Matul l-aħħar 50 sena, kien hemm żieda kontinwa fil-konsum globali tal-elettriku, b'użu stmat ta' madwar 25,300 terawatt-siegħa fis-sena 2021. Bit-tranżizzjoni lejn l-industrija 4.0, hemm żieda fid-domanda għall-enerġija madwar id-dinja. Dawn in-numri qed jiżdiedu kull sena, mingħajr ma ninkludu r-rekwiżiti tal-enerġija tas-setturi industrijali u ekonomiċi oħra. Din il-bidla industrijali u l-konsum għoli tal-enerġija huma akkumpanjati minn effetti aktar tanġibbli tat-tibdil fil-klima minħabba emissjonijiet eċċessivi ta' gassijiet serra. Bħalissa, ħafna mill-impjanti u l-faċilitajiet tal-ġenerazzjoni tal-enerġija jiddependu ħafna fuq sorsi ta' fjuwils fossili (żejt u gass) biex jissodisfaw din id-domanda. Dawn it-tħassib dwar il-klima jipprojbixxu l-ġenerazzjoni addizzjonali tal-enerġija bl-użu ta' metodi konvenzjonali. Għalhekk, l-iżvilupp ta' sistemi effiċjenti u affidabbli tal-ħażna tal-enerġija sar dejjem aktar importanti biex tiġi żgurata provvista kontinwa u affidabbli ta' enerġija minn sorsi rinnovabbli.
Is-settur tal-enerġija wieġeb billi mexa lejn enerġija rinnovabbli jew soluzzjonijiet "ekoloġiċi". It-tranżizzjoni ġiet megħjuna minn tekniki ta' manifattura mtejba, li wasslu pereżempju għal manifattura aktar effiċjenti tax-xfafar tat-turbini tar-riħ. Barra minn hekk, ir-riċerkaturi setgħu jtejbu l-effiċjenza taċ-ċelloli fotovoltajċi, li wasslu għal ġenerazzjoni aħjar tal-enerġija għal kull żona ta' użu. Fl-2021, il-ġenerazzjoni tal-elettriku minn sorsi solari fotovoltajċi (PV) żdiedet b'mod sinifikanti, u laħqet rekord ta' 179 TWh u tirrappreżenta tkabbir ta' 22% meta mqabbel mal-2020. It-teknoloġija solari PV issa tirrappreżenta 3.6% tal-ġenerazzjoni globali tal-elettriku u bħalissa hija t-tielet l-akbar sors ta' enerġija rinnovabbli wara l-idroenerġija u r-riħ.
Madankollu, dawn l-avvanzi ma jsolvux xi wħud mill-iżvantaġġi inerenti tas-sistemi tal-enerġija rinnovabbli, prinċipalment id-disponibbiltà. Ħafna minn dawn il-metodi ma jipproduċux enerġija fuq talba bħall-impjanti tal-enerġija tal-faħam u taż-żejt. L-outputs tal-enerġija solari huma pereżempju disponibbli matul il-ġurnata b'varjazzjonijiet skont l-angoli tal-irradjazzjoni tax-xemx u l-pożizzjonament tal-pannelli PV. Ma tistax tipproduċi enerġija matul il-lejl filwaqt li l-output tagħha jitnaqqas b'mod sinifikanti matul l-istaġun tax-xitwa u f'jiem imsaħħab ħafna. L-enerġija mir-riħ tbati wkoll minn varjazzjonijiet skont il-veloċità tar-riħ. Għalhekk, dawn is-soluzzjonijiet jeħtieġ li jiġu akkumpanjati minn sistemi ta' ħażna tal-enerġija sabiex isostnu l-provvista tal-enerġija matul perjodi ta' output baxx.
X'inhuma s-sistemi tal-ħażna tal-enerġija?
Sistemi ta' ħażna tal-enerġija jistgħu jaħżnu l-enerġija sabiex tintuża fi stadju aktar tard. F'xi każijiet, ikun hemm forma ta' konverżjoni tal-enerġija bejn l-enerġija maħżuna u l-enerġija pprovduta. L-aktar eżempju komuni huwa batteriji elettriċi bħal batteriji tal-jone tal-litju jew batteriji taċ-ċomb-aċidu. Dawn jipprovdu enerġija elettrika permezz ta' reazzjonijiet kimiċi bejn l-elettrodi u l-elettrolit.
