Како складиштити електричну енергију ван мреже?

Током протеклих 50 година, дошло је до континуираног повећања глобалне потрошње електричне енергије, са процењеном потрошњом од око 25.300 терават-сати у 2021. години. Са преласком на индустрију 4.0, долази до повећања потражње за енергијом широм света. Ови бројеви се повећавају сваке године, не рачунајући потребе за енергијом индустријских и других економских сектора. Ова индустријска промена и велика потрошња енергије повезани су са опипљивијим ефектима климатских промена услед прекомерне емисије гасова стаклене баште. Тренутно, већина постројења и постројења за производњу електричне енергије у великој мери се ослања на изворе фосилних горива (нафту и гас) да би задовољила такве потребе. Ови климатски проблеми спречавају додатну производњу енергије коришћењем конвенционалних метода. Стога је развој ефикасних и поузданих система за складиштење енергије постао све важнији како би се осигурало континуирано и поуздано снабдевање енергијом из обновљивих извора.

Енергетски сектор је одговорио преласком на обновљиве изворе енергије или „зелена“ решења. Транзицију су помогле побољшане технике производње, што је довело, на пример, до ефикасније производње лопатица ветротурбина. Такође, истраживачи су успели да побољшају ефикасност фотонапонских ћелија, што је довело до боље производње енергије по површини коришћења. У 2021. години, производња електричне енергије из соларних фотонапонских (ПВ) извора значајно је порасла, достигавши рекордних 179 TWh, што представља раст од 22% у поређењу са 2020. годином. Соларна ПВ технологија сада чини 3,6% глобалне производње електричне енергије и тренутно је трећи највећи обновљиви извор енергије после хидроенергије и енергије ветра.

Међутим, ови пробоји не решавају неке од инхерентних недостатака обновљивих енергетских система, углавном доступности. Већина ових метода не производи енергију на захтев у облику угља и нафте. Излази соларне енергије су доступни у току дана, а њен излаз у зависности од флуктуација, а њен производи у зависности од зимске енергије и на своје зимске енергије не може да произведе и флуктуације. на брзини ветра. Стога ова раствори морају бити повезане са системима за складиштење енергије како би се одржала снабдевање енергијом током малим излазним периодима.

Шта су системи за складиштење енергије?

Системи за складиштење енергије могу складиштити енергију како би се користила у каснијој фази. У неким случајевима, доћи ће до облика конверзије енергије између складиштене енергије и обезбеђене енергије. Најчешћи пример су електричне батерије као што су литијум-јонске батерије или оловно-киселинске батерије. Оне обезбеђују електричну енергију путем хемијских реакција између електрода и електролита.

Батерије, или BESS (систем за складиштење енергије у батеријама), представљају најчешћи метод складиштења енергије који се користи у свакодневном животу. Постоје и други системи за складиштење, као што су хидроелектране које претварају потенцијалну енергију воде ускладиштене у брани у електричну енергију. Вода која пада окреће замајац турбине која производи електричну енергију. Други пример је компримовани гас, након ослобађања, гас окреће точак турбине која производи енергију.

Оно што раздваја батерије из осталих метода складиштења су њихова потенцијална подручја рада. Од малих уређаја и аутомобилских напајања за кућне примене и велике соларне фарме, батерије се могу лако интегрирати на било коју апликацију за складиштење без мреже. С друге стране, хидроелектране и методе компримоване инфраструктуре за складиштење. То захтева веома велике и сложене инфраструктуре за складиштење.

Случајеви употребе за системе за складиштење ван мреже.

Као што је раније поменуто, системи за складиштење енергије ван мреже могу олакшати коришћење и ослањање на обновљиве изворе енергије као што су соларна и енергија ветра. Ипак, постоје и друге примене које могу имати велике користи од таквих система.

Градске електроенергетске мреже имају за циљ да обезбеде праву количину енергије на основу понуде и потражње сваког града. Потребна снага може да варира током дана. Системи за складиштење ван мреже коришћени су за ублажавање флуктуација и обезбеђивање веће стабилности у случајевима вршне потражње. Из друге перспективе, системи за складиштење ван мреже могу бити веома корисни за компензацију било каквог непредвиђеног техничког квара у главној електроенергетској мрежи или током планираних периода одржавања. Они могу да задовоље потребе за енергијом без потребе за тражењем алтернативних извора енергије. Може се навести на пример ледена олује у Тексасу почетком фебруара 2023. године која је оставила приближно 262.000 људи без струје, док су поправке одложене због тешких временских услова.

Електрична возила су још једна примена. Истраживачи су уложили много труда у оптимизацију производње батерија и стратегија пуњења/пражњења како би продужили век трајања и густину снаге батерија. Литијум-јонске батерије су биле у првим редовима ове мале револуције и широко се користе у новим електричним аутомобилима, али и у електричним аутобусима. Боље батерије у овом случају могу довести до веће километраже, али и смањеног времена пуњења уз праве технологије.

