Kiel stoki elektron ekster la reto?

Dum la pasintaj 50 jaroj, okazis kontinua kresko de tutmonda elektrokonsumo, kun ĉirkaŭkalkulata uzado de ĉirkaŭ 25 300 terawato-horoj en la jaro 2021. Kun la transiro al Industrio 4.0, okazas kresko de energiaj bezonoj tra la tuta mondo. Ĉi tiuj nombroj kreskas ĉiujare, ne inkluzivante la energiajn bezonojn de industriaj kaj aliaj ekonomiaj sektoroj. Ĉi tiu industria ŝanĝo kaj alta energia konsumo estas kunligitaj kun pli palpeblaj klimataj ŝanĝiĝaj efikoj pro troaj emisioj de forcejaj gasoj. Nuntempe, la plej multaj elektroproduktejoj kaj instalaĵoj multe dependas de fosiliaj fuelfontoj (nafto kaj gaso) por kontentigi tiajn bezonojn. Ĉi tiuj klimataj zorgoj malpermesas plian energiproduktadon per konvenciaj metodoj. Tial, la disvolviĝo de efikaj kaj fidindaj energiaj stokaj sistemoj fariĝis ĉiam pli grava por certigi kontinuan kaj fidindan provizon de energio el renovigeblaj fontoj.

La energisektoro respondis per ŝanĝo al renovigebla energio aŭ "verdaj" solvoj. La transiron helpis plibonigitaj fabrikadoteknikoj, kondukante ekzemple al pli efika fabrikado de ventoturbinklingoj. Ankaŭ esploristoj sukcesis plibonigi la efikecon de fotovoltaecaj ĉeloj, kondukante al pli bona energigenerado por ĉiu uzadareo. En 2021, elektrogenerado el sunaj fotovoltaecaj (PV) fontoj signife pliiĝis, atingante rekordajn 179 TWh kaj reprezentante kreskon de 22% kompare kun 2020. Suna PV-teknologio nun konsistigas 3.6% de la tutmonda elektrogenerado kaj nuntempe estas la tria plej granda renovigebla energifonto post akvoenergio kaj ventoenergio.

Tamen, ĉi tiuj sukcesoj ne solvas kelkajn el la enecaj malavantaĝoj de renovigeblaj energiaj sistemoj, ĉefe haveblecon. La plej multaj el ĉi tiuj metodoj ne produktas energion laŭpete kiel karbo- kaj naftocentraloj. Sunenergiaj eligoj estas ekzemple haveblaj dum la tuta tago kun varioj depende de la suna radiadperspektivoj kaj la poziciigo de FV-paneloj. Ĝi ne povas produkti energion dum la nokto, dum ĝia eligo estas signife reduktita dum la vintra sezono kaj en tre nubaj tagoj. Venta energio ankaŭ suferas pro fluktuoj depende de la ventrapido. Tial, ĉi tiuj solvoj devas esti kunligitaj kun energiaj stokaj sistemoj por subteni energiprovizon dum periodoj kun malalta eligo.

Kio estas energi-stokaj sistemoj?

Sistemoj por stokado de energio povas stoki energion por esti uzata en posta stadio. En iuj kazoj, estos formo de energikonverto inter stokita energio kaj provizita energio. La plej ofta ekzemplo estas elektraj baterioj kiel litio-jonaj baterioj aŭ plumb-acidaj baterioj. Ili provizas elektran energion per kemiaj reakcioj inter la elektrodoj kaj la elektrolito.

Baterioj, aŭ BESS (bateria energia stokadosistemo), reprezentas la plej oftan energian stokadmetodon uzatan en ĉiutagaj aplikoj. Aliaj stokadsistemoj ekzistas, kiel ekzemple akvoenergiaj centraloj, kiuj konvertas la potencialan energion de akvo stokita en digo en elektran energion. La akvo falanta turnos la inerciradon de turbino, kiu produktas elektran energion. Alia ekzemplo estas kunpremita gaso, kiu, post liberigo, turnos la radon de la turbino produktante energion.

