ბოლო 50 წლის განმავლობაში, გლობალური ელექტროენერგიის მოხმარება უწყვეტად იზრდება, 2021 წლისთვის მისი სავარაუდო მოხმარება დაახლოებით 25,300 ტერავატ/საათს შეადგენს. ინდუსტრია 4.0-ზე გადასვლასთან ერთად, მთელ მსოფლიოში ენერგიაზე მოთხოვნა იზრდება. ეს რიცხვები ყოველწლიურად იზრდება, ინდუსტრიული და სხვა ეკონომიკური სექტორების ელექტროენერგიის მოთხოვნების გამოკლებით. ამ ინდუსტრიულ ცვლილებას და მაღალ ენერგომოხმარებას თან ახლავს კლიმატის ცვლილების უფრო ხელშესახები შედეგები, რაც გამოწვეულია სათბურის გაზების ჭარბი გამოყოფით. ამჟამად, ელექტროენერგიის გენერაციის სადგურებისა და ობიექტების უმეტესობა მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული წიაღისეული საწვავის წყაროებზე (ნავთობი და გაზი) ასეთი მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. კლიმატის ცვლილებასთან დაკავშირებული ეს პრობლემები ხელს უშლის დამატებითი ენერგიის გენერაციას ტრადიციული მეთოდებით. ამრიგად, ეფექტური და საიმედო ენერგიის შენახვის სისტემების შემუშავება სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება განახლებადი წყაროებიდან ენერგიის უწყვეტი და საიმედო მიწოდების უზრუნველსაყოფად.
ენერგეტიკის სექტორმა ამ ტენდენციას განახლებადი ენერგიის ან „მწვანე“ გადაწყვეტილებებისკენ გადასვლით უპასუხა. გადასვლას ხელი შეუწყო წარმოების გაუმჯობესებულმა ტექნიკამ, რამაც, მაგალითად, ქარის ტურბინის პირების უფრო ეფექტური წარმოება გამოიწვია. ასევე, მკვლევარებმა შეძლეს ფოტოელექტრული უჯრედების ეფექტურობის გაუმჯობესება, რამაც გამოყენების თითოეულ ფართობზე ენერგიის უკეთესი გამომუშავება გამოიწვია. 2021 წელს მზის ფოტოელექტრული (PV) წყაროებიდან ელექტროენერგიის გამომუშავება მნიშვნელოვნად გაიზარდა, მიაღწია რეკორდულ 179 ტერავატ/სთ-ს და წარმოადგენს 22%-იან ზრდას 2020 წელთან შედარებით. მზის ფოტოელექტრული ტექნოლოგია ამჟამად გლობალური ელექტროენერგიის გამომუშავების 3.6%-ს შეადგენს და ამჟამად ის მესამე უდიდესი განახლებადი ენერგიის წყაროა ჰიდროელექტროსადგურისა და ქარის ენერგიის შემდეგ.
თუმცა, ეს მიღწევები ვერ აგვარებს განახლებადი ენერგიის სისტემების ზოგიერთ თანდაყოლილ ნაკლოვანებას, ძირითადად ხელმისაწვდომობას. ამ მეთოდების უმეტესობა არ აწარმოებს ენერგიას მოთხოვნისამებრ, როგორც ნახშირისა და ნავთობის ელექტროსადგურები. მაგალითად, მზის ენერგიის გამომუშავება ხელმისაწვდომია მთელი დღის განმავლობაში, მზის დასხივების კუთხისა და ფოტოელექტრული პანელების პოზიციონირების მიხედვით. მას არ შეუძლია ენერგიის გამომუშავება ღამით, ხოლო მისი გამომუშავება მნიშვნელოვნად მცირდება ზამთრის სეზონზე და ძალიან მოღრუბლულ დღეებში. ქარის ენერგია ასევე განიცდის ქარის სიჩქარის მიხედვით რყევებს. ამიტომ, ეს გადაწყვეტილებები უნდა იყოს დაკავშირებული ენერგიის შენახვის სისტემებთან, რათა შენარჩუნდეს ენერგომომარაგება დაბალი გამომუშავების პერიოდებში.
რა არის ენერგიის შენახვის სისტემები?
ენერგიის შენახვის სისტემებს შეუძლიათ ენერგიის შენახვა მოგვიანებით გამოსაყენებლად. ზოგიერთ შემთხვევაში, შენახულ და მიწოდებულ ენერგიას შორის ენერგიის გარდაქმნის ერთგვარი ფორმა იქნება. ყველაზე გავრცელებული მაგალითია ელექტრო აკუმულატორები, როგორიცაა ლითიუმ-იონური ან ტყვიის მჟავა აკუმულატორები. ისინი ელექტროენერგიას ელექტროდებსა და ელექტროლიტს შორის ქიმიური რეაქციების გზით გამოყოფენ.
