Во текот на изминатите 50 години, има континуирано зголемување на глобалната потрошувачка на електрична енергија, со проценета употреба од околу 25.300 терават-часови во 2021 година. Со транзицијата кон индустрија 4.0, има зголемување на побарувачката за енергија низ целиот свет. Овие бројки се зголемуваат секоја година, не вклучувајќи ги потребите за енергија на индустриските и другите економски сектори. Оваа индустриска промена и високата потрошувачка на енергија се поврзани со поопипливи ефекти од климатските промени поради прекумерните емисии на стакленички гасови. Во моментов, повеќето постројки и капацитети за производство на електрична енергија во голема мера се потпираат на извори на фосилни горива (нафта и гас) за да ги задоволат таквите потреби. Овие климатски проблеми го забрануваат дополнителното производство на енергија со користење на конвенционални методи. Затоа, развојот на ефикасни и сигурни системи за складирање на енергија станува сè поважен за да се обезбеди континуирано и сигурно снабдување со енергија од обновливи извори.
Енергетскиот сектор одговори со поместување кон обновлива енергија или „зелени“ решенија. Транзицијата е потпомогната од подобрените техники на производство, што доведе, на пример, до поефикасно производство на лопатки на ветерни турбини. Исто така, истражувачите беа во можност да ја подобрат ефикасноста на фотоволтаичните ќелии, што доведе до подобро производство на енергија по површина на користење. Во 2021 година, производството на електрична енергија од соларни фотоволтаични (PV) извори значително се зголеми, достигнувајќи рекордни 179 TWh и претставувајќи раст од 22% во споредба со 2020 година. Соларната фотоволтаична технологија сега сочинува 3,6% од глобалното производство на електрична енергија и во моментов е трет најголем обновлив извор на енергија по хидроенергијата и ветерот.
Сепак, овие откритија не решаваат некои од вродените недостатоци на системите за обновлива енергија, главно достапноста. Повеќето од овие методи не произведуваат енергија по потреба како електраните на јаглен и нафта. Производството на сончева енергија е на пример достапно во текот на целиот ден со варијации во зависност од аглите на сончевото зрачење и позиционирањето на фотоволтаичните панели. Не може да произведе никаква енергија во текот на ноќта, додека неговото производство е значително намалено во текот на зимската сезона и во многу облачни денови. Енергијата на ветерот, исто така, страда од флуктуации во зависност од брзината на ветерот. Затоа, овие решенија треба да се поврзат со системи за складирање на енергија за да се одржи снабдувањето со енергија во периоди на ниско производство.
Што се системи за складирање на енергија?
Системите за складирање на енергија можат да складираат енергија за да се користи во подоцнежна фаза. Во некои случаи, ќе има форма на конверзија на енергија помеѓу складираната енергија и обезбедената енергија. Најчест пример се електричните батерии како што се литиум-јонските батерии или оловно-киселинските батерии. Тие обезбедуваат електрична енергија преку хемиски реакции помеѓу електродите и електролитот.
Батериите, или BESS (систем за складирање енергија од батерии), претставуваат најчест метод за складирање енергија што се користи во секојдневниот живот. Постојат и други системи за складирање, како што се хидроцентралите кои ја претвораат потенцијалната енергија на водата складирана во брана во електрична енергија. Водата што паѓа надолу ќе го врти замаецот на турбината што произведува електрична енергија. Друг пример е компримираниот гас, по ослободувањето на гасот ќе го врти тркалото на турбината произведувајќи енергија.
Она што ги разликува батериите од другите методи на складирање се нивните потенцијални области на работа. Од мали уреди и напојување за автомобили до апликации во домаќинствата и големи соларни фарми, батериите можат беспрекорно да се интегрираат во која било апликација за складирање надвор од мрежата. Од друга страна, хидроенергијата и методите со компримиран воздух бараат многу големи и сложени инфраструктури за складирање. Ова води до многу високи трошоци што бараат многу големи апликации за да бидат оправдани.
Случаи на употреба за системи за складирање надвор од мрежата.
Како што беше претходно споменато, системите за складирање надвор од мрежата можат да го олеснат користењето и потпирањето на методите за обновлива енергија како што се сончевата и ветерната енергија. Сепак, постојат и други примени кои можат многу да имаат корист од ваквите системи.
Градските енергетски мрежи имаат за цел да обезбедат соодветна количина на енергија врз основа на понудата и побарувачката на секој град. Потребната енергија може да варира во текот на денот. Системите за складирање надвор од мрежата се користат за ублажување на флуктуациите и обезбедување поголема стабилност во случаи на врвна побарувачка. Од друга перспектива, системите за складирање надвор од мрежата можат да бидат многу корисни за компензација на каква било непредвидена техничка грешка во главната енергетска мрежа или за време на закажаните периоди за одржување. Тие можат да ги задоволат потребите за енергија без да мора да бараат алтернативни извори на енергија. Може да се наведе на пример ледената бура во Тексас на почетокот на февруари 2023 година, која остави приближно 262.000 луѓе без електрична енергија, додека поправките беа одложени поради тешките временски услови.
Електричните возила се друга примена. Истражувачите вложиле многу труд за да ги оптимизираат стратегиите за производство и полнење/празнење на батериите со цел да го продолжат животниот век и густината на моќност на батериите. Литиум-јонските батерии беа во првите редови на оваа мала револуција и беа широко користени во нови електрични автомобили, но и во електрични автобуси. Подобрите батерии во овој случај можат да доведат до поголема километража, но и до скратено време на полнење со вистинските технологии.