Il-batteriji, jew BESS (sistema ta' ħażna tal-enerġija tal-batterija), jirrappreżentaw l-aktar metodu komuni ta' ħażna tal-enerġija użat f'applikazzjonijiet tal-ħajja ta' kuljum. Jeżistu sistemi oħra ta' ħażna bħal impjanti idroelettriċi li jikkonvertu l-enerġija potenzjali tal-ilma maħżun f'diga f'enerġija elettrika. L-ilma li jaqa' 'l isfel idawwar ir-rota tal-volant ta' turbina li tipproduċi enerġija elettrika. Eżempju ieħor huwa l-gass ikkompressat, meta jiġi rilaxxat il-gass idawwar ir-rota tat-turbina u jipproduċi l-enerġija.
Dak li jiddistingwi l-batteriji mill-metodi l-oħra tal-ħażna huwa l-oqsma potenzjali ta' operazzjoni tagħhom. Minn apparati żgħar u provvista tal-enerġija għall-karozzi għal applikazzjonijiet domestiċi u razzett solari kbar, il-batteriji jistgħu jiġu integrati bla xkiel ma' kwalunkwe applikazzjoni ta' ħażna barra mill-grid. Min-naħa l-oħra, il-metodi tal-enerġija idroelettrika u tal-arja kkompressata jeħtieġu infrastrutturi kbar ħafna u kumplessi għall-ħażna. Dan iwassal għal spejjeż għoljin ħafna li jeħtieġu applikazzjonijiet kbar ħafna sabiex ikun ġustifikat.
Każijiet ta' użu għal sistemi ta' ħażna barra mill-grid.
Kif imsemmi qabel, sistemi ta' ħżin barra mill-grilja jistgħu jiffaċilitaw l-użu u d-dipendenza fuq metodi ta' enerġija rinnovabbli bħall-enerġija solari u mir-riħ. Madankollu, hemm applikazzjonijiet oħra li jistgħu jibbenefikaw bil-kbir minn sistemi bħal dawn.
Il-grilji tal-enerġija tal-bliet għandhom l-għan li jipprovdu l-ammont korrett ta’ enerġija bbażat fuq il-provvista u d-domanda ta’ kull belt. L-enerġija meħtieġa tista’ tvarja matul il-ġurnata. Sistemi ta’ ħażna off-grid intużaw biex itaffu l-varjazzjonijiet u jipprovdu aktar stabbiltà f’każijiet ta’ domanda massima. Minn perspettiva differenti, sistemi ta’ ħażna off-grid jistgħu jkunu ta’ benefiċċju kbir biex jikkumpensaw għal kwalunkwe ħsara teknika mhux prevista fil-grilja ewlenija tal-enerġija jew matul perjodi ta’ manutenzjoni skedati. Jistgħu jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-enerġija mingħajr ma jkollhom għalfejn ifittxu sorsi ta’ enerġija alternattivi. Wieħed jista’ jikkwota pereżempju t-tempesta tas-silġ f’Texas fil-bidu ta’ Frar 2023 li ħalliet madwar 262,000 persuna mingħajr enerġija, filwaqt li t-tiswijiet ġew ittardjati minħabba l-kundizzjonijiet diffiċli tat-temp.
Il-vetturi elettriċi huma applikazzjoni oħra. Ir-riċerkaturi għamlu ħafna sforz biex jottimizzaw il-manifattura tal-batteriji u l-istrateġiji tal-iċċarġjar/skarikar sabiex itawlu l-ħajja u d-densità tal-qawwa tal-batteriji. Il-batteriji tal-jone tal-litju kienu fuq quddiem nett ta’ din ir-rivoluzzjoni żgħira u ntużaw b’mod estensiv f’karozzi elettriċi ġodda iżda wkoll f’karozzi tal-linja elettriċi. Batteriji aħjar f’dan il-każ jistgħu jwasslu għal mili akbar iżda wkoll għal ħinijiet ta’ ċċarġjar imnaqqsa bit-teknoloġiji t-tajba.