აკუმულატორები, ანუ BESS (აკუმულატორის ენერგიის შენახვის სისტემა), წარმოადგენს ენერგიის შენახვის ყველაზე გავრცელებულ მეთოდს, რომელიც გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. არსებობს სხვა შენახვის სისტემებიც, როგორიცაა ჰიდროელექტროსადგურები, რომლებიც კაშხალში შენახული წყლის პოტენციურ ენერგიას ელექტროენერგიად გარდაქმნიან. ჩამოვარდნილი წყალი ატრიალებს ტურბინის მფრინავ ბორბალს, რომელიც ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს. კიდევ ერთი მაგალითია შეკუმშული აირი, რომლის გამოთავისუფლების შემდეგ აირი ატრიალებს ტურბინის ბორბალს და გამოიმუშავებს ენერგიას.
ბატარეები სხვა შენახვის მეთოდებისგან მათი პოტენციური გამოყენების სფეროებია. მცირე ზომის მოწყობილობებიდან და ავტომობილების ენერგომომარაგებიდან დაწყებული საყოფაცხოვრებო და დიდი მზის ელექტროსადგურებით დამთავრებული, ბატარეები შეიძლება შეუფერხებლად ინტეგრირდეს ნებისმიერ ქსელიდან გამორთულ შენახვის აპლიკაციაში. მეორეს მხრივ, ჰიდროენერგია და შეკუმშული ჰაერის მეთოდები შენახვისთვის ძალიან დიდ და რთულ ინფრასტრუქტურას მოითხოვს. ეს იწვევს ძალიან მაღალ ხარჯებს, რომელთა გამართლებისთვის ძალიან დიდი გამოყენებაა საჭირო.
ქსელისგან გამორთული ენერგიის შენახვის სისტემების გამოყენების შემთხვევები.
როგორც ადრე აღვნიშნეთ, ქსელისგან დამოუკიდებელი ენერგიის შენახვის სისტემები ხელს უწყობს განახლებადი ენერგიის მეთოდების, როგორიცაა მზის და ქარის ენერგია, გამოყენებას და მათზე დამოკიდებულებას. მიუხედავად ამისა, არსებობს სხვა გამოყენებებიც, რომლებსაც შეუძლიათ დიდი სარგებელი მოუტანონ ასეთ სისტემებს.
ქალაქის ელექტროქსელების მიზანია უზრუნველყოს ელექტროენერგიის საჭირო რაოდენობა თითოეული ქალაქის მიწოდებისა და მოთხოვნის საფუძველზე. საჭირო ენერგია შეიძლება მერყეობდეს დღის განმავლობაში. ქსელიდან გამორთული შენახვის სისტემები გამოიყენება რყევების შესამცირებლად და პიკური მოთხოვნის შემთხვევებში მეტი სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად. სხვა პერსპექტივიდან გამომდინარე, ქსელიდან გამორთული შენახვის სისტემები შეიძლება ძალიან სასარგებლო იყოს მთავარ ელექტროქსელში ან დაგეგმილი ტექნიკური მომსახურების პერიოდებში ნებისმიერი გაუთვალისწინებელი ტექნიკური გაუმართაობის კომპენსაციისთვის. მათ შეუძლიათ დააკმაყოფილონ ელექტროენერგიის საჭიროებები ალტერნატიული ენერგიის წყაროების ძიების გარეშე. მაგალითად, შეიძლება მოვიყვანოთ ტეხასის ყინულის ქარიშხალი 2023 წლის თებერვლის დასაწყისში, რომელმაც დაახლოებით 262 000 ადამიანი ელექტროენერგიის გარეშე დატოვა, ხოლო შეკეთება რთული ამინდის პირობების გამო გადაიდო.
ელექტრომობილები კიდევ ერთი გამოყენებაა. მკვლევარებმა დიდი ძალისხმევა დახარჯეს ელემენტების წარმოებისა და დატენვის/განმუხტვის სტრატეგიების ოპტიმიზაციაზე, რათა გაეხანგრძლივებინათ ელემენტების სიცოცხლის ხანგრძლივობა და სიმძლავრის სიმკვრივე. ლითიუმ-იონური ელემენტები ამ მცირე რევოლუციის წინა პლანზე იყო და ფართოდ გამოიყენებოდა ახალ ელექტრომობილებში, ასევე ელექტრო ავტობუსებში. ამ შემთხვევაში, უკეთესი ელემენტები შეიძლება გამოიწვიოს უფრო დიდი გარბენი, მაგრამ ასევე შეამციროს დატენვის დრო სწორი ტექნოლოგიების გამოყენებით.