Kio distingas bateriojn de la aliaj stokadmetodoj estas iliaj eblaj funkciaj kampoj. De malgrandaj aparatoj kaj aŭtomobila elektroprovizo ĝis hejmaj aplikoj kaj grandaj sunaj bienoj, baterioj povas esti senjunte integritaj al iu ajn eksterreta stokadapliko. Aliflanke, akvoenergio kaj premaeraj metodoj postulas tre grandajn kaj kompleksajn infrastrukturojn por stokado. Tio kondukas al tre altaj kostoj, kiuj postulas tre grandajn aplikojn por ke ĝi estu pravigita.

Uzkazoj por eksterretaj stokadosistemoj.

Kiel menciite antaŭe, ekster-kradaj stokaj sistemoj povas faciligi la uzadon kaj fidon al renovigeblaj energiaj metodoj kiel suna kaj vento-energio.

Urbaj elektroretoj celas provizi la ĝustan kvanton da elektro bazitan sur la provizo kaj postulo de ĉiu urbo. La bezonata elektro povas fluktui dum la tago. Senretaj stokadsistemoj estis uzataj por mildigi fluktuojn kaj provizi pli da stabileco en kazoj de pinta postulo. El alia perspektivo, senretaj stokadsistemoj povas esti tre utilaj por kompensi ajnan neantaŭviditan teknikan difekton en la ĉefa elektroreto aŭ dum planitaj prizorgadaj periodoj. Ili povas plenumi la elektrobezonojn sen devi serĉi alternativajn energifontojn. Oni povas citi ekzemple la glaciŝtormon en Teksaso komence de februaro 2023, kiu lasis ĉirkaŭ 262 000 homojn sen elektro, dum riparoj estis prokrastitaj pro la malfacilaj vetercirkonstancoj.

Elektraj veturiloj estas alia apliko. Esploristoj investis multe da peno por optimumigi la fabrikadon de baterioj kaj la ŝargadon/malŝargadon por plilongigi la vivdaŭron kaj potencdensecon de baterioj. Litio-jonaj baterioj estis en la avangardo de ĉi tiu malgranda revolucio kaj estis vaste uzataj en novaj elektraj aŭtoj sed ankaŭ en elektraj busoj. Pli bonaj baterioj en ĉi tiu kazo povas konduki al pli granda kilometraĵo sed ankaŭ reduktitaj ŝargtempoj per la ĝustaj teknologioj.

Aliaj teknologiaj progresoj ŝatas UAV -ojn kaj moveblaj robotoj multe profitis el bateria disvolviĝo.

Kio estas BESS?

BESS aŭ bateria energiakumulilo estas energiakumulilo, kiu povas esti uzata por stoki energion. Ĉi tiu energio povas veni de la ĉefa reto aŭ de renovigeblaj energifontoj kiel venta energio kaj suna energio. Ĝi konsistas el pluraj baterioj aranĝitaj en malsamaj konfiguracioj (serioj/paralelaj) kaj grandaj laŭ la bezonoj. Ili estas konektitaj al invetilo, kiu estas uzata por konverti la kontinuan kurenton al alterna kurento por uzo.bateria mastruma sistemo (BMS)estas uzata por monitori la staton de la baterio kaj la ŝargadon/malŝargadon.

Kompare kun aliaj energiaj stokaj sistemoj, ili estas aparte flekseblaj por loki/konekti kaj ne postulas tre multekostan infrastrukturon, sed ili tamen havas konsiderindan koston kaj postulas pli regulan prizorgadon laŭ la uzado.

BESS-grandeco kaj uzkutimoj

Kerna punkto por pritrakti baterian energian stokan sistemon.

Ĉi tio estas farata laŭkaze, ĉar aplikoj povas varii de malgrandaj domanaroj ĝis grandaj industriaj fabrikoj.

La plej ofta renovigebla energifonto por malgrandaj domanaroj, precipe en urbaj areoj, estas suna energio uzante fotovoltaecajn panelojn. La inĝeniero ĝenerale konsiderus la averaĝan energikonsumon de la domanaro kaj taksus la sunan iradiadon tra la jaro por la specifa loko. La nombro da baterioj kaj ilia reto-konfiguracio estas elektitaj por kongrui kun la bezonoj de la domanaro dum la plej malalta suna energioprovizo de la jaro, sen tute malŝarĝi la bateriojn. Ĉi tio supozas solvon por havi kompletan energisendependecon de la ĉefa reto.

