ग्रिड बाहिर बिजुली कसरी भण्डारण गर्ने?

विगत ५० वर्षमा, विश्वव्यापी बिजुली खपतमा निरन्तर वृद्धि भएको छ, २०२१ मा लगभग २५,३०० टेरावाट-घण्टाको अनुमानित प्रयोग भएको छ। उद्योग ४.० तर्फको संक्रमणसँगै, विश्वभर ऊर्जा मागमा वृद्धि भएको छ। यी संख्याहरू प्रत्येक वर्ष बढ्दै गइरहेका छन्, औद्योगिक र अन्य आर्थिक क्षेत्रहरूको बिजुली आवश्यकताहरू समावेश नगरी। यो औद्योगिक परिवर्तन र उच्च-बिजुली खपत हरितगृह ग्यासहरूको अत्यधिक उत्सर्जनको कारणले गर्दा जलवायु परिवर्तनको प्रभावहरूसँग जोडिएको छ। हाल, धेरैजसो विद्युत उत्पादन प्लान्टहरू र सुविधाहरू यस्ता मागहरू पूरा गर्न जीवाश्म इन्धन स्रोतहरू (तेल र ग्यास) मा धेरै निर्भर छन्। यी जलवायु चिन्ताहरूले परम्परागत विधिहरू प्रयोग गरेर थप ऊर्जा उत्पादनलाई निषेध गर्छन्। यसरी, नवीकरणीय स्रोतहरूबाट ऊर्जाको निरन्तर र भरपर्दो आपूर्ति सुनिश्चित गर्न कुशल र भरपर्दो ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूको विकास बढ्दो रूपमा महत्त्वपूर्ण भएको छ।

ऊर्जा क्षेत्रले नवीकरणीय ऊर्जा वा "हरियो" समाधानहरू तर्फ सर्दै प्रतिक्रिया दिएको छ। यो संक्रमणलाई सुधारिएको उत्पादन प्रविधिहरूले मद्दत गरेको छ, उदाहरणका लागि हावा टर्बाइन ब्लेडहरूको अधिक कुशल उत्पादनमा नेतृत्व गर्दै। साथै, अनुसन्धानकर्ताहरूले फोटोभोल्टिक कोषहरूको दक्षता सुधार गर्न सक्षम भएका छन्, जसले गर्दा प्रति उपयोग क्षेत्र राम्रो ऊर्जा उत्पादन भएको छ। २०२१ मा, सौर्य फोटोभोल्टिक (PV) स्रोतहरूबाट बिजुली उत्पादन उल्लेखनीय रूपमा बढ्यो, रेकर्ड १७९ TWh पुग्यो र २०२० को तुलनामा २२% को वृद्धि प्रतिनिधित्व गर्दछ। सौर्य PV प्रविधिले अब विश्वव्यापी बिजुली उत्पादनको ३.६% ओगटेको छ र हाल जलविद्युत र हावा पछि तेस्रो ठूलो नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत हो।

यद्यपि, यी सफलताहरूले नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालीका केही अन्तर्निहित कमजोरीहरू, मुख्यतया उपलब्धता, समाधान गर्दैनन्। यी मध्ये धेरैजसो विधिहरूले कोइला र तेल पावर प्लान्टहरूको रूपमा माग अनुसार ऊर्जा उत्पादन गर्दैनन्। सौर्य ऊर्जा उत्पादनहरू उदाहरणका लागि दिनभरि उपलब्ध छन् जसमा सूर्यको विकिरण कोण र PV प्यानल स्थितिमा निर्भर भिन्नताहरू छन्। यसले रातको समयमा कुनै पनि ऊर्जा उत्पादन गर्न सक्दैन जबकि जाडो मौसममा र धेरै बादल लागेको दिनहरूमा यसको उत्पादन उल्लेखनीय रूपमा कम हुन्छ। हावाको गतिमा निर्भर उतारचढावबाट हावा ऊर्जा पनि पीडित हुन्छ। त्यसकारण, कम उत्पादन अवधिमा ऊर्जा आपूर्तिलाई निरन्तरता दिन यी समाधानहरूलाई ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूसँग जोड्नु आवश्यक छ।

ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरू के हुन्?

ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूले पछिको चरणमा प्रयोग गर्न ऊर्जा भण्डारण गर्न सक्छन्। केही अवस्थामा, भण्डारण गरिएको ऊर्जा र प्रदान गरिएको ऊर्जा बीच ऊर्जा रूपान्तरणको एक रूप हुनेछ। सबैभन्दा सामान्य उदाहरण लिथियम-आयन ब्याट्री वा लिड-एसिड ब्याट्री जस्ता विद्युतीय ब्याट्रीहरू हुन्। तिनीहरूले इलेक्ट्रोड र इलेक्ट्रोलाइट बीचको रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको माध्यमबाट विद्युतीय ऊर्जा प्रदान गर्छन्।

ब्याट्रीहरू, वा BESS (ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणाली), दैनिक जीवनका अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग हुने सबैभन्दा सामान्य ऊर्जा भण्डारण विधि हो। अन्य भण्डारण प्रणालीहरू अवस्थित छन् जस्तै जलविद्युत प्लान्टहरू जसले बाँधमा भण्डारण गरिएको पानीको सम्भावित ऊर्जालाई विद्युतीय ऊर्जामा रूपान्तरण गर्दछ। तल झर्ने पानीले विद्युतीय ऊर्जा उत्पादन गर्ने टर्बाइनको फ्लाईव्हील घुमाउनेछ। अर्को उदाहरण कम्प्रेस्ड ग्यास हो, रिलिज भएपछि ग्यासले टर्बाइनको पाङ्ग्रा घुमाउनेछ जसले शक्ति उत्पादन गर्दछ।

ब्याट्रीहरूलाई अन्य भण्डारण विधिहरूबाट अलग गर्ने कुरा भनेको तिनीहरूको सञ्चालनको सम्भावित क्षेत्रहरू हुन्। साना उपकरणहरू र अटोमोबाइल पावर आपूर्तिदेखि घरायसी अनुप्रयोगहरू र ठूला सौर्य फार्महरूसम्म, ब्याट्रीहरूलाई कुनै पनि अफ-ग्रिड भण्डारण अनुप्रयोगमा निर्बाध रूपमा एकीकृत गर्न सकिन्छ। अर्कोतर्फ, जलविद्युत र संकुचित हावा विधिहरूलाई भण्डारणको लागि धेरै ठूला र जटिल पूर्वाधारहरू आवश्यक पर्दछ। यसले धेरै उच्च लागत निम्त्याउँछ जसलाई उचित ठहराउन धेरै ठूला अनुप्रयोगहरू आवश्यक पर्दछ।

अफ-ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरूको लागि केसहरू प्रयोग गर्नुहोस्।

पहिले उल्लेख गरिएझैं, अफ-ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरूले सौर्य र वायु ऊर्जा जस्ता नवीकरणीय ऊर्जा विधिहरूको प्रयोग र निर्भरतालाई सहज बनाउन सक्छ। यद्यपि, यस्ता प्रणालीहरूबाट धेरै फाइदा लिन सक्ने अन्य अनुप्रयोगहरू पनि छन्।

शहरी पावर ग्रिडहरूले प्रत्येक शहरको आपूर्ति र मागको आधारमा सही मात्रामा बिजुली प्रदान गर्ने लक्ष्य राख्छन्। आवश्यक बिजुली दिनभरि उतारचढाव हुन सक्छ। अफ-ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरू उतारचढाव कम गर्न र उच्च मागको अवस्थामा थप स्थिरता प्रदान गर्न प्रयोग गरिएको छ। फरक दृष्टिकोणबाट, अफ-ग्रिड भण्डारण प्रणालीहरू मुख्य पावर ग्रिडमा वा निर्धारित मर्मत अवधिमा कुनै पनि अप्रत्याशित प्राविधिक गल्तीको क्षतिपूर्ति गर्न अत्यधिक लाभदायक हुन सक्छन्। तिनीहरूले वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतहरू खोजी नगरी बिजुली आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्छन्। उदाहरणका लागि, फेब्रुअरी २०२३ को सुरुमा टेक्सासको बरफ आँधीलाई उद्धृत गर्न सकिन्छ जसले लगभग २६२,००० मानिसहरूलाई बिजुलीविहीन बनायो, जबकि कठिन मौसम अवस्थाका कारण मर्मत ढिलाइ भयो।

विद्युतीय सवारी साधनहरू अर्को प्रयोग हो। ब्याट्रीहरूको आयु र पावर घनत्व बढाउन ब्याट्री निर्माण र चार्जिङ/डिस्चार्जिङ रणनीतिहरूलाई अनुकूलन गर्न अनुसन्धानकर्ताहरूले धेरै प्रयास गरेका छन्। लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू यो सानो क्रान्तिको अग्रपंक्तिमा रहेका छन् र नयाँ विद्युतीय कारहरूमा तर विद्युतीय बसहरूमा पनि व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएका छन्। यस अवस्थामा राम्रो ब्याट्रीहरूले ठूलो माइलेज दिन सक्छ तर सही प्रविधिहरूसँग चार्जिङ समय पनि कम गर्न सक्छ।

ब्याट्री विकासबाट अन्य प्राविधिक प्रगतिहरू जस्तै UAV र मोबाइल रोबोटहरूले धेरै फाइदा उठाएका छन्। त्यहाँको गति रणनीति र नियन्त्रण रणनीतिहरू ब्याट्री क्षमता र प्रदान गरिएको शक्तिमा धेरै निर्भर हुन्छन्।

BESS भनेको के हो?

