Վերջին 50 տարիների ընթացքում համաշխարհային էլեկտրաէներգիայի սպառումը շարունակաբար աճել է, 2021 թվականին այն կազմել է մոտ 25,300 տերավատտ-ժամ։ Արդյունաբերություն 4.0-ին անցման հետ մեկտեղ ամբողջ աշխարհում էներգիայի պահանջարկն աճում է։ Այս թվերը տարեցտարի աճում են՝ չհաշված արդյունաբերական և այլ տնտեսական ոլորտների էներգիայի պահանջարկը։ Այս արդյունաբերական տեղաշարժը և բարձր էներգիայի սպառումը զուգորդվում են կլիմայի փոփոխության ավելի զգալի հետևանքների հետ՝ ջերմոցային գազերի չափազանց մեծ արտանետումների պատճառով։ Ներկայումս էլեկտրաէներգիայի արտադրության կայանների և կառույցների մեծ մասը մեծապես կախված է բրածո վառելիքի աղբյուրներից (նավթ և գազ)՝ նման պահանջարկը բավարարելու համար։ Այս կլիմայական մտահոգությունները խոչընդոտում են ավանդական մեթոդներով լրացուցիչ էներգիայի արտադրությունը։ Այսպիսով, արդյունավետ և հուսալի էներգախնայողության համակարգերի մշակումը դարձել է ավելի կարևոր՝ վերականգնվող աղբյուրներից էներգիայի շարունակական և հուսալի մատակարարումն ապահովելու համար։
Էներգետիկ ոլորտը արձագանքել է՝ անցնելով վերականգնվող էներգիայի կամ «կանաչ» լուծումների: Անցումը նպաստել է արտադրական տեխնիկայի կատարելագործմանը, որը, օրինակ, հանգեցրել է քամու տուրբինների թիակների ավելի արդյունավետ արտադրության: Բացի այդ, հետազոտողները կարողացել են բարելավել ֆոտովոլտային մարտկոցների արդյունավետությունը, ինչը հանգեցրել է օգտագործման յուրաքանչյուր տարածքի համար էներգիայի ավելի լավ արտադրության: 2021 թվականին արևային ֆոտովոլտային (ՖՎ) աղբյուրներից էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը զգալիորեն աճել է՝ հասնելով ռեկորդային 179 ՏՎտժ-ի և ներկայացնելով 22% աճ 2020 թվականի համեմատ: Արևային ֆոտովոլտային տեխնոլոգիան այժմ կազմում է համաշխարհային էլեկտրաէներգիայի արտադրության 3.6%-ը և ներկայումս վերականգնվող էներգիայի երրորդ խոշորագույն աղբյուրն է հիդրոէլեկտրակայանից և քամուց հետո:
Սակայն այս առաջընթացները չեն լուծում վերականգնվող էներգիայի համակարգերի որոշ ներքին թերություններ, հիմնականում՝ մատչելիության խնդիրը: Այս մեթոդների մեծ մասը չի արտադրում պահանջարկի դեպքում էներգիա, ինչպես ածխի և նավթի էլեկտրակայանները: Օրինակ՝ արևային էներգիայի արտադրությունը հասանելի է ամբողջ օրվա ընթացքում՝ տատանումներով, որոնք կախված են արևի ճառագայթման անկյուններից և ֆոտովոլտային վահանակների դիրքից: Այն չի կարող էներգիա արտադրել գիշերը, մինչդեռ դրա արտադրությունը զգալիորեն նվազում է ձմեռային սեզոնին և շատ ամպամած օրերին: Քամու էներգիան նույնպես տուժում է քամու արագությունից կախված տատանումներից: Հետևաբար, այս լուծումները պետք է զուգակցվեն էներգիայի կուտակման համակարգերի հետ՝ ցածր արտադրողականության ժամանակահատվածներում էներգամատակարարումը պահպանելու համար:
Ի՞նչ են էներգիայի կուտակման համակարգերը։
Էներգիայի կուտակման համակարգերը կարող են կուտակել էներգիա՝ հետագա փուլում օգտագործելու համար: Որոշ դեպքերում, կուտակված և տրամադրված էներգիայի միջև տեղի է ունենում էներգիայի փոխակերպման մի ձև: Ամենատարածված օրինակը էլեկտրական մարտկոցներն են, ինչպիսիք են լիթիում-իոնային կամ կապար-թթվային մարտկոցները: Դրանք էլեկտրական էներգիա են մատակարարում էլեկտրոդների և էլեկտրոլիտի միջև քիմիական ռեակցիաների միջոցով:
