Si të ruhet energjia elektrike jashtë rrjetit?

Gjatë 50 viteve të fundit, ka pasur një rritje të vazhdueshme të konsumit global të energjisë elektrike, me një përdorim të vlerësuar prej rreth 25,300 teravatë-orë në vitin 2021. Me kalimin drejt industrisë 4.0, ka një rritje të kërkesave për energji në të gjithë botën. Këto shifra po rriten çdo vit, duke mos përfshirë kërkesat për energji të sektorëve industrialë dhe sektorëve të tjerë ekonomikë. Ky ndryshim industrial dhe konsumi i lartë i energjisë shoqërohen me efekte më të prekshme të ndryshimeve klimatike për shkak të emetimeve të tepërta të gazrave serrë. Aktualisht, shumica e centraleve dhe impianteve të prodhimit të energjisë mbështeten shumë në burimet e karburanteve fosile (nafta dhe gazi) për të përmbushur kërkesa të tilla. Këto shqetësime klimatike pengojnë prodhimin shtesë të energjisë duke përdorur metoda konvencionale. Kështu, zhvillimi i sistemeve efikase dhe të besueshme të ruajtjes së energjisë është bërë gjithnjë e më i rëndësishëm për të siguruar një furnizim të vazhdueshëm dhe të besueshëm të energjisë nga burimet e rinovueshme.

Sektori i energjisë është përgjigjur duke u zhvendosur drejt energjisë së rinovueshme ose zgjidhjeve "të gjelbra". Tranzicioni është ndihmuar nga teknikat e përmirësuara të prodhimit, duke çuar për shembull në një prodhim më efikas të fletëve të turbinave me erë. Gjithashtu, studiuesit kanë qenë në gjendje të përmirësojnë efikasitetin e qelizave fotovoltaike, duke çuar në një gjenerim më të mirë të energjisë për zonë përdorimi. Në vitin 2021, prodhimi i energjisë elektrike nga burimet diellore fotovoltaike (PV) u rrit ndjeshëm, duke arritur një rekord prej 179 TWh dhe duke përfaqësuar një rritje prej 22% krahasuar me vitin 2020. Teknologjia diellore fotovoltaike tani përbën 3.6% të prodhimit global të energjisë elektrike dhe aktualisht është burimi i tretë më i madh i energjisë së rinovueshme pas energjisë hidroelektrike dhe erës.

Megjithatë, këto përparime nuk zgjidhin disa nga pengesat e natyrshme të sistemeve të energjisë së rinovueshme, kryesisht disponueshmërinë. Shumica e këtyre metodave nuk prodhojnë energji sipas kërkesës, si termocentralet me qymyr dhe naftë. Prodhimi i energjisë diellore është për shembull i disponueshëm gjatë gjithë ditës me variacione në varësi të këndeve të rrezatimit të diellit dhe pozicionimit të paneleve fotovoltaike. Nuk mund të prodhojë energji gjatë natës, ndërsa prodhimi i tij zvogëlohet ndjeshëm gjatë sezonit të dimrit dhe në ditët me shumë re. Energjia e erës vuan gjithashtu nga luhatjet në varësi të shpejtësisë së erës. Prandaj, këto zgjidhje duhet të shoqërohen me sisteme të ruajtjes së energjisë në mënyrë që të mbështetet furnizimi me energji gjatë periudhave me prodhim të ulët.

Çfarë janë sistemet e ruajtjes së energjisë?

Sistemet e ruajtjes së energjisë mund të ruajnë energji në mënyrë që të përdoret në një fazë të mëvonshme. Në disa raste, do të ketë një formë të konvertimit të energjisë midis energjisë së ruajtur dhe energjisë së ofruar. Shembulli më i zakonshëm janë bateritë elektrike si bateritë litium-jon ose bateritë plumb-acid. Ato sigurojnë energji elektrike me anë të reaksioneve kimike midis elektrodave dhe elektrolitit.

Bateritë, ose BESS (sistemi i ruajtjes së energjisë së baterisë), përfaqësojnë metodën më të zakonshme të ruajtjes së energjisë që përdoret në aplikimet e jetës së përditshme. Ekzistojnë edhe sisteme të tjera ruajtjeje, siç janë hidrocentralet që e shndërrojnë energjinë potenciale të ujit të ruajtur në një digë në energji elektrike. Uji që bie poshtë do të rrotullojë volantin e një turbine që prodhon energji elektrike. Një shembull tjetër është gazi i kompresuar, pas lirimit të të cilit gazi do të rrotullojë rrotën e turbinës duke prodhuar energji.