BESS वा ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणाली भनेको ऊर्जा भण्डारण गर्न प्रयोग गर्न सकिने ऊर्जा भण्डारण प्रणाली हो। यो ऊर्जा मुख्य ग्रिडबाट वा वायु ऊर्जा र सौर्य ऊर्जा जस्ता नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतहरूबाट आउन सक्छ। यो विभिन्न कन्फिगरेसनहरू (श्रृंखला/समानान्तर) मा व्यवस्थित गरिएका र आवश्यकताहरूको आधारमा आकार दिइएका धेरै ब्याट्रीहरू मिलेर बनेको हुन्छ। तिनीहरू इन्भर्टरमा जडान गरिएका हुन्छन् जुन DC पावरलाई AC पावरमा प्रयोगको लागि रूपान्तरण गर्न प्रयोग गरिन्छ। Aब्याट्री व्यवस्थापन प्रणाली (BMS)ब्याट्रीको अवस्था र चार्जिङ/डिस्चार्जिङ सञ्चालनको निगरानी गर्न प्रयोग गरिन्छ।

अन्य ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूको तुलनामा, तिनीहरू राख्न/जडान गर्न विशेष गरी लचिलो हुन्छन् र धेरै महँगो पूर्वाधारको आवश्यकता पर्दैन, तर तिनीहरू अझै पनि पर्याप्त लागतमा आउँछन् र प्रयोगको आधारमा थप नियमित मर्मतसम्भार आवश्यक पर्दछ।

BESS आकार र प्रयोग गर्ने बानीहरू

ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणाली स्थापना गर्दा सम्बोधन गर्नुपर्ने एउटा महत्त्वपूर्ण बुँदा भनेको आकार निर्धारण गर्नु हो। कतिवटा ब्याट्रीहरू आवश्यक छन्? कुन कन्फिगरेसनमा? केही अवस्थामा, लागत बचत र दक्षताको सन्दर्भमा ब्याट्रीको प्रकारले लामो समयसम्म महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्न सक्छ।

यो केस-दर-केस आधारमा गरिन्छ किनकि आवेदनहरू साना घरपरिवारदेखि ठूला औद्योगिक प्लान्टहरूसम्म हुन सक्छन्।

साना घरपरिवारहरूका लागि, विशेष गरी शहरी क्षेत्रहरूमा, सबैभन्दा सामान्य नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत फोटोभोल्टिक प्यानलहरू प्रयोग गर्ने सौर्य ऊर्जा हो। इन्जिनियरले सामान्यतया घरपरिवारको औसत बिजुली खपतलाई विचार गर्नेछन् र विशिष्ट स्थानको लागि वर्षभरि सौर्य विकिरणको मूल्याङ्कन गर्नेछन्। ब्याट्रीहरूको संख्या र तिनीहरूको ग्रिड कन्फिगरेसन वर्षको सबैभन्दा कम सौर्य ऊर्जा आपूर्तिको समयमा घरपरिवारको मागसँग मेल खाने गरी छनोट गरिन्छ जबकि ब्याट्रीहरू पूर्ण रूपमा खेर जाँदैनन्। यो मुख्य ग्रिडबाट पूर्ण बिजुली स्वतन्त्रताको समाधान मान्दैछ।

ब्याट्रीहरूलाई अपेक्षाकृत मध्यम चार्ज राख्नु वा पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज नगर्नु सुरुमा विपरीत हुन सक्छ। आखिर, यदि हामी यसलाई पूर्ण क्षमतामा निकाल्न सक्दैनौं भने भण्डारण प्रणाली किन प्रयोग गर्ने? सिद्धान्तमा यो सम्भव छ, तर यो लगानीमा प्रतिफल अधिकतम बनाउने रणनीति नहुन सक्छ।