სხვა ტექნოლოგიურმა მიღწევებმა, როგორიცაა უპილოტო საფრენი აპარატები და მობილური რობოტები, დიდად ისარგებლა ელემენტების განვითარებით. მათი მოძრაობის და კონტროლის სტრატეგიები მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული ელემენტის სიმძლავრესა და მოწოდებულ სიმძლავრეზე.
რა არის BESS?
BESS ანუ ბატარეის ენერგიის შენახვის სისტემა არის ენერგიის შენახვის სისტემა, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია ენერგიის შესანახად. ეს ენერგია შეიძლება მოდიოდეს მთავარი ქსელიდან ან განახლებადი ენერგიის წყაროებიდან, როგორიცაა ქარის ენერგია და მზის ენერგია. ის შედგება რამდენიმე ბატარეისგან, რომლებიც განლაგებულია სხვადასხვა კონფიგურაციაში (სერიული/პარალელური) და ზომით მოთხოვნების მიხედვით. ისინი დაკავშირებულია ინვერტორთან, რომელიც გამოიყენება მუდმივი დენის ცვლად დენად გარდასაქმნელად. Aბატარეის მართვის სისტემა (BMS)გამოიყენება ბატარეის მდგომარეობისა და დატენვის/განმუხტვის პროცესის მონიტორინგისთვის.
სხვა ენერგიის შენახვის სისტემებთან შედარებით, ისინი განსაკუთრებით მოქნილია განლაგების/დაკავშირების თვალსაზრისით და არ საჭიროებენ მაღალ ძვირადღირებულ ინფრასტრუქტურას, თუმცა მაინც საკმაოდ ძვირი ჯდება და გამოყენების მიხედვით უფრო რეგულარულ მოვლას საჭიროებს.
BESS-ის ზომები და გამოყენების ჩვევები
ბატარეის ენერგიის შენახვის სისტემის დაყენებისას გადამწყვეტი საკითხია ზომების გათვალისწინება. რამდენი ელემენტია საჭირო? რა კონფიგურაციით? ზოგიერთ შემთხვევაში, ელემენტის ტიპს შეუძლია გადამწყვეტი როლი ითამაშოს გრძელვადიან პერსპექტივაში ხარჯების დაზოგვისა და ეფექტურობის თვალსაზრისით.
ეს კეთდება თითოეულ შემთხვევაში ინდივიდუალურად, რადგან გამოყენება შეიძლება მოიცავდეს მცირე ოჯახებიდან დაწყებული დიდი სამრეწველო ქარხნებით დამთავრებული.
მცირე ოჯახებისთვის, განსაკუთრებით ურბანულ რაიონებში, ყველაზე გავრცელებული განახლებადი ენერგიის წყაროა მზის ენერგია, რომელიც იყენებს ფოტოელექტრულ პანელებს. ინჟინერი, როგორც წესი, ითვალისწინებს ოჯახის საშუალო ენერგომოხმარებას და აფასებს მზის გამოსხივებას წლის განმავლობაში კონკრეტული ადგილმდებარეობისთვის. ელემენტების რაოდენობა და მათი ქსელის კონფიგურაცია შეირჩევა ისე, რომ შეესაბამებოდეს ოჯახის მოთხოვნებს წლის ყველაზე დაბალი მზის ენერგიის მიწოდების დროს, ისე, რომ სრულად არ დაცლიდეს ელემენტები. ეს იმ ვარაუდობს, რომ გამოსავალი სრული ენერგომომარაგებაა მთავარი ქსელისგან.
შედარებით ზომიერი დატენვის მდგომარეობის შენარჩუნება ან აკუმულატორების სრულად დაუცლა თავიდან შეიძლება არაინტუიციურად მოგეჩვენოთ. ბოლოს და ბოლოს, რატომ უნდა გამოვიყენოთ შენახვის სისტემა, თუ მისი სრული პოტენციალის გამოყენება არ შეგვიძლია? თეორიულად ეს შესაძლებელია, მაგრამ შესაძლოა ეს არ იყოს ის სტრატეგია, რომელიც მაქსიმალურად გაზრდის ინვესტიციის ანაზღაურებას.
BESS-ის ერთ-ერთი მთავარი ნაკლი აკუმულატორების შედარებით მაღალი ფასია. ამიტომ, აუცილებელია ისეთი გამოყენების ჩვევის ან დატენვის/განმუხტვის სტრატეგიის არჩევა, რომელიც მაქსიმალურად გაზრდის აკუმულატორის სიცოცხლის ხანგრძლივობას. მაგალითად, ტყვიმჟავა აკუმულატორების დაცლა 50%-ზე ნაკლები სიმძლავრით შეუქცევადი დაზიანების გარეშე შეუძლებელია. ლითიუმ-იონურ აკუმულატორებს აქვთ უფრო მაღალი ენერგიის სიმკვრივე და ხანგრძლივი ციკლის ვადა. მათი დაცლა ასევე შესაძლებელია უფრო დიდი დიაპაზონის გამოყენებით, მაგრამ ეს ფასის ზრდას იწვევს. სხვადასხვა ქიმიურ შემადგენლობას შორის ფასში დიდი განსხვავებაა, ტყვიმჟავა აკუმულატორები შეიძლება ასობით და ათასობით დოლარით იაფი იყოს იმავე ზომის ლითიუმ-იონურ აკუმულატორზე. სწორედ ამიტომ გამოიყენება ტყვიმჟავა აკუმულატორები მზის ენერგიის გამოყენებაში მესამე სამყაროს ქვეყნებსა და ღარიბ თემებში.