Avvanzi teknoloġiċi oħra bħall-UAVs u r-robots mobbli bbenefikaw bil-kbir mill-iżvilupp tal-batteriji. L-istrateġiji tal-moviment u l-istrateġiji ta' kontroll tagħhom jiddependu ħafna fuq il-kapaċità tal-batterija u l-qawwa pprovduta.
X'inhu BESS
BESS jew sistema ta' ħażna tal-enerġija tal-batterija hija sistema ta' ħażna tal-enerġija li tista' tintuża biex taħżen l-enerġija. Din l-enerġija tista' tiġi mill-grilja ewlenija jew minn sorsi ta' enerġija rinnovabbli bħall-enerġija mir-riħ u l-enerġija solari. Hija magħmula minn diversi batteriji rranġati f'konfigurazzjonijiet differenti (serje/paralleli) u ddaqsjati skont ir-rekwiżiti. Huma konnessi ma' inverter li jintuża biex jikkonverti l-enerġija DC għal enerġija AC għall-użu. Asistema ta' ġestjoni tal-batterija (BMS)jintuża biex jimmonitorja l-kundizzjonijiet tal-batterija u l-operazzjoni tal-iċċarġjar/ħatt.
Meta mqabbla ma' sistemi oħra tal-ħażna tal-enerġija, huma partikolarment flessibbli biex jitqiegħdu/jitqabbdu u ma jeħtiġux infrastruttura għalja ħafna, iżda xorta jiġu bi prezz konsiderevoli u jeħtieġu manutenzjoni aktar regolari bbażata fuq l-użu.
Daqsijiet u drawwiet ta' użu tal-BESS
Punt kruċjali li wieħed għandu jindirizza meta jinstalla sistema ta' ħażna tal-enerġija tal-batterija huwa d-daqs. Kemm hemm bżonn ta' batteriji? F'liema konfigurazzjoni? F'xi każijiet, it-tip ta' batterija jista' jkollu rwol kruċjali fit-tul f'termini ta' ffrankar fl-ispejjeż u effiċjenza.
Dan isir fuq bażi ta' każ b'każ peress li l-applikazzjonijiet jistgħu jvarjaw minn djar żgħar sa impjanti industrijali kbar.
L-aktar sors komuni ta' enerġija rinnovabbli għal familji żgħar, speċjalment f'żoni urbani, huwa l-enerġija solari bl-użu ta' pannelli fotovoltajċi. L-inġinier ġeneralment jikkunsidra l-konsum medju tal-enerġija tad-dar u jivvaluta l-irradjanza solari matul is-sena għall-post speċifiku. L-għadd ta' batteriji u l-konfigurazzjoni tal-grilja tagħhom jintgħażlu biex jaqblu mad-domandi tad-dar matul l-inqas provvista ta' enerġija solari tas-sena filwaqt li ma jiskulawx kompletament il-batteriji. Dan qed jassumi soluzzjoni li jkollha indipendenza sħiħa mill-enerġija mill-grilja ewlenija.
Li żżomm stat ta' ċarġ relattivament moderat jew li ma tiskarikjax il-batteriji kompletament hija xi ħaġa li għall-ewwel tista' tidher kontrointuwittiva. Wara kollox, għaliex nużaw sistema ta' ħażna jekk ma nistgħux nistrawha mill-potenzjal sħiħ tagħha? Fit-teorija huwa possibbli, iżda tista' ma tkunx l-istrateġija li timmassimizza r-redditu fuq l-investiment.
Wieħed mill-iżvantaġġi ewlenin tal-BESS huwa l-ispiża relattivament għolja tal-batteriji. Għalhekk, l-għażla ta' drawwa ta' użu jew strateġija ta' ċċarġjar/ħatt li timmassimizza l-ħajja tal-batterija hija essenzjali. Pereżempju, il-batteriji taċ-ċomb-aċidu ma jistgħux jiġu skarikati taħt il-50% tal-kapaċità mingħajr ma jsofru minn ħsara irriversibbli. Il-batteriji tal-jone tal-litju għandhom densità ta' enerġija ogħla, ħajja twila taċ-ċiklu. Jistgħu wkoll jiġu skarikati bl-użu ta' firxiet akbar, iżda dan jiġi bi prezz ogħla. Hemm varjanza għolja fl-ispiża bejn kimiċi differenti, il-batteriji taċ-ċomb-aċidu jistgħu jkunu mijiet sa eluf ta' dollari orħos minn batterija tal-jone tal-litju tal-istess daqs. Huwa għalhekk li l-batteriji taċ-ċomb-aċidu huma l-aktar użati f'applikazzjonijiet solari f'pajjiżi tat-tielet dinja u f'komunitajiet foqra.
