वीज ग्रिडबाहेर कशी साठवायची?

गेल्या ५० वर्षांत, जागतिक वीज वापरात सतत वाढ होत आहे, २०२१ मध्ये अंदाजे २५,३०० टेरावॅट-तासांचा वापर होणार आहे. उद्योग ४.० कडे संक्रमण झाल्यामुळे, जगभरातील ऊर्जेच्या मागणीत वाढ होत आहे. दरवर्षी ही संख्या वाढत आहे, ज्यामध्ये औद्योगिक आणि इतर आर्थिक क्षेत्रांच्या वीज गरजा समाविष्ट नाहीत. हे औद्योगिक बदल आणि उच्च-ऊर्जेचा वापर ग्रीनहाऊस वायूंच्या अत्यधिक उत्सर्जनामुळे अधिक स्पष्ट हवामान बदलाच्या परिणामांशी जोडलेले आहे. सध्या, बहुतेक वीज निर्मिती प्रकल्प आणि सुविधा अशा मागण्या पूर्ण करण्यासाठी जीवाश्म इंधन स्रोतांवर (तेल आणि वायू) मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असतात. या हवामानविषयक चिंता पारंपारिक पद्धतींचा वापर करून अतिरिक्त ऊर्जा निर्मितीला प्रतिबंधित करतात. अशाप्रकारे, अक्षय स्रोतांमधून उर्जेचा सतत आणि विश्वासार्ह पुरवठा सुनिश्चित करण्यासाठी कार्यक्षम आणि विश्वासार्ह ऊर्जा साठवणूक प्रणालींचा विकास वाढत्या प्रमाणात महत्त्वाचा बनला आहे.

ऊर्जा क्षेत्राने अक्षय ऊर्जा किंवा "हिरव्या" उपायांकडे वळून प्रतिसाद दिला आहे. सुधारित उत्पादन तंत्रांमुळे या संक्रमणाला मदत झाली आहे, उदाहरणार्थ पवन टर्बाइन ब्लेडचे अधिक कार्यक्षम उत्पादन. तसेच, संशोधक फोटोव्होल्टेइक पेशींची कार्यक्षमता सुधारण्यात यशस्वी झाले आहेत, ज्यामुळे प्रति वापर क्षेत्र चांगले ऊर्जा उत्पादन झाले आहे. २०२१ मध्ये, सौर फोटोव्होल्टेइक (PV) स्त्रोतांपासून वीज निर्मिती लक्षणीयरीत्या वाढली, ती विक्रमी १७९ TWh पर्यंत पोहोचली आणि २०२० च्या तुलनेत २२% वाढ दर्शवते. सौर PV तंत्रज्ञान आता जागतिक वीज निर्मितीमध्ये ३.६% आहे आणि सध्या जलविद्युत आणि पवन नंतर तिसरा सर्वात मोठा अक्षय ऊर्जा स्रोत आहे.

तथापि, या प्रगतीमुळे अक्षय ऊर्जा प्रणालींच्या काही अंतर्निहित कमतरता, प्रामुख्याने उपलब्धता, दूर होत नाहीत. यापैकी बहुतेक पद्धती कोळसा आणि तेल ऊर्जा प्रकल्पांप्रमाणे मागणीनुसार ऊर्जा निर्माण करत नाहीत. उदाहरणार्थ, सौर ऊर्जा उत्पादन दिवसभर उपलब्ध असते, सूर्याच्या किरणोत्सर्गाच्या कोनांवर आणि पीव्ही पॅनेलच्या स्थितीनुसार बदलते. ते रात्री कोणतीही ऊर्जा निर्माण करू शकत नाही तर हिवाळ्याच्या हंगामात आणि खूप ढगाळ दिवसांमध्ये त्याचे उत्पादन लक्षणीयरीत्या कमी होते. वाऱ्याच्या वेगावर अवलंबून असलेल्या चढउतारांमुळे पवन ऊर्जेला देखील त्रास होतो. म्हणून, कमी उत्पादन कालावधीत ऊर्जा पुरवठा टिकवून ठेवण्यासाठी या उपायांना ऊर्जा साठवण प्रणालींशी जोडणे आवश्यक आहे.

ऊर्जा साठवण प्रणाली म्हणजे काय?