Ajo që i dallon bateritë nga metodat e tjera të ruajtjes së energjisë janë fushat e tyre të mundshme të funksionimit. Nga pajisjet e vogla dhe furnizimi me energji i automobilave deri te aplikimet shtëpiake dhe fermat e mëdha diellore, bateritë mund të integrohen pa probleme në çdo aplikim ruajtjeje jashtë rrjetit. Nga ana tjetër, metodat e hidroenergjisë dhe ajrit të kompresuar kërkojnë infrastruktura shumë të mëdha dhe komplekse për ruajtje. Kjo çon në kosto shumë të larta që kërkojnë aplikime shumë të mëdha në mënyrë që të justifikohen.

Rastet e përdorimit për sistemet e magazinimit jashtë rrjetit.

Siç u përmend më parë, sistemet e magazinimit jashtë rrjetit mund të lehtësojnë përdorimin dhe mbështetjen në metodat e energjisë së rinovueshme, siç janë energjia diellore dhe e erës. Megjithatë, ka edhe zbatime të tjera që mund të përfitojnë shumë nga sisteme të tilla.

Rrjetet e energjisë elektrike të qyteteve synojnë të ofrojnë sasinë e duhur të energjisë bazuar në furnizimin dhe kërkesën e secilit qytet. Energjia e kërkuar mund të luhatet gjatë gjithë ditës. Sistemet e ruajtjes jashtë rrjetit janë përdorur për të zbutur luhatjet dhe për të siguruar më shumë stabilitet në rastet e kërkesës maksimale. Nga një perspektivë tjetër, sistemet e ruajtjes jashtë rrjetit mund të jenë shumë të dobishme për të kompensuar çdo defekt teknik të paparashikuar në rrjetin kryesor të energjisë ose gjatë periudhave të planifikuara të mirëmbajtjes. Ato mund të përmbushin kërkesat për energji pa pasur nevojë të kërkojnë burime alternative të energjisë. Mund të përmendim për shembull stuhinë e akullit në Teksas në fillim të shkurtit 2023 që la afërsisht 262 000 njerëz pa energji, ndërsa riparimet u vonuan për shkak të kushteve të vështira të motit.

Automjetet elektrike janë një tjetër aplikim. Studiuesit kanë bërë shumë përpjekje për të optimizuar prodhimin e baterive dhe strategjitë e karikimit/shkarkimit në mënyrë që të zgjasin jetëgjatësinë dhe dendësinë e fuqisë së baterive. Bateritë litium-jon kanë qenë në ballë të këtij revolucioni të vogël dhe janë përdorur gjerësisht në makinat e reja elektrike, por edhe në autobusët elektrikë. Bateritë më të mira në këtë rast mund të çojnë në një kilometrazh më të madh, por edhe në kohë të reduktuara të karikimit me teknologjitë e duhura.

Përparime të tjera teknologjike si UAV-të dhe robotët mobilë kanë përfituar shumë nga zhvillimi i baterive. Strategjitë e tyre të lëvizjes dhe strategjitë e kontrollit varen shumë nga kapaciteti dhe fuqia e baterisë së ofruar.

Çfarë është një BESS

BESS ose sistemi i ruajtjes së energjisë me bateri është një sistem ruajtjeje energjie që mund të përdoret për të ruajtur energjinë. Kjo energji mund të vijë nga rrjeti kryesor ose nga burime të rinovueshme të energjisë si energjia e erës dhe energjia diellore. Ai përbëhet nga bateri të shumta të rregulluara në konfigurime të ndryshme (seri/paralele) dhe të madhësive të bazuara në kërkesa. Ato janë të lidhura me një inverter që përdoret për të kthyer energjinë DC në energji AC për përdorim. Asistemi i menaxhimit të baterisë (BMS)Përdoret për të monitoruar gjendjen e baterisë dhe funksionin e karikimit/shkarkimit.

Krahasuar me sistemet e tjera të ruajtjes së energjisë, ato janë veçanërisht fleksibile për t'u vendosur/lidhur dhe nuk kërkojnë një infrastrukturë shumë të shtrenjtë, por ato prapëseprapë kanë një kosto të konsiderueshme dhe kërkojnë mirëmbajtje më të rregullt bazuar në përdorim.

Madhësia dhe zakonet e përdorimit të BESS

Një pikë thelbësore për t'u marrë parasysh kur instaloni një sistem të ruajtjes së energjisë me bateri është dimensionimi. Sa bateri nevojiten? Në çfarë konfigurimi? Në disa raste, lloji i baterisë mund të luajë një rol vendimtar në planin afatgjatë për sa i përket kursimit të kostos dhe efikasitetit.

Kjo bëhet rast pas rasti, pasi aplikimet mund të variojnë nga familjet e vogla deri te impiantet e mëdha industriale.

