गेल्या ५० वर्षांपासून जागतिक वीज वापरामध्ये सातत्याने वाढ होत आहे, आणि २०२१ मध्ये हा वापर अंदाजे २५,३०० टेरावॉट-तास होता. इंडस्ट्री ४.० कडे होणाऱ्या संक्रमणामुळे जगभरात ऊर्जेची मागणी वाढत आहे. औद्योगिक आणि इतर आर्थिक क्षेत्रांच्या विजेच्या गरजा वगळता, हे आकडे दरवर्षी वाढत आहेत. या औद्योगिक बदलामुळे आणि उच्च वीज वापरामुळे हरितगृह वायूंच्या अतिरिक्त उत्सर्जनामुळे हवामान बदलाचे अधिक स्पष्ट परिणाम दिसून येत आहेत. सध्या, बहुतेक वीज निर्मिती प्रकल्प आणि सुविधा अशा मागण्या पूर्ण करण्यासाठी जीवाश्म इंधन स्रोतांवर (तेल आणि वायू) मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून आहेत. हवामान बदलाच्या या चिंतांमुळे पारंपरिक पद्धती वापरून अतिरिक्त ऊर्जा निर्मिती करणे शक्य होत नाही. त्यामुळे, अक्षय ऊर्जा स्रोतांकडून ऊर्जेचा निरंतर आणि विश्वसनीय पुरवठा सुनिश्चित करण्यासाठी कार्यक्षम आणि विश्वासार्ह ऊर्जा साठवण प्रणाली विकसित करणे अधिकाधिक महत्त्वाचे झाले आहे.
ऊर्जा क्षेत्राने अक्षय ऊर्जा किंवा "हरित" उपायांकडे वळून प्रतिसाद दिला आहे. सुधारित उत्पादन तंत्रामुळे या स्थित्यंतराला मदत झाली आहे, ज्यामुळे उदाहरणार्थ, पवनचक्कीच्या पात्यांची अधिक कार्यक्षम निर्मिती झाली आहे. तसेच, संशोधकांना फोटोव्होल्टेइक पेशींची (photovoltaic cells) कार्यक्षमता सुधारण्यात यश आले आहे, ज्यामुळे प्रति वापर क्षेत्रात अधिक चांगली ऊर्जा निर्मिती झाली आहे. २०२१ मध्ये, सौर फोटोव्होल्टेइक (PV) स्रोतांपासून होणाऱ्या वीज निर्मितीमध्ये लक्षणीय वाढ झाली, ती १७९ टेरावॉट-तास (TWh) या विक्रमी पातळीवर पोहोचली आणि २०२० च्या तुलनेत २२% वाढ दर्शवते. सौर पीव्ही तंत्रज्ञानाचा आता जागतिक वीज निर्मितीमध्ये ३.६% वाटा आहे आणि सध्या जलविद्युत व पवन ऊर्जेनंतर हा तिसरा सर्वात मोठा अक्षय ऊर्जा स्रोत आहे.
तथापि, या प्रगतीमुळे अक्षय ऊर्जा प्रणालींमधील काही अंगभूत कमतरता, विशेषतः उपलब्धतेची समस्या, सुटत नाही. यापैकी बहुतेक पद्धती कोळसा आणि तेल ऊर्जा प्रकल्पांप्रमाणे मागणीनुसार ऊर्जा निर्माण करत नाहीत. उदाहरणार्थ, सौर ऊर्जा दिवसभर उपलब्ध असते, परंतु सूर्यप्रकाशाचे कोन आणि पीव्ही पॅनेलच्या स्थितीनुसार त्यात बदल होत राहतो. ती रात्रीच्या वेळी कोणतीही ऊर्जा निर्माण करू शकत नाही, तर हिवाळ्यात आणि खूप ढगाळ दिवसांमध्ये तिचे उत्पादन लक्षणीयरीत्या कमी होते. वाऱ्याच्या वेगावर अवलंबून असलेल्या चढ-उतारांमुळे पवन ऊर्जेलाही त्रास होतो. त्यामुळे, कमी उत्पादनाच्या काळात ऊर्जा पुरवठा टिकवून ठेवण्यासाठी या उपायांना ऊर्जा साठवण प्रणालींशी जोडणे आवश्यक आहे.
ऊर्जा साठवण प्रणाली म्हणजे काय?
ऊर्जा साठवण प्रणाली नंतरच्या टप्प्यात वापरण्यासाठी ऊर्जा साठवू शकतात. काही प्रकरणांमध्ये, साठवलेली ऊर्जा आणि पुरवलेली ऊर्जा यांच्यात एका प्रकारचे ऊर्जा रूपांतरण होते. याचे सर्वात सामान्य उदाहरण म्हणजे लिथियम-आयन बॅटरी किंवा लेड-ऍसिड बॅटरीसारख्या इलेक्ट्रिक बॅटरी. त्या इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइट यांच्यातील रासायनिक अभिक्रियांद्वारे विद्युत ऊर्जा पुरवतात.