ऊर्जा साठवणूक प्रणाली नंतरच्या टप्प्यात वापरण्यासाठी ऊर्जा साठवू शकतात. काही प्रकरणांमध्ये, साठवलेली ऊर्जा आणि प्रदान केलेली ऊर्जा यांच्यात ऊर्जा रूपांतरणाचा एक प्रकार असेल. सर्वात सामान्य उदाहरण म्हणजे लिथियम-आयन बॅटरी किंवा लीड-अ‍ॅसिड बॅटरी सारख्या इलेक्ट्रिक बॅटरी. त्या इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील रासायनिक अभिक्रियांद्वारे विद्युत ऊर्जा प्रदान करतात.

बॅटरीज, किंवा BESS (बॅटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम), दैनंदिन जीवनात वापरल्या जाणाऱ्या सर्वात सामान्य ऊर्जा साठवण पद्धतीचे प्रतिनिधित्व करतात. इतर साठवण प्रणाली अस्तित्वात आहेत जसे की जलविद्युत प्रकल्प जे धरणात साठवलेल्या पाण्याच्या संभाव्य उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करतात. खाली पडणारे पाणी टर्बाइनचे फ्लायव्हील फिरवेल जे विद्युत ऊर्जा निर्माण करते. दुसरे उदाहरण म्हणजे कॉम्प्रेस्ड गॅस, सोडल्यावर गॅस टर्बाइनचे चाक फिरवेल ज्यामुळे वीज निर्माण होते.

बॅटरीजना इतर स्टोरेज पद्धतींपासून वेगळे करणारी गोष्ट म्हणजे त्यांचे संभाव्य कार्यक्षेत्र. लहान उपकरणे आणि ऑटोमोबाईल वीज पुरवठ्यापासून ते घरगुती अनुप्रयोग आणि मोठ्या सौर फार्मपर्यंत, बॅटरीज कोणत्याही ऑफ-ग्रिड स्टोरेज अनुप्रयोगात अखंडपणे एकत्रित केल्या जाऊ शकतात. दुसरीकडे, जलविद्युत आणि संकुचित हवेच्या पद्धतींना स्टोरेजसाठी खूप मोठ्या आणि जटिल पायाभूत सुविधांची आवश्यकता असते. यामुळे खूप जास्त खर्च येतो ज्यासाठी ते न्याय्य ठरविण्यासाठी खूप मोठ्या अनुप्रयोगांची आवश्यकता असते.

ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टमसाठी केसेस वापरा.

आधी सांगितल्याप्रमाणे, ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टीम सौर आणि पवन ऊर्जा सारख्या अक्षय ऊर्जा पद्धतींचा वापर आणि अवलंबित्व सुलभ करू शकतात. तरीही, अशा प्रणालींपासून मोठ्या प्रमाणात फायदा होऊ शकणारे इतर अनुप्रयोग आहेत.

शहरातील वीज ग्रिड्स प्रत्येक शहराच्या पुरवठा आणि मागणीनुसार योग्य प्रमाणात वीज पुरवण्याचे उद्दिष्ट ठेवतात. आवश्यक असलेली वीज दिवसभर चढ-उतार होऊ शकते. मागणी जास्त असताना चढ-उतार कमी करण्यासाठी आणि अधिक स्थिरता प्रदान करण्यासाठी ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टमचा वापर केला गेला आहे. वेगळ्या दृष्टिकोनातून, मुख्य पॉवर ग्रिडमध्ये किंवा नियोजित देखभाल कालावधीत कोणत्याही अनपेक्षित तांत्रिक बिघाडाची भरपाई करण्यासाठी ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टम अत्यंत फायदेशीर ठरू शकतात. पर्यायी ऊर्जा स्रोतांचा शोध न घेता ते वीज आवश्यकता पूर्ण करू शकतात. उदाहरणार्थ, फेब्रुवारी २०२३ च्या सुरुवातीला टेक्सासमध्ये झालेल्या बर्फाच्या वादळाचा उल्लेख करता येईल ज्यामुळे सुमारे २,६२,००० लोक वीजेशिवाय राहिले, तर कठीण हवामान परिस्थितीमुळे दुरुस्तीला विलंब झाला.

इलेक्ट्रिक वाहने हा आणखी एक वापर आहे. बॅटरीचे आयुष्यमान आणि पॉवर घनता वाढवण्यासाठी बॅटरी उत्पादन आणि चार्जिंग/डिस्चार्जिंग धोरणे ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी संशोधकांनी खूप प्रयत्न केले आहेत. या छोट्या क्रांतीमध्ये लिथियम-आयन बॅटरी आघाडीवर आहेत आणि नवीन इलेक्ट्रिक कारमध्ये पण इलेक्ट्रिक बसमध्येही त्यांचा मोठ्या प्रमाणात वापर केला गेला आहे. या प्रकरणात चांगल्या बॅटरीमुळे योग्य तंत्रज्ञानाचा वापर करून जास्त मायलेज मिळू शकतो परंतु चार्जिंग वेळ देखील कमी होऊ शकतो.