Други технолошки достигнувања како беспилотните летала и мобилните роботи имаат голема корист од развојот на батериите. Нивните стратегии за движење и стратегиите за контрола во голема мера зависат од капацитетот и обезбедената моќност на батеријата.
Што е БЕС
BESS или систем за складирање на енергија од батерии е систем за складирање на енергија што може да се користи за складирање на енергија. Оваа енергија може да доаѓа од главната мрежа или од обновливи извори на енергија како што се енергијата на ветерот и сончевата енергија. Составен е од повеќе батерии распоредени во различни конфигурации (сериски/паралелни) и со големина врз основа на потребите. Тие се поврзани со инвертер што се користи за претворање на еднонасочната струја во наизменична струја за употреба. Систем за управување со батерии (BMS) се користи за следење на состојбата на батериите и операцијата на полнење/празнење.
Во споредба со другите системи за складирање на енергија, тие се особено флексибилни за поставување/поврзување и не бараат многу скапа инфраструктура, но сепак имаат значителна цена и бараат поредовно одржување врз основа на употребата.
BESS димензионирање и навики за користење
Клучна точка што треба да се земе предвид при инсталирање на систем за складирање на енергија од батерии е димензионирањето. Колку батерии се потребни? Во каква конфигурација? Во некои случаи, типот на батерија може да игра клучна улога на долг рок во однос на заштедата на трошоци и ефикасноста.
Ова се прави од случај до случај, бидејќи апликациите можат да се движат од мали домаќинства до големи индустриски постројки.
Најчестиот обновлив извор на енергија за малите домаќинства, особено во урбаните средини, е сончевата енергија со фотоволтаични панели. Инженерот генерално би ја земал предвид просечната потрошувачка на енергија на домаќинството и би го проценил сончевото зрачење во текот на годината за одредена локација. Бројот на батерии и нивната мрежна конфигурација се избираат така што одговараат на побарувачката на домаќинствата за време на најниското снабдување со сончева енергија во годината, а притоа да не ги празнат батериите целосно. Ова претпоставува решение кое има целосна независност од електричната енергија од главната мрежа.
Одржувањето на релативно умерена состојба на полнење или недополнување на батериите е нешто што на почетокот може да изгледа контраинтуитивно. На крајот на краиштата, зошто да користиме систем за складирање ако не можеме да го искористиме неговиот целосен потенцијал? Во теорија, тоа е можно, но можеби тоа не е стратегија што го максимизира повратот на инвестицијата.
Еден од главните недостатоци на BESS е релативно високата цена на батериите. Затоа, изборот на навика за користење или стратегија за полнење/празнење што го максимизира животниот век на батеријата е од суштинско значење. На пример, оловните батерии не можат да се испразнат под 50% капацитет без да претрпат неповратно оштетување. Литиум-јонските батерии имаат поголема густина на енергија, долг век на траење. Тие исто така можат да се испразнат со користење на поголеми опсези, но ова доаѓа по цена на зголемена цена. Постои голема варијација во цената помеѓу различните хемиски состави, оловните батерии можат да бидат стотици до илјадници долари поевтини од литиум-јонска батерија со иста големина. Затоа оловните батерии се најкористени во соларни апликации во земјите од третиот свет и сиромашните заедници.
Перформансите на батеријата се силно погодени од деградација во текот на нејзиниот животен век, таа нема стабилни перформанси што завршуваат со ненадеен дефект. Наместо тоа, капацитетот и обезбедениот капацитет можат прогресивно да опаѓаат. Во пракса, животниот век на батеријата се смета дека е истечен кога нејзиниот капацитет достигнува 80% од оригиналниот капацитет. Со други зборови, кога доживува опаѓање на капацитетот за 20%. Во пракса, ова значи дека може да се обезбеди помала количина на енергија. Ова може да влијае на периодите на користење за целосно независни системи и на количината на километража што може да ја помине едно електрично возило.
Друга точка што треба да се земе предвид е безбедноста. Со напредокот во производството и технологијата, поновите батерии генерално се хемиски постабилни. Сепак, поради деградацијата и историјата на злоупотреба, ќелиите можат да се термички бегаат, што може да доведе до катастрофални резултати, а во некои случаи и до опасност за животот на потрошувачите.
Затоа компаниите развија подобар софтвер за следење на батериите (BMS) за контрола на користењето на батериите, но исто така и за следење на нивната здравствена состојба со цел да обезбедат навремено одржување и да избегнат влошени последици.
Заклучок
Системите за складирање на енергија преку мрежата даваат одлична можност за постигнување независност на електричната енергија од главната мрежа, но исто така обезбедуваат и резервен извор на енергија за време на застои и периоди на врвно оптоварување. Таквиот развој би го олеснил преминот кон позелени извори на енергија, со што би се ограничило влијанието на производството на енергија врз климатските промени, а сепак би се задоволиле потребите од енергија со постојан раст на потрошувачката.
Системите за складирање на енергија во батериите се најчесто користени и најлесни за конфигурирање за различни секојдневни апликации. Нивната висока флексибилност е спротивставена на релативно високата цена, што доведува до развој на стратегии за следење за да се продолжи животниот век на батериите колку што е можно повеќе. Во моментов, индустријата и академијата вложуваат многу труд за да ја истражат и разберат деградацијата на батериите под различни услови.