Մարտկոցները կամ BESS-ը (մարտկոցային էներգիայի կուտակման համակարգ) ներկայացնում են էներգիայի կուտակման ամենատարածված մեթոդը, որն օգտագործվում է առօրյա կյանքում: Գոյություն ունեն այլ կուտակման համակարգեր, ինչպիսիք են հիդրոէլեկտրակայանները, որոնք ամբարտակում պահվող ջրի պոտենցիալ էներգիան վերածում են էլեկտրական էներգիայի: Ներքև թափվող ջուրը կշրջի տուրբինի թափանիվը, որն արտադրում է էլեկտրական էներգիա: Մեկ այլ օրինակ է սեղմված գազը, որի արտանետումից հետո գազը կշրջի տուրբինի անիվը՝ արտադրելով էներգիա:
Մարտկոցները պահեստավորման մյուս մեթոդներից տարբերող գործոններն են դրանց գործունեության պոտենցիալ ոլորտները: Փոքր սարքերից և ավտոմեքենաների էլեկտրամատակարարումից մինչև կենցաղային կիրառություններ և խոշոր արևային ֆերմաներ, մարտկոցները կարող են անխափան ինտեգրվել ցանցից դուրս ցանկացած պահեստավորման կիրառման մեջ: Մյուս կողմից, հիդրոէներգիան և սեղմված օդի մեթոդները պահանջում են շատ մեծ և բարդ ենթակառուցվածքներ պահեստավորման համար: Սա հանգեցնում է շատ բարձր ծախսերի, որոնք պահանջում են շատ մեծ կիրառություններ, որպեսզի արդարացվեն:
Օգտագործման դեպքեր ցանցից դուրս կուտակիչ համակարգերի համար։
Ինչպես արդեն նշվել է, ցանցից դուրս կուտակման համակարգերը կարող են հեշտացնել վերականգնվող էներգիայի մեթոդների, ինչպիսիք են արևային և քամու էներգիան, օգտագործումը և դրանցից կախվածությունը։ Այնուամենայնիվ, կան այլ կիրառություններ, որոնք կարող են մեծապես օգուտ քաղել նման համակարգերից։
Քաղաքային էլեկտրացանցերը նպատակ ունեն ապահովել յուրաքանչյուր քաղաքի մատակարարման և պահանջարկի հիման վրա անհրաժեշտ քանակությամբ էլեկտրաէներգիա։ Պահանջվող էլեկտրաէներգիան կարող է տատանվել օրվա ընթացքում։ Ցանցից դուրս կուտակման համակարգերն օգտագործվել են տատանումները մեղմելու և գագաթնակետային պահանջարկի դեպքերում ավելի մեծ կայունություն ապահովելու համար։ Այլ տեսանկյունից, ցանցից դուրս կուտակման համակարգերը կարող են շատ օգտակար լինել գլխավոր էլեկտրացանցում կամ նախատեսված սպասարկման ժամանակահատվածներում ցանկացած անկանխատեսելի տեխնիկական խափանումը փոխհատուցելու համար։ Դրանք կարող են բավարարել էլեկտրաէներգիայի պահանջները՝ առանց այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրներ փնտրելու։ Կարելի է օրինակ բերել 2023 թվականի փետրվարի սկզբին Տեխասի սառցե փոթորիկը, որը մոտ 262 000 մարդու թողեց առանց էլեկտրաէներգիայի, իսկ վերանորոգումները հետաձգվեցին դժվարին եղանակային պայմանների պատճառով։
Էլեկտրական մեքենաները մեկ այլ կիրառություն են։ Հետազոտողները մեծ ջանքեր են գործադրել մարտկոցների արտադրության և լիցքավորման/լիցքաթափման ռազմավարությունները օպտիմալացնելու համար՝ մարտկոցների կյանքի տևողությունը և հզորության խտությունը երկարացնելու համար։ Լիթիում-իոնային մարտկոցները եղել են այս փոքր հեղափոխության առաջնագծում և լայնորեն օգտագործվել են նոր էլեկտրական մեքենաներում, ինչպես նաև էլեկտրական ավտոբուսներում։ Այս դեպքում ավելի լավ մարտկոցները կարող են հանգեցնել ավելի մեծ վազքի, բայց նաև կրճատել լիցքավորման ժամանակը ճիշտ տեխնոլոգիաների դեպքում։
