বিগত ৫০ বছরে বিশ্বব্যাপী বিদ্যুৎ ব্যবহার ক্রমাগত বৃদ্ধি পেয়েছে, এবং ২০২১ সালে এর আনুমানিক ব্যবহার ছিল প্রায় ২৫,৩০০ টেরাওয়াট-ঘণ্টা। চতুর্থ শিল্প বিপ্লবের দিকে অগ্রগতির সাথে সাথে বিশ্বজুড়ে শক্তির চাহিদাও বৃদ্ধি পাচ্ছে। শিল্প এবং অন্যান্য অর্থনৈতিক খাতের বিদ্যুতের চাহিদা বাদ দিলেও, এই সংখ্যা প্রতি বছর বাড়ছে। এই শিল্প পরিবর্তন এবং উচ্চ বিদ্যুৎ ব্যবহারের সাথে গ্রিনহাউস গ্যাসের অত্যধিক নির্গমনের কারণে জলবায়ু পরিবর্তনের আরও বাস্তব প্রভাব যুক্ত হয়েছে। বর্তমানে, বেশিরভাগ বিদ্যুৎ উৎপাদন কেন্দ্র এবং স্থাপনা এই ধরনের চাহিদা মেটাতে জীবাশ্ম জ্বালানি উৎসের (তেল এবং গ্যাস) উপর ব্যাপকভাবে নির্ভরশীল। এই জলবায়ু সংক্রান্ত উদ্বেগ প্রচলিত পদ্ধতিতে অতিরিক্ত শক্তি উৎপাদনকে বাধা দেয়। তাই, নবায়নযোগ্য উৎস থেকে শক্তির নিরবচ্ছিন্ন এবং নির্ভরযোগ্য সরবরাহ নিশ্চিত করার জন্য দক্ষ ও নির্ভরযোগ্য শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার উন্নয়ন ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে।
শক্তি খাত নবায়নযোগ্য শক্তি বা “সবুজ” সমাধানের দিকে ঝুঁকে এর প্রতিক্রিয়া দেখিয়েছে। উন্নত উৎপাদন কৌশল এই রূপান্তরে সহায়তা করেছে, যার ফলে উদাহরণস্বরূপ উইন্ড টারবাইন ব্লেডের উৎপাদন আরও কার্যকর হয়েছে। এছাড়াও, গবেষকরা ফটোভোলটাইক কোষের কার্যকারিতা উন্নত করতে সক্ষম হয়েছেন, যার ফলে প্রতি ব্যবহার এলাকায় আরও ভালো শক্তি উৎপাদন হচ্ছে। ২০২১ সালে, সৌর ফটোভোলটাইক (পিভি) উৎস থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদন উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়ে রেকর্ড ১৭৯ টেরাওয়াট-ঘণ্টা (TWh)-এ পৌঁছেছে, যা ২০২০ সালের তুলনায় ২২% প্রবৃদ্ধি নির্দেশ করে। সৌর পিভি প্রযুক্তি এখন বৈশ্বিক বিদ্যুৎ উৎপাদনের ৩.৬% অবদান রাখে এবং বর্তমানে জলবিদ্যুৎ ও বায়ুর পর এটি তৃতীয় বৃহত্তম নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস।
তবে, এই যুগান্তকারী উদ্ভাবনগুলো নবায়নযোগ্য শক্তি ব্যবস্থার কিছু সহজাত অসুবিধা, বিশেষ করে প্রাপ্যতা, সমাধান করতে পারে না। এই পদ্ধতিগুলোর বেশিরভাগই কয়লা ও তেলচালিত বিদ্যুৎ কেন্দ্রের মতো চাহিদা অনুযায়ী শক্তি উৎপাদন করে না। উদাহরণস্বরূপ, সৌরশক্তি সারাদিন পাওয়া যায়, তবে এর পরিমাণে তারতম্য ঘটে সূর্যের আলোর কোণ এবং পিভি প্যানেলের অবস্থানের ওপর। এটি রাতে কোনো শক্তি উৎপাদন করতে পারে না, আবার শীতকালে এবং খুব মেঘলা দিনে এর উৎপাদন উল্লেখযোগ্যভাবে কমে যায়। বায়ুশক্তির ক্ষেত্রেও বাতাসের গতির ওপর নির্ভর করে এর উৎপাদনে তারতম্য দেখা যায়। তাই, কম উৎপাদনের সময়ে শক্তির সরবরাহ বজায় রাখার জন্য এই সমাধানগুলোকে শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার সাথে যুক্ত করা প্রয়োজন।
শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা বলতে কী বোঝায়?
শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা পরবর্তী সময়ে ব্যবহারের জন্য শক্তি সঞ্চয় করতে পারে। কিছু ক্ষেত্রে, সঞ্চিত শক্তি এবং সরবরাহকৃত শক্তির মধ্যে এক ধরনের শক্তি রূপান্তর ঘটে। এর সবচেয়ে সাধারণ উদাহরণ হলো বৈদ্যুতিক ব্যাটারি, যেমন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বা লেড-অ্যাসিড ব্যাটারি। এগুলো ইলেকট্রোড এবং ইলেকট্রোলাইটের মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে বৈদ্যুতিক শক্তি সরবরাহ করে।
ব্যাটারি, বা বিইএসএস (ব্যাটারি শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা), দৈনন্দিন জীবনে ব্যবহৃত সবচেয়ে প্রচলিত শক্তি সঞ্চয় পদ্ধতি। অন্যান্য সঞ্চয় ব্যবস্থাও রয়েছে, যেমন জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র, যা বাঁধে সঞ্চিত জলের স্থিতিশক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে। নিচে পড়া জল টারবাইনের ফ্লাইহুইলকে ঘোরায়, যা বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপাদন করে। আরেকটি উদাহরণ হলো সংকুচিত গ্যাস; এটিকে ছেড়ে দিলে তা টারবাইনের চাকা ঘুরিয়ে শক্তি উৎপাদন করে।
অন্যান্য সঞ্চয় পদ্ধতির থেকে ব্যাটারিকে যা আলাদা করে তা হলো এর সম্ভাব্য কার্যক্ষেত্র। ছোট ডিভাইস ও গাড়ির বিদ্যুৎ সরবরাহ থেকে শুরু করে গৃহস্থালির ব্যবহার এবং বড় সৌর খামার পর্যন্ত, যেকোনো অফ-গ্রিড সঞ্চয় ব্যবস্থায় ব্যাটারিকে নির্বিঘ্নে একীভূত করা যায়। অন্যদিকে, জলবিদ্যুৎ এবং সংকুচিত বায়ু পদ্ধতিতে সঞ্চয়ের জন্য অত্যন্ত বৃহৎ ও জটিল অবকাঠামোর প্রয়োজন হয়। এর ফলে খরচ অনেক বেড়ে যায় এবং এই ব্যয়কে যৌক্তিক প্রমাণ করার জন্য এর প্রয়োগক্ষেত্রও খুব বড় হতে হয়।
অফ-গ্রিড স্টোরেজ সিস্টেমের ব্যবহারিক ক্ষেত্রসমূহ।
পূর্বে যেমন উল্লেখ করা হয়েছে, অফ-গ্রিড স্টোরেজ সিস্টেম সৌর ও বায়ুশক্তির মতো নবায়নযোগ্য শক্তি পদ্ধতির ব্যবহার এবং তার উপর নির্ভরতাকে সহজতর করতে পারে। তা সত্ত্বেও, অন্যান্য ক্ষেত্রও রয়েছে যা এই ধরনের সিস্টেম থেকে ব্যাপকভাবে উপকৃত হতে পারে।
শহরের বিদ্যুৎ গ্রিডগুলোর লক্ষ্য হলো প্রতিটি শহরের সরবরাহ ও চাহিদার উপর ভিত্তি করে সঠিক পরিমাণে বিদ্যুৎ সরবরাহ করা। দিনের বিভিন্ন সময়ে প্রয়োজনীয় বিদ্যুতের পরিমাণ ওঠানামা করতে পারে। এই ওঠানামা প্রশমিত করতে এবং সর্বোচ্চ চাহিদার সময়ে আরও বেশি স্থিতিশীলতা আনতে অফ-গ্রিড স্টোরেজ সিস্টেম ব্যবহার করা হয়ে আসছে। অন্য দৃষ্টিকোণ থেকে, মূল বিদ্যুৎ গ্রিডের যেকোনো অপ্রত্যাশিত প্রযুক্তিগত ত্রুটি অথবা নির্ধারিত রক্ষণাবেক্ষণের সময়কালে তার ক্ষতিপূরণের জন্য অফ-গ্রিড স্টোরেজ সিস্টেমগুলো অত্যন্ত উপকারী হতে পারে। এগুলো বিকল্প শক্তির উৎস খোঁজার প্রয়োজন ছাড়াই বিদ্যুতের চাহিদা মেটাতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, ২০২৩ সালের ফেব্রুয়ারির শুরুতে টেক্সাসের বরফঝড়ের কথা বলা যেতে পারে, যার ফলে প্রায় ২,৬২,০০০ মানুষ বিদ্যুৎহীন হয়ে পড়েছিল এবং প্রতিকূল আবহাওয়ার কারণে মেরামতের কাজও বিলম্বিত হয়েছিল।
বৈদ্যুতিক যানবাহন হলো এর আরেকটি প্রয়োগক্ষেত্র। গবেষকরা ব্যাটারির আয়ুষ্কাল এবং শক্তি ঘনত্ব বাড়ানোর জন্য এর উৎপাদন এবং চার্জিং/ডিসচার্জিং কৌশল উন্নত করতে প্রচুর প্রচেষ্টা করেছেন। এই ক্ষুদ্র বিপ্লবের অগ্রভাগে রয়েছে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি এবং এটি নতুন বৈদ্যুতিক গাড়ির পাশাপাশি বৈদ্যুতিক বাসেও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। এক্ষেত্রে সঠিক প্রযুক্তির সাহায্যে উন্নত ব্যাটারি যেমন বেশি মাইলেজ দিতে পারে, তেমনি চার্জিংয়ের সময়ও কমাতে পারে।
ড্রোন এবং মোবাইল রোবটের মতো অন্যান্য প্রযুক্তিগত অগ্রগতি ব্যাটারির উন্নয়ন থেকে ব্যাপকভাবে উপকৃত হয়েছে। এদের গতিবিধি এবং নিয়ন্ত্রণ কৌশল ব্যাটারির ক্ষমতা ও সরবরাহকৃত শক্তির ওপর ব্যাপকভাবে নির্ভরশীল।
BESS কী?
BESS বা ব্যাটারি এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম হলো এমন একটি শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা যা শক্তি সঞ্চয় করতে ব্যবহার করা যায়। এই শক্তি মূল গ্রিড থেকে অথবা বায়ুশক্তি ও সৌরশক্তির মতো নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস থেকে আসতে পারে। এটি প্রয়োজন অনুযায়ী বিভিন্ন কনফিগারেশনে (সিরিজ/প্যারালাল) সাজানো একাধিক ব্যাটারি দিয়ে গঠিত। এগুলো একটি ইনভার্টারের সাথে সংযুক্ত থাকে, যা ব্যবহারের জন্য ডিসি পাওয়ারকে এসি পাওয়ারে রূপান্তর করে।ব্যাটারি ব্যবস্থাপনা সিস্টেম (বিএমএস)ব্যাটারির অবস্থা এবং চার্জিং/ডিসচার্জিং প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করতে এটি ব্যবহৃত হয়।
অন্যান্য শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার তুলনায়, এগুলি স্থাপন বা সংযোগের ক্ষেত্রে বিশেষভাবে নমনীয় এবং এর জন্য অত্যন্ত ব্যয়বহুল পরিকাঠামোর প্রয়োজন হয় না, কিন্তু তা সত্ত্বেও এগুলির খরচ যথেষ্ট বেশি এবং ব্যবহারের উপর ভিত্তি করে আরও নিয়মিত রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন হয়।
BESS-এর আকার নির্ধারণ এবং ব্যবহারের অভ্যাস
