ગ્રીડની બહાર વીજળી કેવી રીતે સંગ્રહિત કરવી?

છેલ્લા ૫૦ વર્ષોમાં, વૈશ્વિક વીજળી વપરાશમાં સતત વધારો થયો છે, જેનો અંદાજ ૨૦૨૧ માં ૨૫,૩૦૦ ટેરાવોટ-કલાકનો વપરાશ થયો છે. ઉદ્યોગ ૪.૦ તરફ સંક્રમણ સાથે, સમગ્ર વિશ્વમાં ઊર્જા માંગમાં વધારો થયો છે. આ સંખ્યાઓ દર વર્ષે વધી રહી છે, જેમાં ઔદ્યોગિક અને અન્ય આર્થિક ક્ષેત્રોની વીજળી જરૂરિયાતોનો સમાવેશ થતો નથી. આ ઔદ્યોગિક પરિવર્તન અને ઉચ્ચ-વીજ વપરાશ ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના વધુ પડતા ઉત્સર્જનને કારણે વધુ મૂર્ત આબોહવા પરિવર્તન અસરો સાથે જોડાયેલ છે. હાલમાં, મોટાભાગના વીજ ઉત્પાદન પ્લાન્ટ અને સુવિધાઓ આવી માંગણીઓને પૂર્ણ કરવા માટે અશ્મિભૂત ઇંધણ સ્ત્રોતો (તેલ અને ગેસ) પર ખૂબ આધાર રાખે છે. આ આબોહવાની ચિંતાઓ પરંપરાગત પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને વધારાની ઊર્જા ઉત્પાદનને પ્રતિબંધિત કરે છે. આમ, નવીનીકરણીય સ્ત્રોતોમાંથી ઊર્જાનો સતત અને વિશ્વસનીય પુરવઠો સુનિશ્ચિત કરવા માટે કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓનો વિકાસ વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ બન્યો છે.

ઉર્જા ક્ષેત્રે નવીનીકરણીય ઉર્જા અથવા "ગ્રીન" સોલ્યુશન્સ તરફ વળ્યા છે. આ સંક્રમણમાં સુધારેલી ઉત્પાદન તકનીકો દ્વારા મદદ મળી છે, ઉદાહરણ તરીકે પવન ટર્બાઇન બ્લેડના વધુ કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન તરફ દોરી જાય છે. ઉપરાંત, સંશોધકો ફોટોવોલ્ટેઇક કોષોની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવામાં સક્ષમ થયા છે, જેના કારણે વપરાશ ક્ષેત્ર દીઠ વધુ સારી ઉર્જા ઉત્પાદન થયું છે. 2021 માં, સૌર ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) સ્ત્રોતોમાંથી વીજળી ઉત્પાદન નોંધપાત્ર રીતે વધ્યું, જે રેકોર્ડ 179 TWh સુધી પહોંચ્યું અને 2020 ની સરખામણીમાં 22% ની વૃદ્ધિ દર્શાવે છે. સૌર PV ટેકનોલોજી હવે વૈશ્વિક વીજળી ઉત્પાદનમાં 3.6% હિસ્સો ધરાવે છે અને હાલમાં હાઇડ્રોપાવર અને પવન પછી ત્રીજો સૌથી મોટો નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોત છે.

જોકે, આ સફળતાઓ નવીનીકરણીય ઊર્જા પ્રણાલીઓની કેટલીક આંતરિક ખામીઓ, મુખ્યત્વે ઉપલબ્ધતા, હલ કરતી નથી. આમાંની મોટાભાગની પદ્ધતિઓ કોલસા અને તેલ પાવર પ્લાન્ટની જેમ માંગ પર ઊર્જા ઉત્પન્ન કરતી નથી. ઉદાહરણ તરીકે, સૌર ઊર્જા આઉટપુટ દિવસભર ઉપલબ્ધ હોય છે જેમાં સૂર્યના કિરણોત્સર્ગના ખૂણા અને પીવી પેનલ સ્થિતિ પર આધાર રાખીને વિવિધતા હોય છે. તે રાત્રે કોઈપણ ઊર્જા ઉત્પન્ન કરી શકતું નથી જ્યારે શિયાળાની ઋતુમાં અને ખૂબ વાદળછાયું દિવસોમાં તેનું ઉત્પાદન નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે. પવન ઊર્જા પણ પવનની ગતિના આધારે વધઘટથી પીડાય છે. તેથી, ઓછા ઉત્પાદન સમયગાળા દરમિયાન ઊર્જા પુરવઠો ટકાવી રાખવા માટે આ ઉકેલોને ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ સાથે જોડવાની જરૂર છે.

ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ શું છે?

ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ પછીના તબક્કે ઉપયોગ માટે ઊર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, સંગ્રહિત ઊર્જા અને પૂરી પાડવામાં આવતી ઊર્જા વચ્ચે ઊર્જા રૂપાંતરનું એક સ્વરૂપ હશે. સૌથી સામાન્ય ઉદાહરણ લિથિયમ-આયન બેટરી અથવા લીડ-એસિડ બેટરી જેવી ઇલેક્ટ્રિક બેટરીઓ છે. તેઓ ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક ઊર્જા પૂરી પાડે છે.

બેટરી, અથવા BESS (બેટરી ઉર્જા સંગ્રહ પ્રણાલી), રોજિંદા જીવનમાં ઉપયોગમાં લેવાતી સૌથી સામાન્ય ઉર્જા સંગ્રહ પદ્ધતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. અન્ય સંગ્રહ પ્રણાલીઓ અસ્તિત્વમાં છે જેમ કે હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ જે ડેમમાં સંગ્રહિત પાણીની સંભવિત ઉર્જાને વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. નીચે પડતું પાણી ટર્બાઇનના ફ્લાયવ્હીલને ફેરવશે જે વિદ્યુત ઉર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. બીજું ઉદાહરણ કોમ્પ્રેસ્ડ ગેસ છે, છોડવા પર ગેસ ટર્બાઇનના ચક્રને ફેરવશે જે શક્તિ ઉત્પન્ન કરે છે.

બેટરીઓને અન્ય સ્ટોરેજ પદ્ધતિઓથી અલગ પાડતી બાબત તેમના સંભવિત કાર્યક્ષેત્રો છે. નાના ઉપકરણો અને ઓટોમોબાઈલ પાવર સપ્લાયથી લઈને ઘરગથ્થુ એપ્લિકેશનો અને મોટા સોલાર ફાર્મ સુધી, બેટરીઓને કોઈપણ ઑફ-ગ્રીડ સ્ટોરેજ એપ્લિકેશન સાથે એકીકૃત કરી શકાય છે. બીજી બાજુ, હાઇડ્રોપાવર અને કોમ્પ્રેસ્ડ એર પદ્ધતિઓને સ્ટોરેજ માટે ખૂબ મોટા અને જટિલ માળખાકીય સુવિધાઓની જરૂર પડે છે. આનાથી ખૂબ ઊંચા ખર્ચ થાય છે જેને વાજબી ઠેરવવા માટે ખૂબ મોટા એપ્લિકેશનોની જરૂર પડે છે.

ઑફ-ગ્રીડ સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ માટે કેસનો ઉપયોગ કરો.

અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, ઑફ-ગ્રીડ સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ સૌર અને પવન ઉર્જા જેવી નવીનીકરણીય ઉર્જા પદ્ધતિઓના ઉપયોગ અને નિર્ભરતાને સરળ બનાવી શકે છે. તેમ છતાં, આવી સિસ્ટમોથી અન્ય એપ્લિકેશનો પણ ખૂબ લાભ મેળવી શકે છે.