Այլ տեխնոլոգիական առաջընթացներ, ինչպիսիք են անօդաչու թռչող սարքերը և շարժական ռոբոտները, մեծապես օգտվել են մարտկոցների զարգացումից: Այդ շարժման և կառավարման ռազմավարությունները մեծապես կախված են մարտկոցի հզորությունից և տրամադրվող հզորությունից:
Ի՞նչ է BESS-ը
BESS-ը կամ մարտկոցային էներգիայի կուտակման համակարգը էներգիայի կուտակման համակարգ է, որը կարող է օգտագործվել էներգիա կուտակելու համար: Այս էներգիան կարող է ստացվել գլխավոր ցանցից կամ վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներից, ինչպիսիք են քամու էներգիան և արևային էներգիան: Այն բաղկացած է մի քանի մարտկոցներից, որոնք դասավորված են տարբեր կոնֆիգուրացիաներով (շարքային/զուգահեռ) և չափսերով՝ կախված պահանջներից: Դրանք միացված են ինվերտորի, որն օգտագործվում է հաստատուն հոսանքի էներգիան փոփոխական հոսանքի փոխակերպելու համար՝ օգտագործման համար: Ամարտկոցի կառավարման համակարգ (BMS)օգտագործվում է մարտկոցի վիճակը և լիցքավորման/լիցքաթափման գործընթացը վերահսկելու համար։
Համեմատած այլ էներգակուտակման համակարգերի հետ, դրանք հատկապես ճկուն են տեղադրման/միացման հարցում և չեն պահանջում բարձր գնով ենթակառուցվածքներ, սակայն դրանք դեռևս ունեն զգալի ծախսեր և պահանջում են ավելի կանոնավոր սպասարկում՝ կախված օգտագործումից։
BESS չափսերի և օգտագործման սովորությունների ընտրություն
Մարտկոցի էներգիայի կուտակման համակարգ տեղադրելիս կարևորագույն կետը չափսերն են։ Քանի՞ մարտկոց է անհրաժեշտ։ Ի՞նչ կոնֆիգուրացիայով։ Որոշ դեպքերում մարտկոցի տեսակը կարող է կարևոր դեր խաղալ երկարաժամկետում՝ ծախսերի խնայողության և արդյունավետության առումով։
Սա արվում է յուրաքանչյուր դեպքի համար առանձին հիմունքներով, քանի որ կիրառությունները կարող են տատանվել փոքր տնային տնտեսություններից մինչև խոշոր արդյունաբերական գործարաններ։
Փոքր տնային տնտեսությունների համար, հատկապես քաղաքային տարածքներում, ամենատարածված վերականգնվող էներգիայի աղբյուրը արևային էներգիան է՝ օգտագործելով ֆոտովոլտային վահանակներ: Ինժեները, ընդհանուր առմամբ, կհաշվի առնի տնային տնտեսության միջին էներգիայի սպառումը և կգնահատի արևային ճառագայթումը տարվա ընթացքում՝ տվյալ վայրի համար: Մարտկոցների քանակը և դրանց ցանցի կոնֆիգուրացիան ընտրվում են այնպես, որ համապատասխանեն տնային տնտեսության պահանջարկին տարվա ամենացածր արևային էներգիայի մատակարարման ժամանակահատվածում՝ առանց մարտկոցները ամբողջությամբ սպառելու: Սա ենթադրում է լուծում, որը ենթադրում է ամբողջական էներգիայի անկախություն գլխավոր ցանցից:
Մարտկոցների համեմատաբար չափավոր լիցքի վիճակը պահպանելը կամ դրանք լիովին չլիցքաթափելը սկզբում կարող է հակասական թվալ։ Ի վերջո, ինչո՞ւ օգտագործել կուտակիչ համակարգ, եթե չենք կարող դրա ողջ ներուժը օգտագործել։ Տեսականորեն դա հնարավոր է, բայց դա կարող է չլինել այն ռազմավարությունը, որը մեծացնում է ներդրումների եկամտաբերությունը։