ব্যাটারি শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা স্থাপন করার সময় একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো এর আকার নির্ধারণ করা। কয়টি ব্যাটারির প্রয়োজন? কী বিন্যাসে? কিছু ক্ষেত্রে, দীর্ঘমেয়াদে খরচ সাশ্রয় এবং কার্যকারিতার দিক থেকে ব্যাটারির ধরন একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করতে পারে।
এটি প্রতিটি ক্ষেত্রে আলাদাভাবে করা হয়, কারণ এর আবেদন ছোট পরিবার থেকে শুরু করে বড় শিল্প কারখানা পর্যন্ত হতে পারে।
ছোট পরিবারগুলোর জন্য, বিশেষ করে শহরাঞ্চলে, সবচেয়ে প্রচলিত নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস হলো ফটোভোল্টাইক প্যানেল ব্যবহার করে সৌরশক্তি। প্রকৌশলী সাধারণত পরিবারটির গড় বিদ্যুৎ খরচ বিবেচনা করেন এবং নির্দিষ্ট স্থানটির জন্য সারা বছর ধরে সৌর বিকিরণের মাত্রা মূল্যায়ন করেন। ব্যাটারির সংখ্যা এবং সেগুলোর গ্রিড কনফিগারেশন এমনভাবে নির্বাচন করা হয়, যাতে বছরের সর্বনিম্ন সৌর বিদ্যুৎ সরবরাহের সময়ে পরিবারের চাহিদা মেটানো যায় এবং ব্যাটারিগুলো পুরোপুরি নিঃশেষ না হয়ে যায়। এক্ষেত্রে ধরে নেওয়া হয় যে, এই সমাধানটি মূল গ্রিড থেকে সম্পূর্ণ বিদ্যুৎ স্বাধীনতা দেবে।
ব্যাটারিগুলোকে তুলনামূলকভাবে মাঝারি চার্জে রাখা বা পুরোপুরি ডিসচার্জ না করাটা প্রথমে কিছুটা অযৌক্তিক মনে হতে পারে। সর্বোপরি, যদি আমরা কোনো স্টোরেজ সিস্টেমের পূর্ণ সম্ভাবনাকে কাজে লাগাতে না পারি, তবে তা ব্যবহার করার প্রয়োজন কী? তাত্ত্বিকভাবে এটি সম্ভব, কিন্তু এটি এমন কৌশল নাও হতে পারে যা বিনিয়োগের সর্বোচ্চ প্রতিদান নিশ্চিত করে।
ব্যাটারি এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম (BESS)-এর অন্যতম প্রধান অসুবিধা হলো ব্যাটারির তুলনামূলকভাবে উচ্চ মূল্য। তাই, এমন একটি ব্যবহারের অভ্যাস বা চার্জিং/ডিসচার্জিং কৌশল বেছে নেওয়া অপরিহার্য যা ব্যাটারির আয়ুষ্কালকে সর্বাধিক করে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, লেড অ্যাসিড ব্যাটারিকে অপরিবর্তনীয় ক্ষতি ছাড়া ৫০% ক্ষমতার নিচে ডিসচার্জ করা যায় না। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব বেশি এবং এর সাইকেল লাইফ দীর্ঘ। এগুলোকে আরও বেশি পরিসরে ডিসচার্জ করা যায়, কিন্তু এর জন্য দামও বেড়ে যায়। বিভিন্ন রাসায়নিক গঠনের মধ্যে খরচের ব্যাপক পার্থক্য রয়েছে; একই আকারের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে লেড অ্যাসিড ব্যাটারি কয়েকশ থেকে হাজার হাজার ডলার সস্তা হতে পারে। এই কারণেই তৃতীয় বিশ্বের দেশ এবং দরিদ্র জনগোষ্ঠীগুলোতে সৌরবিদ্যুৎ প্রকল্পে লেড অ্যাসিড ব্যাটারি সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়।