बॅटरी विकासामुळे UAV आणि मोबाईल रोबोट्स सारख्या इतर तांत्रिक प्रगतीला मोठा फायदा झाला आहे. तेथील हालचालींच्या रणनीती आणि नियंत्रण रणनीती बॅटरी क्षमतेवर आणि पुरवलेल्या उर्जेवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असतात.

BESS म्हणजे काय?

BESS किंवा बॅटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम ही एक एनर्जी स्टोरेज सिस्टम आहे जी ऊर्जा साठवण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. ही ऊर्जा मुख्य ग्रिडमधून किंवा पवन ऊर्जा आणि सौर ऊर्जा यांसारख्या अक्षय ऊर्जा स्रोतांमधून येऊ शकते. ती वेगवेगळ्या कॉन्फिगरेशनमध्ये (मालिका/समांतर) व्यवस्था केलेल्या आणि आवश्यकतांनुसार आकाराच्या अनेक बॅटरींनी बनलेली असते. त्या एका इन्व्हर्टरशी जोडलेल्या असतात ज्याचा वापर DC पॉवरला AC पॉवरमध्ये वापरण्यासाठी रूपांतरित करण्यासाठी केला जातो. अ.बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टम (BMS)बॅटरीची स्थिती आणि चार्जिंग/डिस्चार्जिंग ऑपरेशनचे निरीक्षण करण्यासाठी वापरले जाते.

इतर ऊर्जा साठवणूक प्रणालींच्या तुलनेत, त्या ठेवण्यासाठी/जोडण्यासाठी विशेषतः लवचिक आहेत आणि त्यांना खूप महागड्या पायाभूत सुविधांची आवश्यकता नाही, परंतु तरीही त्यांना बराच खर्च येतो आणि वापराच्या आधारावर अधिक नियमित देखभालीची आवश्यकता असते.

BESS आकार आणि वापरण्याच्या सवयी

बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली स्थापित करताना हाताळण्याचा एक महत्त्वाचा मुद्दा म्हणजे आकारमान. किती बॅटरी आवश्यक आहेत? कोणत्या कॉन्फिगरेशनमध्ये? काही प्रकरणांमध्ये, बॅटरीचा प्रकार खर्च बचत आणि कार्यक्षमतेच्या बाबतीत दीर्घकाळात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकतो.

हे प्रत्येक प्रकरणानुसार केले जाते कारण अर्ज लहान घरांपासून ते मोठ्या औद्योगिक संयंत्रांपर्यंत असू शकतात.

लहान घरांसाठी, विशेषतः शहरी भागात, सर्वात सामान्य अक्षय ऊर्जा स्रोत म्हणजे फोटोव्होल्टेइक पॅनेल वापरून सौर ऊर्जा. अभियंता सामान्यतः घराच्या सरासरी वीज वापराचा विचार करेल आणि विशिष्ट स्थानासाठी वर्षभरातील सौर किरणोत्सर्गाचे मूल्यांकन करेल. बॅटरीची संख्या आणि त्यांचे ग्रिड कॉन्फिगरेशन वर्षातील सर्वात कमी सौर ऊर्जा पुरवठ्यादरम्यान घरगुती मागणीशी जुळवून घेण्यासाठी निवडले जाते, परंतु बॅटरी पूर्णपणे काढून टाकत नाही. हे मुख्य ग्रिडपासून पूर्णपणे वीज स्वातंत्र्य मिळविण्याचा एक उपाय गृहीत धरत आहे.

सुरुवातीला तुलनेने मध्यम चार्जिंग स्थिती ठेवणे किंवा बॅटरी पूर्णपणे डिस्चार्ज न करणे हे कदाचित गैरसोयीचे वाटेल. शेवटी, जर आपण बॅटरी पूर्ण क्षमतेने काढू शकत नसलो तर स्टोरेज सिस्टमचा वापर का करायचा? सैद्धांतिकदृष्ट्या ते शक्य आहे, परंतु गुंतवणुकीवरील परतावा जास्तीत जास्त वाढवणारी ही रणनीती असू शकत नाही.