BESS को मुख्य बेफाइदाहरू मध्ये एक ब्याट्रीहरूको तुलनात्मक रूपमा उच्च लागत हो। त्यसकारण, ब्याट्रीको आयु अधिकतम बनाउने प्रयोग बानी वा चार्जिङ/डिस्चार्जिङ रणनीति छनौट गर्नु आवश्यक छ। उदाहरणका लागि, लिड एसिड ब्याट्रीहरू अपरिवर्तनीय क्षति बिना ५०% क्षमताभन्दा कम डिस्चार्ज गर्न सकिँदैन। लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा उच्च ऊर्जा घनत्व, लामो चक्र जीवन हुन्छ। तिनीहरूलाई ठूला दायराहरू प्रयोग गरेर पनि डिस्चार्ज गर्न सकिन्छ, तर यो बढेको मूल्यको लागतमा आउँछ। विभिन्न रसायन विज्ञानहरू बीच लागतमा उच्च भिन्नता छ, लिड एसिड ब्याट्रीहरू समान आकारको लिथियम-आयन ब्याट्री भन्दा सयौंदेखि हजारौं डलर सस्तो हुन सक्छन्। यही कारणले गर्दा तेस्रो विश्वका देशहरू र गरिब समुदायहरूमा सौर्य अनुप्रयोगहरूमा लिड एसिड ब्याट्रीहरू सबैभन्दा बढी प्रयोग गरिन्छ।

ब्याट्रीको कार्यसम्पादन यसको आयुको समयमा गिरावटबाट धेरै प्रभावित हुन्छ, यसको स्थिर कार्यसम्पादन हुँदैन जुन अचानक विफलतामा समाप्त हुन्छ। बरु, क्षमता र प्रदान गरिएको क्रमिक रूपमा फिक्का हुन सक्छ। व्यवहारमा, ब्याट्रीको आयु समाप्त भएको मानिन्छ जब यसको क्षमता यसको मूल क्षमताको ८०% पुग्छ। अर्को शब्दमा, जब यसले २०% क्षमता फिक्का अनुभव गर्छ। व्यवहारमा, यसको अर्थ कम मात्रामा ऊर्जा प्रदान गर्न सकिन्छ। यसले पूर्ण रूपमा स्वतन्त्र प्रणालीहरूको प्रयोग अवधि र EV ले कभर गर्न सक्ने माइलेजको मात्रालाई असर गर्न सक्छ।

विचार गर्नुपर्ने अर्को बुँदा सुरक्षा हो। उत्पादन र प्रविधिमा भएको प्रगतिसँगै, हालसालैका ब्याट्रीहरू सामान्यतया रासायनिक रूपमा बढी स्थिर भएका छन्। यद्यपि, क्षय र दुरुपयोगको इतिहासको कारण, कोषहरू थर्मल रनअवेमा जान सक्छन् जसले विनाशकारी परिणामहरू निम्त्याउन सक्छ र केही अवस्थामा उपभोक्ताहरूको जीवनलाई खतरामा पार्न सक्छ।

यही कारणले गर्दा कम्पनीहरूले ब्याट्रीको प्रयोग नियन्त्रण गर्न राम्रो ब्याट्री निगरानी सफ्टवेयर (BMS) विकास गरेका छन् तर समयमै मर्मतसम्भार प्रदान गर्न र बढ्दो परिणामहरूबाट बच्न स्वास्थ्य अवस्थाको पनि निगरानी गर्छन्।

निष्कर्ष

ग्रिड-ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूले मुख्य ग्रिडबाट बिजुली स्वतन्त्रता प्राप्त गर्ने ठूलो अवसर प्रदान गर्दछ तर डाउनटाइम र पीक लोड अवधिहरूमा बिजुलीको ब्याकअप स्रोत पनि प्रदान गर्दछ। त्यहाँको विकासले हरित ऊर्जा स्रोतहरूतर्फ परिवर्तनलाई सहज बनाउनेछ, यसरी खपतमा निरन्तर वृद्धिसँगै ऊर्जा आवश्यकताहरू पूरा गर्दै जलवायु परिवर्तनमा ऊर्जा उत्पादनको प्रभावलाई सीमित गर्नेछ।

ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरू सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने र विभिन्न दैनिक अनुप्रयोगहरूको लागि कन्फिगर गर्न सजिलो छन्। तिनीहरूको उच्च लचिलोपनको तुलनामा अपेक्षाकृत उच्च लागत छ, जसले गर्दा सम्बन्धित आयुलाई सकेसम्म लामो बनाउन अनुगमन रणनीतिहरूको विकास हुन्छ। हाल, उद्योग र शिक्षाविद्हरूले विभिन्न परिस्थितिहरूमा ब्याट्रीको क्षयीकरणको अनुसन्धान र बुझ्न धेरै प्रयास गरिरहेका छन्।