ব্যাটারির জীবনকালে এর কার্যক্ষমতা ব্যাপকভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়; এর কার্যক্ষমতা স্থিতিশীল থাকে না যা হঠাৎ বিকল হয়ে যায়। বরং, এর ধারণক্ষমতা এবং সরবরাহকৃত শক্তি ক্রমান্বয়ে হ্রাস পেতে পারে। বাস্তবে, একটি ব্যাটারির জীবনকাল শেষ হয়ে গেছে বলে ধরা হয় যখন এর ধারণক্ষমতা মূল ধারণক্ষমতার ৮০%-এ পৌঁছায়। অন্য কথায়, যখন এর ধারণক্ষমতা ২০% হ্রাস পায়। বাস্তবে, এর অর্থ হলো কম পরিমাণে শক্তি সরবরাহ করা যাবে। এটি সম্পূর্ণ স্বাধীন সিস্টেমগুলোর ব্যবহারের সময়কাল এবং একটি বৈদ্যুতিক গাড়ির (EV) মাইলেজের পরিমাণকে প্রভাবিত করতে পারে।
আরেকটি বিবেচ্য বিষয় হলো নিরাপত্তা। উৎপাদন ও প্রযুক্তির অগ্রগতির ফলে, সাম্প্রতিক ব্যাটারিগুলো সাধারণত রাসায়নিকভাবে আরও স্থিতিশীল হয়েছে। তবে, সময়ের সাথে সাথে ক্ষয় ও অপব্যবহারের কারণে সেলগুলো থার্মাল রানঅ্যাওয়ে অবস্থায় চলে যেতে পারে, যা মারাত্মক পরিণতি ডেকে আনতে পারে এবং কিছু ক্ষেত্রে গ্রাহকের জীবনকে বিপন্ন করতে পারে।
এই কারণেই কোম্পানিগুলো ব্যাটারির ব্যবহার নিয়ন্ত্রণ করার পাশাপাশি এর স্বাস্থ্যগত অবস্থা পর্যবেক্ষণ করতে উন্নত ব্যাটারি মনিটরিং সফটওয়্যার (বিএমএস) তৈরি করেছে, যাতে সময়মতো রক্ষণাবেক্ষণ করা যায় এবং গুরুতর পরিণতি এড়ানো সম্ভব হয়।
উপসংহার
গ্রিড-ভিত্তিক শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা মূল গ্রিড থেকে বিদ্যুৎ স্বাধীনতা অর্জনের একটি দারুণ সুযোগ করে দেয় এবং একই সাথে বিদ্যুৎ সরবরাহ বন্ধ থাকার সময় ও সর্বোচ্চ চাহিদার সময়ে একটি ব্যাকআপ উৎস হিসেবেও কাজ করে। এর উন্নয়ন পরিবেশবান্ধব শক্তির উৎসের দিকে রূপান্তরকে সহজতর করবে, যার ফলে ক্রমবর্ধমান ব্যবহারের সাথে সাথে শক্তির চাহিদা মেটানোর পাশাপাশি জলবায়ু পরিবর্তনের উপর শক্তি উৎপাদনের প্রভাবও সীমিত হবে।
ব্যাটারি শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থাগুলো দৈনন্দিন বিভিন্ন কাজের জন্য সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত এবং সহজে কনফিগার করা যায়। এর উচ্চ নমনীয়তার বিপরীতে রয়েছে তুলনামূলকভাবে বেশি খরচ, যার ফলে এর আয়ুষ্কাল যথাসম্ভব দীর্ঘায়িত করার জন্য পর্যবেক্ষণ কৌশল তৈরি করা হচ্ছে। বর্তমানে, শিল্প এবং শিক্ষাজগৎ বিভিন্ন পরিস্থিতিতে ব্যাটারির ক্ষয় নিয়ে গবেষণা ও তা বোঝার জন্য প্রচুর প্রচেষ্টা চালাচ্ছে।
সম্পর্কিত নিবন্ধ:
কাস্টমাইজড এনার্জি সলিউশনস – শক্তি প্রাপ্তির বৈপ্লবিক পন্থা
নবায়নযোগ্য শক্তির সর্বোচ্চ ব্যবহার: ব্যাটারি শক্তি সঞ্চয়ের ভূমিকা
সামুদ্রিক শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার জন্য ব্যাটারি প্রযুক্তির অগ্রগতি