Il-prestazzjoni tal-batterija hija affettwata ħafna mid-degradazzjoni matul il-ħajja tagħha, ma jkollhiex prestazzjoni kostanti li tispiċċa b'ħsara f'daqqa. Minflok, il-kapaċità pprovduta tista' tgħib progressivament. Fil-prattika, ħajja ta' batterija titqies li tkun spiċċat meta l-kapaċità tagħha tilħaq 80% tal-kapaċità oriġinali tagħha. Fi kliem ieħor, meta tesperjenza tnaqqis ta' 20% fil-kapaċità. Fil-prattika, dan ifisser li jista' jiġi pprovdut ammont aktar baxx ta' enerġija. Dan jista' jaffettwa l-perjodi ta' użu għal sistemi kompletament indipendenti u l-ammont ta' mili li EV jista' jkopri.
Punt ieħor li wieħed għandu jikkunsidra huwa s-sikurezza. Bl-avvanzi fil-manifattura u t-teknoloġija, il-batteriji reċenti ġeneralment saru aktar stabbli kimikament. Madankollu, minħabba d-degradazzjoni u l-istorja tal-abbuż, iċ-ċelloli jistgħu jidħlu f'sitwazzjoni ta' telf termali li jista' jwassal għal riżultati katastrofiċi u f'xi każijiet ipoġġi l-ħajja tal-konsumaturi fil-periklu.
Huwa għalhekk li l-kumpaniji żviluppaw softwer aħjar għall-monitoraġġ tal-batteriji (BMS) biex jikkontrollaw l-użu tal-batterija iżda wkoll jimmonitorjaw l-istat tas-saħħa sabiex jipprovdu manutenzjoni f'waqtha u jevitaw konsegwenzi aggravati.
Konklużjoni
Is-sistemi tal-ħażna tal-enerġija mill-grilja jipprovdu opportunità kbira biex tinkiseb l-indipendenza tal-enerġija mill-grilja ewlenija iżda jipprovdu wkoll sors ta' enerġija ta' riżerva matul il-ħinijiet ta' waqfien u l-perjodi ta' tagħbija massima. Dan l-iżvilupp jiffaċilita l-bidla lejn sorsi ta' enerġija aktar ekoloġiċi, u b'hekk jillimita l-impatt tal-ġenerazzjoni tal-enerġija fuq it-tibdil fil-klima filwaqt li xorta jissodisfa r-rekwiżiti tal-enerġija bi tkabbir kostanti fil-konsum.
Sistemi ta' ħażna tal-enerġija tal-batteriji huma l-aktar użati komunement u l-aktar faċli biex jiġu kkonfigurati għal applikazzjonijiet differenti ta' kuljum. Il-flessibbiltà għolja tagħhom hija kkumpensata minn spiża relattivament għolja, li twassal għall-iżvilupp ta' strateġiji ta' monitoraġġ biex itawlu l-ħajja rispettiva kemm jista' jkun. Bħalissa, l-industrija u l-akkademja qed jagħmlu ħafna sforz biex jinvestigaw u jifhmu d-degradazzjoni tal-batterija taħt kundizzjonijiet differenti.
Artiklu relatat:
Soluzzjonijiet tal-Enerġija Personalizzati – Approċċi Rivoluzzjonarji għall-Aċċess għall-Enerġija
Il-Massimizzazzjoni tal-Enerġija Rinnovabbli: Ir-Rwol tal-Ħażna tal-Enerġija tal-Batteriji
Avvanzi fit-teknoloġija tal-batteriji għal sistemi ta' ħażna tal-enerġija tal-baħar