શહેર પાવર ગ્રીડનો ઉદ્દેશ્ય દરેક શહેરની માંગ અને પુરવઠાના આધારે યોગ્ય માત્રામાં વીજળી પૂરી પાડવાનો છે. જરૂરી વીજળી દિવસભરમાં વધઘટ થઈ શકે છે. માંગની ટોચ પર વધઘટ થતી હોય ત્યારે વધઘટ ઘટાડવા અને વધુ સ્થિરતા પ્રદાન કરવા માટે ઑફ-ગ્રીડ સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. એક અલગ દ્રષ્ટિકોણથી, મુખ્ય પાવર ગ્રીડમાં અથવા સુનિશ્ચિત જાળવણી સમયગાળા દરમિયાન કોઈપણ અણધાર્યા તકનીકી ખામીને ભરપાઈ કરવા માટે ઑફ-ગ્રીડ સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ ખૂબ ફાયદાકારક હોઈ શકે છે. તેઓ વૈકલ્પિક ઉર્જા સ્ત્રોતો શોધ્યા વિના વીજળીની જરૂરિયાતો પૂરી કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફેબ્રુઆરી 2023 ની શરૂઆતમાં ટેક્સાસમાં આવેલા બરફના તોફાનને ટાંકી શકાય છે, જેના કારણે આશરે 262,000 લોકો વીજળી વગર રહ્યા હતા, જ્યારે મુશ્કેલ હવામાન પરિસ્થિતિઓને કારણે સમારકામમાં વિલંબ થયો હતો.

ઇલેક્ટ્રિક વાહનો એ બીજો ઉપયોગ છે. બેટરીના આયુષ્ય અને પાવર ઘનતાને વધારવા માટે સંશોધકોએ બેટરી ઉત્પાદન અને ચાર્જિંગ/ડિસ્ચાર્જિંગ વ્યૂહરચનાઓ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે ઘણા પ્રયત્નો કર્યા છે. લિથિયમ-આયન બેટરી આ નાની ક્રાંતિમાં મોખરે રહી છે અને નવી ઇલેક્ટ્રિક કારમાં પણ ઇલેક્ટ્રિક બસોમાં તેનો વ્યાપક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. આ કિસ્સામાં વધુ સારી બેટરીઓ મોટી માઇલેજ તરફ દોરી શકે છે પરંતુ યોગ્ય તકનીકો સાથે ચાર્જિંગ સમય પણ ઘટાડી શકે છે.

બેટરી વિકાસથી UAV અને મોબાઇલ રોબોટ્સ જેવી અન્ય તકનીકી પ્રગતિને ઘણો ફાયદો થયો છે. ત્યાં ગતિ વ્યૂહરચનાઓ અને નિયંત્રણ વ્યૂહરચનાઓ બેટરી ક્ષમતા અને પૂરી પાડવામાં આવતી શક્તિ પર ખૂબ આધાર રાખે છે.

BESS શું છે?

BESS અથવા બેટરી એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ એ એક એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ છે જેનો ઉપયોગ એનર્જી સ્ટોર કરવા માટે થઈ શકે છે. આ એનર્જી મુખ્ય ગ્રીડમાંથી અથવા પવન ઉર્જા અને સૌર ઉર્જા જેવા નવીનીકરણીય એનર્જી સ્ત્રોતોમાંથી આવી શકે છે. તે વિવિધ રૂપરેખાંકનો (શ્રેણી/સમાંતર) માં ગોઠવાયેલી અને જરૂરિયાતોના આધારે કદ ધરાવતી બહુવિધ બેટરીઓથી બનેલી છે. તે એક ઇન્વર્ટર સાથે જોડાયેલ છે જેનો ઉપયોગ ડીસી પાવરને એસી પાવરમાં કન્વર્ટ કરવા માટે થાય છે. Aબેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ (BMS)બેટરીની સ્થિતિ અને ચાર્જિંગ/ડિસ્ચાર્જિંગ કામગીરીનું નિરીક્ષણ કરવા માટે વપરાય છે.

અન્ય ઉર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓની તુલનામાં, તે ખાસ કરીને મૂકવા/જોડવામાં લવચીક છે અને તેમને ખૂબ ખર્ચાળ માળખાગત સુવિધાઓની જરૂર નથી, પરંતુ તે હજુ પણ નોંધપાત્ર ખર્ચે આવે છે અને ઉપયોગના આધારે વધુ નિયમિત જાળવણીની જરૂર પડે છે.