बॅटरी, किंवा बीईएसएस (बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली), ही दैनंदिन जीवनातील उपयोगांमध्ये वापरली जाणारी सर्वात सामान्य ऊर्जा साठवण पद्धत आहे. जलविद्युत प्रकल्पांसारख्या इतर साठवण प्रणाली देखील अस्तित्वात आहेत, ज्या धरणात साठवलेल्या पाण्याच्या स्थितीज ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेमध्ये रूपांतर करतात. खाली पडणारे पाणी टर्बाइनचे फ्लायव्हील फिरवते, ज्यामुळे विद्युत ऊर्जा निर्माण होते. दुसरे उदाहरण म्हणजे संकुचित वायू; सोडल्यावर हा वायू टर्बाइनचे चाक फिरवतो आणि वीज निर्माण करतो.
बॅटरींना इतर साठवणूक पद्धतींपासून वेगळे करणारी गोष्ट म्हणजे त्यांच्या कार्याची संभाव्य क्षेत्रे. लहान उपकरणे आणि वाहनांच्या वीज पुरवठ्यापासून ते घरगुती वापरापर्यंत आणि मोठ्या सौर ऊर्जा प्रकल्पांपर्यंत, बॅटरींना कोणत्याही ऑफ-ग्रिड साठवणूक प्रणालीमध्ये सहजपणे समाविष्ट केले जाऊ शकते. याउलट, जलविद्युत आणि संकुचित हवा पद्धतींना साठवणुकीसाठी अत्यंत मोठ्या आणि गुंतागुंतीच्या पायाभूत सुविधांची आवश्यकता असते. यामुळे खूप जास्त खर्च येतो आणि तो खर्च सार्थ ठरवण्यासाठी खूप मोठ्या प्रमाणावरील वापराची गरज असते.
ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टीमच्या वापराची उदाहरणे.
पूर्वी नमूद केल्याप्रमाणे, ऑफ-ग्रिड स्टोरेज सिस्टीम सौर आणि पवन ऊर्जेसारख्या अक्षय ऊर्जा पद्धतींचा वापर आणि त्यावरील अवलंबित्व सुलभ करू शकतात. असे असले तरी, इतरही काही उपयोग आहेत ज्यांना अशा प्रणालींमुळे मोठा फायदा होऊ शकतो.
शहरातील वीज ग्रीडचा उद्देश प्रत्येक शहराच्या पुरवठा आणि मागणीनुसार योग्य प्रमाणात वीज पुरवणे हा असतो. दिवसभरात आवश्यक असलेल्या विजेमध्ये चढ-उतार होऊ शकतो. हे चढ-उतार कमी करण्यासाठी आणि मागणीच्या उच्चांकाच्या वेळी अधिक स्थिरता प्रदान करण्यासाठी ऑफ-ग्रीड साठवणूक प्रणालींचा वापर केला जातो. दुसऱ्या दृष्टिकोनातून पाहिल्यास, मुख्य वीज ग्रीडमधील कोणत्याही अनपेक्षित तांत्रिक बिघाडाची किंवा नियोजित देखभाल कालावधीत भरपाई करण्यासाठी ऑफ-ग्रीड साठवणूक प्रणाली अत्यंत फायदेशीर ठरू शकतात. पर्यायी ऊर्जा स्रोतांचा शोध न घेता त्या विजेची गरज भागवू शकतात. उदाहरणार्थ, फेब्रुवारी २०२३ च्या सुरुवातीला टेक्सासमध्ये आलेल्या बर्फाच्या वादळाचा उल्लेख करता येईल, ज्यामुळे अंदाजे २,६२,००० लोक वीजपुरवठ्याविना राहिले होते, तर कठीण हवामानामुळे दुरुस्तीच्या कामांना विलंब झाला होता.
इलेक्ट्रिक वाहने हे आणखी एक उदाहरण आहे. बॅटरीचे आयुष्य आणि पॉवर डेन्सिटी वाढवण्यासाठी, संशोधकांनी बॅटरी उत्पादन आणि चार्जिंग/डिस्चार्जिंग पद्धती सुधारण्याकरिता खूप प्रयत्न केले आहेत. या छोट्या क्रांतीमध्ये लिथियम-आयन बॅटरी आघाडीवर राहिल्या आहेत आणि त्यांचा वापर नवीन इलेक्ट्रिक कार तसेच इलेक्ट्रिक बसेसमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला गेला आहे. योग्य तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने, या बाबतीत चांगल्या बॅटरींमुळे जास्त मायलेज तर मिळू शकतेच, शिवाय चार्जिंगचा वेळही कमी होऊ शकतो.