ელემენტის მუშაობაზე მნიშვნელოვნად მოქმედებს დეგრადაცია მისი სიცოცხლის ციკლის განმავლობაში, მას არ აქვს სტაბილური მუშაობა, რაც უეცარი გაუმართაობით მთავრდება. ამის ნაცვლად, მისი სიმძლავრე და მოწოდებული ენერგია შეიძლება თანდათანობით შემცირდეს. პრაქტიკაში, ელემენტის სიცოცხლის ციკლი ამოწურულად ითვლება, როდესაც მისი სიმძლავრე თავდაპირველი სიმძლავრის 80%-ს აღწევს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როდესაც ის განიცდის სიმძლავრის 20%-იან კლებას. პრაქტიკაში, ეს ნიშნავს, რომ შესაძლებელია ენერგიის უფრო დაბალი რაოდენობის მიწოდება. ამან შეიძლება გავლენა მოახდინოს სრულად დამოუკიდებელი სისტემების გამოყენების პერიოდებზე და ელექტრომობილის მიერ გავლილი გარბენის რაოდენობაზე.
კიდევ ერთი გასათვალისწინებელი საკითხი უსაფრთხოებაა. წარმოებისა და ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, უახლესი აკუმულატორები, ზოგადად, ქიმიურად უფრო სტაბილური გახდა. თუმცა, დეგრადაციისა და გამოყენების ისტორიის გამო, უჯრედები შეიძლება თერმული გადინების პროცესში გადავიდნენ, რამაც შეიძლება კატასტროფული შედეგები გამოიწვიოს და ზოგიერთ შემთხვევაში მომხმარებლის სიცოცხლეს საფრთხე შეუქმნას.
სწორედ ამიტომ, კომპანიებმა შეიმუშავეს უკეთესი ბატარეის მონიტორინგის პროგრამული უზრუნველყოფა (BMS), რათა გააკონტროლონ ბატარეის გამოყენება, ასევე აკონტროლონ მისი მდგომარეობა, რათა უზრუნველყონ დროული ტექნიკური მომსახურება და თავიდან აიცილონ დამამძიმებელი შედეგები.
დასკვნა
ქსელური ენერგიის შენახვის სისტემები შესანიშნავ შესაძლებლობას იძლევა, მიღწეულ იქნას ენერგომომარაგების დამოუკიდებლობა მთავარი ქსელისგან, ასევე უზრუნველყოფილი იყოს ენერგიის სარეზერვო წყარო შეფერხებებისა და პიკური დატვირთვის პერიოდებში. ასეთი განვითარება ხელს შეუწყობს უფრო მწვანე ენერგიის წყაროებზე გადასვლას, რითაც შეიზღუდება ენერგიის გენერაციის გავლენა კლიმატის ცვლილებაზე და ამავდროულად დაკმაყოფილდება ენერგიის მოთხოვნები მოხმარების მუდმივი ზრდით.
ბატარეის ენერგიის შენახვის სისტემები ყველაზე ხშირად გამოიყენება და მათი კონფიგურაცია სხვადასხვა ყოველდღიური გამოყენებისთვის ყველაზე მარტივია. მათ მაღალ მოქნილობას შედარებით მაღალი ღირებულება ეწინააღმდეგება, რაც განაპირობებს მონიტორინგის სტრატეგიების შემუშავებას შესაბამისი სიცოცხლის ხანგრძლივობის მაქსიმალურად გასახანგრძლივებლად. ამჟამად, ინდუსტრია და აკადემიური წრეები დიდ ძალისხმევას დებენ ბატარეის დეგრადაციის გამოსაკვლევად და გასაგებად სხვადასხვა პირობებში.
დაკავშირებული სტატია:
ინდივიდუალური ენერგეტიკული გადაწყვეტილებები – ენერგიაზე წვდომის რევოლუციური მიდგომები
განახლებადი ენერგიის მაქსიმიზაცია: ბატარეის ენერგიის შენახვის როლი
საზღვაო ენერგიის შენახვის სისტემებისთვის ბატარეის ტექნოლოგიის მიღწევები