BESS કદ અને ઉપયોગની આદતો

બેટરી ઉર્જા સંગ્રહ પ્રણાલી સ્થાપિત કરતી વખતે એક મહત્વપૂર્ણ મુદ્દો માપન છે. કેટલી બેટરીની જરૂર છે? કયા રૂપરેખાંકનમાં? કેટલાક કિસ્સાઓમાં, ખર્ચ બચત અને કાર્યક્ષમતાના સંદર્ભમાં બેટરીનો પ્રકાર લાંબા ગાળે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી શકે છે.

આ કેસ-બાય-કેસ આધારે કરવામાં આવે છે કારણ કે અરજીઓ નાના ઘરોથી લઈને મોટા ઔદ્યોગિક પ્લાન્ટ સુધીની હોઈ શકે છે.

નાના ઘરો માટે, ખાસ કરીને શહેરી વિસ્તારોમાં, સૌથી સામાન્ય નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોત ફોટોવોલ્ટેઇક પેનલ્સનો ઉપયોગ કરીને સૌર ઊર્જા છે. એન્જિનિયર સામાન્ય રીતે ઘરના સરેરાશ વીજ વપરાશને ધ્યાનમાં લેશે અને ચોક્કસ સ્થાન માટે વર્ષ દરમિયાન સૌર કિરણોત્સર્ગનું મૂલ્યાંકન કરશે. બેટરીઓની સંખ્યા અને તેમના ગ્રીડ ગોઠવણીને વર્ષના સૌથી ઓછા સૌર વીજ પુરવઠા દરમિયાન ઘરની માંગને અનુરૂપ પસંદ કરવામાં આવે છે, જ્યારે બેટરી સંપૂર્ણપણે ડ્રેઇન થતી નથી. આ મુખ્ય ગ્રીડથી સંપૂર્ણ વીજળી સ્વતંત્રતા મેળવવાનો ઉકેલ ધારી રહ્યું છે.

શરૂઆતમાં પ્રમાણમાં મધ્યમ ચાર્જિંગ સ્થિતિ રાખવી કે બેટરીને સંપૂર્ણપણે ડિસ્ચાર્જ ન કરવી એ વાત કદાચ વિરોધાભાસી લાગે. છેવટે, જો આપણે તેને સંપૂર્ણ ક્ષમતાથી કાઢી શકતા નથી, તો સ્ટોરેજ સિસ્ટમનો ઉપયોગ શા માટે કરવો? સિદ્ધાંતમાં તે શક્ય છે, પરંતુ તે રોકાણ પર વળતર મહત્તમ કરવાની વ્યૂહરચના ન પણ હોઈ શકે.

BESS ના મુખ્ય ગેરફાયદામાંનો એક બેટરીનો પ્રમાણમાં ઊંચો ખર્ચ છે. તેથી, બેટરીના આયુષ્યને મહત્તમ બનાવતી ઉપયોગની આદત અથવા ચાર્જિંગ/ડિસ્ચાર્જિંગ વ્યૂહરચના પસંદ કરવી જરૂરી છે. ઉદાહરણ તરીકે, લીડ એસિડ બેટરીને 50% ક્ષમતાથી ઓછી ક્ષમતાથી ડિસ્ચાર્જ કરી શકાતી નથી અને તેને બદલી ન શકાય તેવું નુકસાન થાય છે. લિથિયમ-આયન બેટરીમાં ઉર્જા ઘનતા વધુ હોય છે, અને તેનું ચક્ર જીવન લાંબુ હોય છે. તેમને મોટી રેન્જનો ઉપયોગ કરીને પણ ડિસ્ચાર્જ કરી શકાય છે, પરંતુ આ વધેલી કિંમતના ખર્ચે આવે છે. વિવિધ રસાયણશાસ્ત્ર વચ્ચે કિંમતમાં ઊંચો તફાવત છે, લીડ એસિડ બેટરી સમાન કદની લિથિયમ-આયન બેટરી કરતાં સેંકડોથી હજારો ડોલર સસ્તી હોઈ શકે છે. આ જ કારણ છે કે ત્રીજા વિશ્વના દેશો અને ગરીબ સમુદાયોમાં સૌર ઊર્જાના ઉપયોગ માટે લીડ એસિડ બેટરીનો સૌથી વધુ ઉપયોગ થાય છે.