Други технолошки напредак, попут беспилотних летелица и мобилних робота, имао је велике користи од развоја батерија. Њихове стратегије кретања и стратегије управљања у великој мери зависе од капацитета батерије и обезбеђене снаге.

Шта је БЕСС

Бесс или систем за складиштење батерије је систем за складиштење енергије који се може користити за чување енергије. Ова енергија може доћи из главне мреже или из обновљивих извора енергије, као што је ветра енергије и соларна енергија. Састоји се од више батерија распоређених у различитим конфигурацијама (серијама / паралелно) и величине. Повезани су на претварање на мрежи.систем за управљање батеријама (BMS)користи се за праћење стања батерије и процеса пуњења/пражњења.

У поређењу са другим системима за складиштење енергије, они су посебно флексибилни за постављање/повезивање и не захтевају скупу инфраструктуру, али и даље имају значајне трошкове и захтевају редовније одржавање у зависности од употребе.

BESS димензионисање и навике коришћења

Кључна ствар коју треба решити приликом инсталирања система за складиштење енергије у батеријама је димензионисање. Колико батерија је потребно? У којој конфигурацији? У неким случајевима, тип батерије може играти кључну улогу на дужи рок у смислу уштеде трошкова и ефикасности.

Ово се ради од случаја до случаја, јер примене могу да се крећу од малих домаћинстава до великих индустријских постројења.

Најчешћи обновљиви извор енергије за мала домаћинства, посебно у урбаним подручјима, је соларна енергија која користи фотонапонске панеле. Инжењер би генерално узео у обзир просечну потрошњу енергије домаћинства и проценио сунчево зрачење током године за одређену локацију. Број батерија и њихова конфигурација мреже се бирају тако да одговарају потребама домаћинства током најнижег снабдевања соларном енергијом у години, а да се батерије не испразне у потпуности. Ово претпоставља решење које има потпуну независност од главне мреже.

Одржавање релативно умереног стања напуњености или непотпуно пражњење батерија је нешто што у почетку може бити контраинтуитивно. На крају крајева, зашто користити систем за складиштење ако не можемо да извучемо његов пуни потенцијал? У теорији је могуће, али то можда није стратегија која максимизира повраћај инвестиције.

Један од главних недостатака BESS технологије је релативно висока цена батерија. Стога је од суштинског значаја избор навике коришћења или стратегије пуњења/пражњења која максимизира век трајања батерије. На пример, оловно-киселинске батерије се не могу празнити испод 50% капацитета без неповратних оштећења. Литијум-јонске батерије имају већу густину енергије и дуг век трајања циклуса. Такође се могу празнити користећи веће опсеге, али то долази са ценом повећања цене. Постоји велика разлика у цени између различитих хемијских састојака, оловно-киселинске батерије могу бити стотине до хиљаде долара јефтиније од литијум-јонске батерије исте величине. Због тога се оловно-киселинске батерије најчешће користе у соларним апликацијама у земљама трећег света и сиромашним заједницама.

Перформансе батерије су у великој мери погођене деградацијом током свог животног века; немају стабилне перформансе које се завршавају изненадним кваром. Уместо тога, капацитет и доступна енергија могу прогресивно да се смањују. У пракси, век трајања батерије се сматра истеклим када њен капацитет достигне 80% свог оригиналног капацитета. Другим речима, када доживи пад капацитета од 20%. У пракси, то значи да се може обезбедити мања количина енергије. Ово може утицати на периоде коришћења потпуно независних система и количину пређених километара које електрично возило може да пређе.

Још једна ствар коју треба узети у обзир је безбедност. Са напретком у производњи и технологији, новије батерије су генерално хемијски стабилније. Међутим, због деградације и историје злоупотребе, ћелије могу доживети термички бег, што може довести до катастрофалних последица и у неким случајевима угрозити живот потрошача.

Због тога су компаније развиле бољи софтвер за праћење батерија (BMS) како би контролисале потрошњу батерије, али и пратиле њено стање како би обезбедиле благовремено одржавање и избегле тешке последице.

Закључак

Системи за складиштење енергије из мреже пружају одличну прилику за постизање независности од главне мреже, али и обезбеђују резервни извор енергије током застоја и периода вршног оптерећења. Њихов развој би олакшао прелазак на зеленије изворе енергије, чиме би се ограничио утицај производње енергије на климатске промене, а истовремено би се задовољиле енергетске потребе уз стални раст потрошње.

Системи за складиштење енергије у батеријама су најчешће коришћени и најлакши за конфигурисање за различите свакодневне примене. Њихова висока флексибилност је супротстављена релативно високом ценом, што доводи до развоја стратегија праћења како би се што више продужио њихов век трајања. Тренутно, индустрија и академска заједница улажу много напора да истраже и разумеју деградацију батерија под различитим условима.