Burimi më i zakonshëm i energjisë së rinovueshme për familjet e vogla, veçanërisht në zonat urbane, është energjia diellore duke përdorur panele fotovoltaike. Inxhinieri në përgjithësi do të merrte në konsideratë konsumin mesatar të energjisë së familjes dhe do të vlerësonte rrezatimin diellor gjatë gjithë vitit për vendndodhjen specifike. Numri i baterive dhe konfigurimi i rrjetit të tyre zgjidhet për t'iu përshtatur kërkesave të familjes gjatë furnizimit më të ulët të energjisë diellore të vitit, pa i shkarkuar plotësisht bateritë. Kjo supozon një zgjidhje që të ketë pavarësi të plotë të energjisë nga rrjeti kryesor.

Mbajtja e një gjendjeje relativisht të moderuar të karikimit ose mosshkarkimi i plotë i baterive është diçka që në fillim mund të duket kundër intuitës. Në fund të fundit, pse të përdorim një sistem ruajtjeje nëse nuk mund ta nxjerrim plotësisht potencialin e tij? Në teori është e mundur, por mund të mos jetë strategjia që maksimizon kthimin e investimit.

Një nga disavantazhet kryesore të BESS është kostoja relativisht e lartë e baterive. Prandaj, zgjedhja e një zakoni përdorimi ose një strategjie karikimi/shkarkimi që maksimizon jetëgjatësinë e baterisë është thelbësore. Për shembull, bateritë me acid plumbi nuk mund të shkarkohen nën 50% të kapacitetit pa pësuar dëmtime të pakthyeshme. Bateritë me jon litium kanë dendësi më të lartë energjie, jetëgjatësi të gjatë cikli. Ato gjithashtu mund të shkarkohen duke përdorur rreze më të mëdha, por kjo vjen me një kosto të rritjes së çmimit. Ekziston një ndryshim i lartë në kosto midis kimikateve të ndryshme, bateritë me acid plumbi mund të jenë qindra deri në mijëra dollarë më të lira se një bateri litium-jon me të njëjtën madhësi. Kjo është arsyeja pse bateritë me acid plumbi përdoren më shumë në aplikimet diellore në vendet e botës së tretë dhe komunitetet e varfra.

Performanca e baterisë ndikohet shumë nga degradimi gjatë jetëgjatësisë së saj, nuk ka një performancë të qëndrueshme që përfundon me një dështim të papritur. Në vend të kësaj, kapaciteti dhe i ofruari mund të zbehen në mënyrë progresive. Në praktikë, jetëgjatësia e një baterie konsiderohet se ka mbaruar kur kapaciteti i saj arrin 80% të kapacitetit të saj origjinal. Me fjalë të tjera, kur ajo përjeton një zbehje të kapacitetit prej 20%. Në praktikë, kjo do të thotë që mund të ofrohet një sasi më e ulët energjie. Kjo mund të ndikojë në periudhat e përdorimit për sisteme plotësisht të pavarura dhe sasinë e kilometrazhit që një automjet elektrik mund të përshkojë.

Një pikë tjetër për t'u marrë në konsideratë është siguria. Me përparimet në prodhim dhe teknologji, bateritë e fundit në përgjithësi kanë qenë kimikisht më të qëndrueshme. Megjithatë, për shkak të historisë së degradimit dhe abuzimit, qelizat mund të kalojnë në një gjendje termike që mund të çojë në rezultate katastrofike dhe në disa raste të vërë në rrezik jetën e konsumatorëve.

Kjo është arsyeja pse kompanitë kanë zhvilluar softuerë më të mirë për monitorimin e baterisë (BMS) për të kontrolluar përdorimin e baterisë, por edhe për të monitoruar gjendjen e saj në mënyrë që të sigurojnë mirëmbajtje në kohë dhe të shmangin pasojat e rënduara.

Përfundim

Nga ana tjetër, sistemet e ruajtjes së energjisë në rrjet ofrojnë një mundësi të shkëlqyer për të arritur pavarësinë e energjisë nga rrjeti kryesor, por gjithashtu ofrojnë një burim rezervë energjie gjatë kohëve të ndërprerjes dhe periudhave të ngarkesës maksimale. Zhvillimi i tyre do të lehtësonte kalimin drejt burimeve më të gjelbra të energjisë, duke kufizuar kështu ndikimin e gjenerimit të energjisë në ndryshimet klimatike, ndërkohë që do të përmbusheshin kërkesat për energji me rritje të vazhdueshme të konsumit.

Sistemet e ruajtjes së energjisë në bateri janë më të përdorurat dhe më të lehtat për t'u konfiguruar për aplikime të ndryshme të përditshme. Fleksibiliteti i tyre i lartë kundërshtohet nga një kosto relativisht e lartë, duke çuar në zhvillimin e strategjive të monitorimit për të zgjatur jetëgjatësinë përkatëse sa më shumë që të jetë e mundur. Aktualisht, industria dhe akademia po bëjnë shumë përpjekje për të hetuar dhe kuptuar degradimin e baterive në kushte të ndryshme.