બેટરીના કાર્યકાળ દરમિયાન તેના અવક્ષયથી બેટરીની કામગીરી પર ભારે અસર પડે છે, તેનું પ્રદર્શન સ્થિર હોતું નથી જે અચાનક નિષ્ફળતા સાથે સમાપ્ત થાય છે. તેના બદલે, ક્ષમતા અને પૂરી પાડવામાં આવેલ ક્ષમતા ધીમે ધીમે ઓછી થઈ શકે છે. વ્યવહારમાં, જ્યારે બેટરીની ક્ષમતા તેની મૂળ ક્ષમતાના 80% સુધી પહોંચે છે ત્યારે તેને સમાપ્ત માનવામાં આવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જ્યારે તે 20% ક્ષમતા ઓછી થાય છે. વ્યવહારમાં, આનો અર્થ એ થાય કે ઓછી માત્રામાં ઉર્જા પૂરી પાડી શકાય છે. આ સંપૂર્ણપણે સ્વતંત્ર સિસ્ટમો માટે ઉપયોગના સમયગાળા અને EV દ્વારા આવરી લેવામાં આવતા માઇલેજની માત્રાને અસર કરી શકે છે.

ધ્યાનમાં લેવાનો બીજો મુદ્દો સલામતીનો છે. ઉત્પાદન અને ટેકનોલોજીમાં પ્રગતિ સાથે, તાજેતરની બેટરીઓ સામાન્ય રીતે રાસાયણિક રીતે વધુ સ્થિર બની છે. જોકે, અધોગતિ અને દુરુપયોગના ઇતિહાસને કારણે, કોષો થર્મલ રનઅવેમાં જઈ શકે છે જે વિનાશક પરિણામો તરફ દોરી શકે છે અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં ગ્રાહકોના જીવનને જોખમમાં મૂકી શકે છે.

આ જ કારણ છે કે કંપનીઓએ બેટરીના ઉપયોગને નિયંત્રિત કરવા માટે વધુ સારું બેટરી મોનિટરિંગ સોફ્ટવેર (BMS) વિકસાવ્યું છે, પરંતુ સમયસર જાળવણી પૂરી પાડવા અને ગંભીર પરિણામો ટાળવા માટે આરોગ્યની સ્થિતિનું પણ નિરીક્ષણ કર્યું છે.

નિષ્કર્ષ

ગ્રીડ-ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ મુખ્ય ગ્રીડથી વીજળી સ્વતંત્રતા પ્રાપ્ત કરવાની એક મહાન તક પૂરી પાડે છે પરંતુ ડાઉનટાઇમ અને પીક લોડ સમયગાળા દરમિયાન વીજળીનો બેકઅપ સ્ત્રોત પણ પૂરો પાડે છે. આ વિકાસ હરિયાળા ઉર્જા સ્ત્રોતો તરફ સ્થળાંતરને સરળ બનાવશે, આમ વપરાશમાં સતત વૃદ્ધિ સાથે ઊર્જા જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરતી વખતે આબોહવા પરિવર્તન પર ઊર્જા ઉત્પાદનની અસરને મર્યાદિત કરશે.

બેટરી ઉર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે અને વિવિધ રોજિંદા એપ્લિકેશનો માટે ગોઠવવા માટે સૌથી સરળ છે. તેમની ઉચ્ચ સુગમતા પ્રમાણમાં ઊંચી કિંમત દ્વારા સામનો કરવામાં આવે છે, જેના કારણે સંબંધિત આયુષ્ય શક્ય તેટલું લંબાવવા માટે દેખરેખ વ્યૂહરચનાઓનો વિકાસ થાય છે. હાલમાં, ઉદ્યોગ અને શિક્ષણવિદો વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં બેટરીના ઘટાડાની તપાસ અને સમજવા માટે ઘણા પ્રયત્નો કરી રહ્યા છે.