BESS-ի հիմնական թերություններից մեկը մարտկոցների համեմատաբար բարձր գինն է: Հետևաբար, կարևոր է ընտրել օգտագործման այնպիսի սովորություն կամ լիցքավորման/լիցքաթափման ռազմավարություն, որը մեծացնում է մարտկոցի կյանքի տևողությունը: Օրինակ, կապարաթթվային մարտկոցները չեն կարող լիցքաթափվել 50%-ից ցածր հզորությամբ՝ առանց անդառնալի վնասի ենթարկվելու: Լիթիում-իոնային մարտկոցներն ունեն ավելի բարձր էներգիայի խտություն, երկար ցիկլի կյանք: Դրանք կարող են նաև լիցքաթափվել ավելի մեծ տիրույթներում, բայց դա գալիս է գնի բարձրացման գնով: Տարբեր քիմիական նյութերի միջև գնի մեծ տարբերություն կա, կապարաթթվային մարտկոցները կարող են հարյուրավորից մինչև հազարավոր դոլարներով ավելի էժան լինել, քան նույն չափի լիթիում-իոնային մարտկոցը: Ահա թե ինչու կապարաթթվային մարտկոցները ամենաշատն են օգտագործվում արևային էներգիայի կիրառություններում երրորդ աշխարհի երկրներում և աղքատ համայնքներում:
Մարտկոցի աշխատանքի վրա մեծապես ազդում է վատթարացումը իր կյանքի ընթացքում, այն չունի կայուն աշխատանք, որն ավարտվում է հանկարծակի խափանումով: Փոխարենը, մարտկոցի աշխատանքային հզորությունը և մատակարարումը կարող են աստիճանաբար նվազել: Գործնականում, մարտկոցի աշխատանքային կյանքը համարվում է սպառված, երբ դրա հզորությունը հասնում է իր սկզբնական հզորության 80%-ին: Այլ կերպ ասած, երբ այն ունենում է հզորության 20% նվազում: Գործնականում սա նշանակում է, որ կարող է մատակարարվել ավելի քիչ էներգիա: Սա կարող է ազդել լիովին անկախ համակարգերի օգտագործման ժամանակահատվածի և էլեկտրական մեքենայի կողմից անցած վազքի քանակի վրա:
Հաշվի առնելու մեկ այլ կետ է անվտանգությունը: Արտադրության և տեխնոլոգիաների զարգացման շնորհիվ, վերջին ժամանակների մարտկոցները, ընդհանուր առմամբ, քիմիապես ավելի կայուն են եղել: Այնուամենայնիվ, քայքայման և չարաշահման պատմության պատճառով, մարտկոցները կարող են ջերմային փախուստի ենթարկվել, ինչը կարող է հանգեցնել աղետալի հետևանքների և որոշ դեպքերում վտանգի ենթարկել սպառողների կյանքը:
Ահա թե ինչու ընկերությունները մշակել են մարտկոցի ավելի լավ մոնիթորինգի ծրագրային ապահովում (BMS)՝ մարտկոցի օգտագործումը վերահսկելու, բայց նաև առողջության վիճակը վերահսկելու համար՝ ժամանակին սպասարկում ապահովելու և ծանր հետևանքներից խուսափելու համար։
Եզրակացություն
Ցանցային էներգիայի կուտակման համակարգերը հիանալի հնարավորություն են ընձեռում հիմնական ցանցից էներգետիկ անկախության հասնելու համար, բայց նաև ապահովում են էներգիայի պահեստային աղբյուր անսարքությունների և գագաթնակետային բեռի ժամանակահատվածներում: Այս զարգացումը կնպաստի անցմանը դեպի ավելի կանաչ էներգիայի աղբյուրներ, այդպիսով սահմանափակելով էներգիայի արտադրության ազդեցությունը կլիմայի փոփոխության վրա՝ միաժամանակ բավարարելով էներգիայի պահանջները սպառման անընդհատ աճի պայմաններում:
Մարտկոցի էներգիայի կուտակման համակարգերը ամենատարածվածն են և ամենահեշտը կարգավորելու համար՝ տարբեր առօրյա կիրառությունների համար: Դրանց բարձր ճկունությանը հակադրվում է համեմատաբար բարձր արժեքը, ինչը հանգեցնում է մոնիթորինգի ռազմավարությունների մշակմանը՝ համապատասխան ծառայության ժամկետը հնարավորինս երկարացնելու համար: Ներկայումս արդյունաբերությունը և ակադեմիական աշխարհը մեծ ջանքեր են գործադրում տարբեր պայմաններում մարտկոցների քայքայումը հետազոտելու և հասկանալու համար:
Առնչվող հոդված՝
Անհատականացված էներգետիկ լուծումներ՝ էներգիայի հասանելիության հեղափոխական մոտեցումներ
Վերականգնվող էներգիայի մաքսիմալացում. մարտկոցային էներգիայի կուտակման դերը
Ծովային էներգիայի կուտակման համակարգերի համար մարտկոցային տեխնոլոգիայի առաջընթացները