बॅटरीच्या विकासामुळे यूएव्ही (UAVs) आणि मोबाईल रोबोट्ससारख्या इतर तांत्रिक प्रगतीला मोठा फायदा झाला आहे. त्यांच्या हालचालीच्या आणि नियंत्रणाच्या पद्धती मोठ्या प्रमाणावर बॅटरीच्या क्षमतेवर आणि पुरवलेल्या ऊर्जेवर अवलंबून असतात.
BESS म्हणजे काय
BESS किंवा बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली ही एक ऊर्जा साठवण प्रणाली आहे, जिचा उपयोग ऊर्जा साठवण्यासाठी केला जातो. ही ऊर्जा मुख्य ग्रीडमधून किंवा पवन ऊर्जा आणि सौर ऊर्जा यांसारख्या अक्षय ऊर्जा स्रोतांमधून मिळू शकते. यामध्ये गरजेनुसार वेगवेगळ्या रचनांमध्ये (मालिका/समांतर) मांडलेल्या अनेक बॅटरींचा समावेश असतो. त्या एका इन्व्हर्टरला जोडलेल्या असतात, ज्याचा उपयोग डीसी पॉवरचे एसी पॉवरमध्ये रूपांतर करून ती वापरासाठी तयार केली जाते. बॅटरीची स्थिती आणि चार्जिंग/डिस्चार्जिंग प्रक्रियेवर लक्ष ठेवण्यासाठी बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीचा (BMS) वापर केला जातो.
इतर ऊर्जा साठवण प्रणालींच्या तुलनेत, त्या बसवण्यासाठी/जोडण्यासाठी विशेषतः लवचिक असतात आणि त्यांना अत्यंत महागड्या पायाभूत सुविधांची आवश्यकता नसते, परंतु तरीही त्यांचा खर्च लक्षणीय असतो आणि वापरानुसार अधिक नियमित देखभालीची गरज असते.
BESS आकारमान आणि वापराच्या सवयी
बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली स्थापित करताना विचारात घेण्याचा एक महत्त्वाचा मुद्दा म्हणजे तिचे आकारमान ठरवणे. किती बॅटरींची आवश्यकता आहे? कोणत्या रचनेत? काही प्रकरणांमध्ये, बॅटरीचा प्रकार दीर्घकाळात खर्च बचत आणि कार्यक्षमतेच्या दृष्टीने महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकतो.
हे प्रत्येक प्रकरणानुसार केले जाते, कारण अर्ज लहान घरांपासून ते मोठ्या औद्योगिक प्रकल्पांपर्यंत असू शकतात.
लहान घरांसाठी, विशेषतः शहरी भागांमध्ये, सर्वात सामान्य अक्षय ऊर्जा स्त्रोत म्हणजे फोटोव्होल्टेइक पॅनेल वापरणारी सौर ऊर्जा. अभियंता साधारणपणे घराचा सरासरी वीज वापर विचारात घेतो आणि त्या विशिष्ट जागेसाठी वर्षभरातील सौर किरणोत्सर्गाचे मूल्यांकन करतो. बॅटरी पूर्णपणे संपू न देता, वर्षातील सर्वात कमी सौर ऊर्जा पुरवठ्याच्या काळात घराच्या मागणीनुसार बॅटरींची संख्या आणि त्यांची ग्रिड रचना निवडली जाते. यामध्ये मुख्य ग्रिडपासून पूर्ण वीज स्वातंत्र्य मिळवण्याच्या उपायाची कल्पना केलेली आहे.
बॅटरी तुलनेने मध्यम चार्ज ठेवणे किंवा त्यांना पूर्णपणे डिस्चार्ज न करणे, ही गोष्ट सुरुवातीला विरोधाभासी वाटू शकते. अखेर, जर आपण साठवण प्रणालीची पूर्ण क्षमता वापरू शकत नसू, तर ती वापरण्यात काय अर्थ आहे? सैद्धांतिकदृष्ट्या हे शक्य आहे, परंतु गुंतवणुकीवर सर्वाधिक परतावा मिळवून देणारी हीच रणनीती असेलच असे नाही.
बॅटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (BESS) चा एक मुख्य तोटा म्हणजे बॅटरीची तुलनेने जास्त किंमत. त्यामुळे, बॅटरीचे आयुष्य वाढवणारी वापराची सवय किंवा चार्जिंग/डिस्चार्जिंगची पद्धत निवडणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, लेड ॲसिड बॅटरीला अपरिवर्तनीय नुकसान न होता ५०% क्षमतेपेक्षा कमी डिस्चार्ज करता येत नाही. लिथियम-आयन बॅटरीची ऊर्जा घनता जास्त असते आणि त्यांचे सायकल लाइफ दीर्घ असते. त्यांना जास्त अंतरापर्यंत डिस्चार्ज करता येते, परंतु त्यासाठी किंमत वाढते. वेगवेगळ्या प्रकारच्या बॅटरींच्या किमतीत मोठी तफावत असते; लेड ॲसिड बॅटरी त्याच आकाराच्या लिथियम-आयन बॅटरीपेक्षा शेकडो ते हजारो डॉलर्स स्वस्त असू शकते. यामुळेच तिसऱ्या जगातील देशांमध्ये आणि गरीब समुदायांमध्ये सौर ऊर्जेच्या वापरासाठी लेड ॲसिड बॅटरी सर्वाधिक वापरल्या जातात.
बॅटरीच्या जीवनकाळात होणाऱ्या ऱ्हासामुळे तिच्या कार्यक्षमतेवर मोठा परिणाम होतो; तिची कार्यक्षमता स्थिर नसते आणि ती अचानक निकामी होत नाही. त्याऐवजी, तिची क्षमता आणि पुरवठा हळूहळू कमी होऊ शकतो. व्यवहारात, बॅटरीचे आयुष्य तेव्हा संपले असे मानले जाते, जेव्हा तिची क्षमता तिच्या मूळ क्षमतेच्या ८०% पर्यंत पोहोचते. दुसऱ्या शब्दांत, जेव्हा तिच्या क्षमतेत २०% घट होते. व्यवहारात, याचा अर्थ असा होतो की कमी प्रमाणात ऊर्जा पुरवली जाऊ शकते. याचा परिणाम पूर्णपणे स्वतंत्र प्रणालींच्या वापराच्या कालावधीवर आणि इलेक्ट्रिक वाहन (EV) किती अंतर कापू शकते यावर होऊ शकतो.
विचारात घेण्यासारखा आणखी एक मुद्दा म्हणजे सुरक्षितता. उत्पादन आणि तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे, अलीकडील बॅटरी सर्वसाधारणपणे रासायनिक दृष्ट्या अधिक स्थिर झाल्या आहेत. तथापि, ऱ्हास आणि गैरवापराच्या इतिहासामुळे, बॅटरीमधील घटक (सेल्स) थर्मल रनअवेच्या स्थितीत जाऊ शकतात, ज्यामुळे विनाशकारी परिणाम होऊ शकतात आणि काही प्रकरणांमध्ये ग्राहकांचा जीव धोक्यात येऊ शकतो.
यामुळेच कंपन्यांनी बॅटरीचा वापर नियंत्रित करण्यासाठी, तसेच तिच्या आरोग्याच्या स्थितीवर लक्ष ठेवण्यासाठी उत्तम बॅटरी मॉनिटरिंग सॉफ्टवेअर (BMS) विकसित केले आहे, जेणेकरून वेळेवर देखभाल करता येईल आणि गंभीर परिणाम टाळता येतील.
निष्कर्ष
ग्रिड-ऊर्जा साठवण प्रणाली मुख्य ग्रिडपासून ऊर्जेच्या बाबतीत स्वावलंबी होण्यासाठी एक उत्तम संधी देतात, तसेच वीजपुरवठा खंडित झाल्यावर आणि जास्त भार असताना विजेचा पर्यायी स्रोत म्हणूनही काम करतात. त्यांच्या विकासामुळे हरित ऊर्जा स्रोतांकडे वळण्यास मदत होईल, ज्यामुळे ऊर्जा निर्मितीचा हवामान बदलावरील परिणाम मर्यादित राहील आणि त्याच वेळी वापराच्या सततच्या वाढीसह ऊर्जेची गरजही पूर्ण होईल.
बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली या विविध दैनंदिन उपयोगांसाठी सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या आणि कॉन्फिगर करण्यास सर्वात सोप्या आहेत. त्यांच्या उच्च लवचिकतेवर तुलनेने जास्त खर्चाची मर्यादा येते, ज्यामुळे त्यांचे आयुर्मान शक्य तितके वाढवण्यासाठी देखरेख धोरणे विकसित केली जात आहेत. सध्या, उद्योग आणि शिक्षण क्षेत्र विविध परिस्थितींमध्ये बॅटरीच्या ऱ्हासाचे संशोधन आणि आकलन करण्यासाठी खूप प्रयत्न करत आहेत.