BESS चा एक मुख्य तोटा म्हणजे बॅटरीची किंमत तुलनेने जास्त असते. म्हणून, बॅटरीचे आयुष्य वाढवणारी वापराची सवय किंवा चार्जिंग/डिस्चार्जिंग धोरण निवडणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, लीड अॅसिड बॅटरी ५०% क्षमतेपेक्षा कमी क्षमतेने डिस्चार्ज केल्या जाऊ शकत नाहीत आणि त्यांना अपरिवर्तनीय नुकसान सहन करावे लागते. लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये जास्त ऊर्जा घनता असते, सायकल लाइफ जास्त असते. त्या मोठ्या श्रेणी वापरून देखील डिस्चार्ज केल्या जाऊ शकतात, परंतु हे वाढीव किंमतीच्या किंमतीवर येते. वेगवेगळ्या रसायनशास्त्रांमध्ये किंमतीत उच्च फरक आहे, लीड अॅसिड बॅटरी समान आकाराच्या लिथियम-आयन बॅटरीपेक्षा शेकडो ते हजारो डॉलर्स स्वस्त असू शकतात. म्हणूनच तिसऱ्या जगातील देशांमध्ये आणि गरीब समुदायांमध्ये सौर अनुप्रयोगांमध्ये लीड अॅसिड बॅटरीचा सर्वाधिक वापर केला जातो.

बॅटरीच्या आयुष्यादरम्यान बॅटरीच्या कामगिरीवर मोठ्या प्रमाणात परिणाम होतो, त्यामुळे त्याची कामगिरी स्थिर नसते आणि अचानक बिघाड होतो. त्याऐवजी, क्षमता आणि पुरवलेली क्षमता हळूहळू कमी होऊ शकते. प्रत्यक्षात, जेव्हा बॅटरीची क्षमता तिच्या मूळ क्षमतेच्या ८०% पर्यंत पोहोचते तेव्हा बॅटरीचे आयुष्य संपले असे मानले जाते. दुसऱ्या शब्दांत, जेव्हा ती २०% क्षमतेची कमी होते तेव्हा. प्रत्यक्षात, याचा अर्थ कमी प्रमाणात ऊर्जा प्रदान करता येते. यामुळे पूर्णपणे स्वतंत्र प्रणालींच्या वापराच्या कालावधीवर आणि EV किती मायलेज कव्हर करू शकते यावर परिणाम होऊ शकतो.

विचारात घेण्यासारखा आणखी एक मुद्दा म्हणजे सुरक्षितता. उत्पादन आणि तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे, अलिकडच्या बॅटरी सामान्यतः रासायनिकदृष्ट्या अधिक स्थिर झाल्या आहेत. तथापि, क्षय आणि गैरवापराच्या इतिहासामुळे, पेशी थर्मल रनअवेमध्ये जाऊ शकतात ज्यामुळे विनाशकारी परिणाम होऊ शकतात आणि काही प्रकरणांमध्ये ग्राहकांचे जीवन धोक्यात येऊ शकते.

म्हणूनच कंपन्यांनी बॅटरीचा वापर नियंत्रित करण्यासाठी चांगले बॅटरी मॉनिटरिंग सॉफ्टवेअर (BMS) विकसित केले आहे, परंतु वेळेवर देखभाल करण्यासाठी आणि गंभीर परिणाम टाळण्यासाठी आरोग्याच्या स्थितीचे निरीक्षण देखील केले आहे.

निष्कर्ष

ग्रिड-ऊर्जा साठवणूक प्रणालींमुळे मुख्य ग्रिडपासून वीज स्वतंत्रता मिळविण्याची उत्तम संधी मिळते परंतु डाउनटाइम आणि पीक लोड कालावधीत उर्जेचा बॅकअप स्रोत देखील मिळतो. त्यांचा विकास हरित ऊर्जा स्रोतांकडे वळण्यास मदत करेल, अशा प्रकारे वापरात सतत वाढ होत असताना हवामान बदलावर ऊर्जा निर्मितीचा प्रभाव मर्यादित करेल आणि उर्जेच्या गरजा पूर्ण करेल.

बॅटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टीम्स सर्वात जास्त वापरल्या जातात आणि वेगवेगळ्या दैनंदिन वापरासाठी कॉन्फिगर करणे सर्वात सोपे आहे. त्यांच्या उच्च लवचिकतेला तुलनेने जास्त खर्च येतो, ज्यामुळे संबंधित आयुर्मान शक्य तितके वाढवण्यासाठी देखरेखीच्या धोरणांचा विकास होतो. सध्या, उद्योग आणि शैक्षणिक संस्था वेगवेगळ्या परिस्थितीत बॅटरीच्या ऱ्हासाचा तपास करण्यासाठी आणि समजून घेण्यासाठी बरेच प्रयत्न करत आहेत.