرق ہے، لیڈ ایسڈ بیٹریاں ایک ہی سائز کی لیتھیم آئن بیٹری سے سینکڑوں سے ہزاروں ڈالر سستی ہو سکتی ہیں۔ یہی وجہ ہے کہ تیسری دنیا کے ممالک اور غریب کمیونٹیز میں لیڈ ایسڈ بیٹریاں سولر ایپلی کیشنز میں سب سے زیادہ استعمال ہوتی ہیں۔

بیٹری کی کارکردگی اپنی عمر کے دوران انحطاط سے بہت زیادہ متاثر ہوتی ہے، اس کی مستقل کارکردگی نہیں ہوتی جو اچانک ناکامی پر ختم ہوتی ہے۔ اس کے بجائے، صلاحیت اور فراہم کردہ بتدریج ختم ہو سکتے ہیں۔ عملی طور پر، بیٹری کی عمر اس وقت ختم ہو جاتی ہے جب اس کی صلاحیت اس کی اصل صلاحیت کے 80% تک پہنچ جاتی ہے۔ دوسرے لفظوں میں، جب یہ 20% صلاحیت ختم ہونے کا تجربہ کرتا ہے۔ عملی طور پر، اس کا مطلب ہے کہ توانائی کی کم مقدار فراہم کی جا سکتی ہے۔ یہ مکمل طور پر خودمختار نظاموں کے استعمال کے دورانیے اور مائلیج کی مقدار کو متاثر کر سکتا ہے جس کا احاطہ EV کر سکتا ہے۔

غور کرنے کا ایک اور نکتہ حفاظت ہے۔ مینوفیکچرنگ اور ٹیکنالوجی میں ترقی کے ساتھ، حالیہ بیٹریاں عام طور پر کیمیائی طور پر زیادہ مستحکم رہی ہیں۔ تاہم انحطاط اور غلط استعمال کی تاریخ کی وجہ سے، خلیے تھرمل رن وے میں جا سکتے ہیں جو تباہ کن نتائج کا باعث بن سکتے ہیں اور بعض صورتوں میں صارفین کی زندگی کو خطرے میں ڈال سکتے ہیں۔

یہی وجہ ہے کہ کمپنیوں نے بیٹری کے استعمال کو کنٹرول کرنے کے لیے بہتر بیٹری مانیٹرنگ سافٹ ویئر (BMS) تیار کیا ہے بلکہ بروقت دیکھ بھال فراہم کرنے اور بگڑے ہوئے نتائج سے بچنے کے لیے صحت کی حالت پر بھی نظر رکھی ہے۔

نتیجہ

گرڈ انرجی سٹوریج سسٹمز مین گرڈ سے بجلی کی آزادی حاصل کرنے کا ایک بہترین موقع فراہم کرتے ہیں بلکہ ڈاؤن ٹائم اور چوٹی لوڈ کے دورانیے میں بجلی کا بیک اپ ذریعہ بھی فراہم کرتے ہیں۔ وہاں کی ترقی توانائی کے سبز ذرائع کی طرف منتقلی کو آسان بنائے گی، اس طرح موسمیاتی تبدیلی پر توانائی کی پیداوار کے اثرات کو محدود کرے گا جبکہ کھپت میں مسلسل اضافے کے ساتھ توانائی کی ضروریات کو بھی پورا کرے گا۔

بیٹری انرجی سٹوریج سسٹمز سب سے زیادہ استعمال کیے جاتے ہیں اور روزمرہ کی مختلف ایپلی کیشنز کے لیے ترتیب دینے میں سب سے آسان ہیں۔ ان کی اعلی لچک کا مقابلہ نسبتاً زیادہ لاگت سے ہوتا ہے، جس کی وجہ سے متعلقہ عمر کو زیادہ سے زیادہ طول دینے کے لیے نگرانی کی حکمت عملی تیار ہوتی ہے۔ فی الحال، صنعت اور اکیڈمیا مختلف حالات میں بیٹری کے انحطاط کی تحقیقات اور اسے سمجھنے کے لیے کافی کوششیں کر رہے ہیں۔