Konservi relative moderan ŝargstaton aŭ ne tute malŝarĝi la bateriojn estas io, kio komence povus ŝajni kontraŭintuicia. Fine, kial uzi stoksistemon se ni ne povas eltiri ĝian plenan potencialon? Teorie eblas, sed eble ne temas pri strategio, kiu maksimumigas la rendimenton de la investo.

Unu el la ĉefaj malavantaĝoj de BESS (Best Essential Essential Essentials - eble plej multaj elektraj kaj elektronikaj) estas la relative alta kosto de baterioj. Tial, elekti uzkutimon aŭ ŝargan/malŝargan strategion, kiu maksimumigas la baterian vivdaŭron, estas esenca. Ekzemple, plumb-acidaj baterioj ne povas esti malŝarĝitaj sub 50%-a kapacito sen suferi de nemaligebla difekto. Litio-jonaj baterioj havas pli altan energidensecon kaj longan ciklan vivon. Ili ankaŭ povas esti malŝarĝitaj uzante pli grandajn distancojn, sed tio kostas pliigitan prezon. Ekzistas granda variado en kosto inter malsamaj kemiaĵoj, plumb-acidaj baterioj povas esti centoj ĝis miloj da dolaroj pli malmultekostaj ol litio-jona baterio de la sama grandeco. Tial plumb-acidaj baterioj estas la plej uzataj en sunaj aplikoj en triamondaj landoj kaj malriĉaj komunumoj.

La bateria rendimento estas forte influita de degradiĝo dum sia vivdaŭro, ĝi ne havas stabilan rendimenton kiu finiĝas per subita paneo. Anstataŭe, la provizita kapacito povas iom post iom malpliiĝi. En praktiko, bateria vivdaŭro estas konsiderata finiĝinta kiam ĝia kapacito atingas 80% de sia originala kapacito. Alivorte, kiam ĝi spertas 20%-an kapacitan malpliiĝon. En praktiko, tio signifas ke pli malgranda kvanto da energio povas esti provizita. Tio povas influi uzperiodojn por tute sendependaj sistemoj kaj la kvanton da kilometraĵo, kiun elektra veturilo povas kovri.

Alia konsiderinda punkto estas sekureco. Kun progresoj en fabrikado kaj teknologio, lastatempaj baterioj ĝenerale estas pli stabilaj kemie. Tamen, pro putriĝo kaj misuzohistorio, ĉeloj povas eniri termikan forkuradon, kiu povas konduki al katastrofaj rezultoj kaj en iuj kazoj endanĝerigi la vivon de konsumantoj.

Tial kompanioj evoluigis pli bonan programaron por kontroli la bateriuzadon, sed ankaŭ monitori la sanstaton por provizi ĝustatempan prizorgadon kaj eviti plimalbonigitajn sekvojn.

Konkludo

El la reto-energiaj stoksistemoj provizas bonegan ŝancon atingi energian sendependecon de la ĉefa reto, sed ankaŭ provizas rezervan fonton de energio dum paneoj kaj pintaj ŝarĝperiodoj. Tia disvolviĝo faciligus la ŝanĝon al pli verdaj energifontoj, tiel limigante la efikon de energiproduktado sur klimata ŝanĝo, samtempe plenumante la energiajn bezonojn kun konstanta kresko de konsumo.

Bateriaj energiakumulaj sistemoj estas la plej ofte uzataj kaj la plej facile agordeblaj por diversaj ĉiutagaj aplikoj. Ilia alta fleksebleco estas kontraŭata de relative alta kosto, kio kondukas al la disvolviĝo de monitoradaj strategioj por plilongigi la respektivan vivdaŭron kiel eble plej multe. Nuntempe, industrio kaj akademio multe klopodas esplori kaj kompreni bateridegeneron sub diversaj kondiĉoj.