கடந்த 50 ஆண்டுகளில், உலகளாவிய மின்சார நுகர்வு தொடர்ச்சியாக அதிகரித்து வருகிறது. 2021 ஆம் ஆண்டில் இதன் பயன்பாடு சுமார் 25,300 டெராவாட்-மணிநேரமாக இருக்கும் என மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது. தொழில் 4.0-ஐ நோக்கிய மாற்றத்தால், உலகம் முழுவதும் ஆற்றல் தேவைகள் அதிகரித்து வருகின்றன. தொழில்துறை மற்றும் பிற பொருளாதாரத் துறைகளின் மின்சாரத் தேவைகளைத் தவிர்த்து, இந்த எண்கள் ஒவ்வொரு ஆண்டும் அதிகரித்து வருகின்றன. இந்தத் தொழில்துறை மாற்றம் மற்றும் அதிக மின் நுகர்வு ஆகியவை, பசுமை இல்ல வாயுக்களின் அதிகப்படியான வெளியேற்றத்தால் ஏற்படும் மேலும் உறுதியான காலநிலை மாற்ற விளைவுகளுடன் இணைந்துள்ளன. தற்போது, பெரும்பாலான மின் உற்பத்தி நிலையங்களும் வசதிகளும் இத்தகைய தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய புதைபடிவ எரிபொருள் மூலங்களை (எண்ணெய் மற்றும் எரிவாயு) பெரிதும் சார்ந்துள்ளன. இந்தக் காலநிலை தொடர்பான கவலைகள், வழக்கமான முறைகளைப் பயன்படுத்தி கூடுதல் ஆற்றல் உற்பத்தியைத் தடுக்கின்றன. எனவே, புதுப்பிக்கத்தக்க மூலங்களிலிருந்து தொடர்ச்சியான மற்றும் நம்பகமான ஆற்றல் விநியோகத்தை உறுதி செய்வதற்காக, திறமையான மற்றும் நம்பகமான ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளின் வளர்ச்சி பெருகிய முறையில் முக்கியத்துவம் பெற்றுள்ளது.
ஆற்றல் துறை, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அல்லது "பசுமை" தீர்வுகளை நோக்கி நகர்வதன் மூலம் இதற்குப் பதிலளித்துள்ளது. மேம்படுத்தப்பட்ட உற்பத்தி நுட்பங்கள் இந்த மாற்றத்திற்கு உதவியுள்ளன; உதாரணமாக, இது காற்றாலை இறக்கைகளின் மிகவும் திறமையான உற்பத்திக்கு வழிவகுத்தது. மேலும், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒளிமின்னழுத்த செல்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்தியுள்ளனர், இது பயன்பாட்டுப் பகுதிக்கு ஏற்ப சிறந்த ஆற்றல் உற்பத்திக்கு வழிவகுக்கிறது. 2021-ல், சூரிய ஒளிமின்னழுத்த (PV) மூலங்களிலிருந்து மின்சார உற்பத்தி கணிசமாக அதிகரித்து, 179 TWh என்ற சாதனை அளவை எட்டியது. இது 2020-ஐ ஒப்பிடும்போது 22% வளர்ச்சியைக் குறிக்கிறது. சூரிய ஒளிமின்னழுத்த தொழில்நுட்பம் இப்போது உலகளாவிய மின்சார உற்பத்தியில் 3.6% பங்களிக்கிறது. மேலும், இது தற்போது நீர்மின்சாரம் மற்றும் காற்றாலைக்கு அடுத்த மூன்றாவது பெரிய புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலமாகும்.
இருப்பினும், இந்த முன்னேற்றங்கள், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அமைப்புகளின் உள்ளார்ந்த குறைபாடுகளில் சிலவற்றை, முக்கியமாக அதன் கிடைப்புத்தன்மையை, தீர்ப்பதில்லை. இந்த முறைகளில் பெரும்பாலானவை, நிலக்கரி மற்றும் எண்ணெய் மின் நிலையங்களைப் போல தேவைக்கேற்ப ஆற்றலை உற்பத்தி செய்வதில்லை. உதாரணமாக, சூரியக் கதிர்வீச்சுக் கோணங்கள் மற்றும் ஒளிமின் தகடுகளின் நிலைப்படுத்தலைப் பொறுத்து மாறுபாடுகளுடன், சூரிய ஆற்றல் வெளியீடுகள் நாள் முழுவதும் கிடைக்கின்றன. அதனால் இரவில் எந்த ஆற்றலையும் உற்பத்தி செய்ய முடியாது, அதே சமயம் குளிர்காலத்திலும் மிகவும் மேகமூட்டமான நாட்களிலும் அதன் வெளியீடு கணிசமாகக் குறைகிறது. காற்றின் வேகத்தைப் பொறுத்து ஏற்படும் ஏற்ற இறக்கங்களால் காற்றாலை ஆற்றலும் பாதிக்கப்படுகிறது. எனவே, குறைந்த வெளியீட்டுக் காலங்களில் ஆற்றல் விநியோகத்தைத் தக்கவைக்க, இந்தத் தீர்வுகள் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளுடன் இணைக்கப்பட வேண்டும்.
ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள் என்றால் என்ன?
ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள், பிற்காலத்தில் பயன்படுத்துவதற்காக ஆற்றலைச் சேமித்து வைக்க முடியும். சில சமயங்களில், சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றலுக்கும் வழங்கப்படும் ஆற்றலுக்கும் இடையில் ஒருவித ஆற்றல் மாற்றம் நிகழும். லித்தியம்-அயன் மின்கலங்கள் அல்லது ஈய-அமில மின்கலங்கள் போன்றவை இதற்கு மிகவும் பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகளாகும். அவை மின்முனைகளுக்கும் மின்பகுளிக்கும் இடையில் நிகழும் வேதி வினைகள் மூலம் மின் ஆற்றலை வழங்குகின்றன.
மின்கலங்கள், அல்லது BESS (மின்கல ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பு), அன்றாட வாழ்க்கைப் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் மிகவும் பொதுவான ஆற்றல் சேமிப்பு முறையாகும். அணையில் தேங்கியுள்ள நீரின் நிலை ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் நீர்மின் நிலையங்கள் போன்ற பிற சேமிப்பு அமைப்புகளும் உள்ளன. கீழே விழும் நீர், மின் ஆற்றலை உற்பத்தி செய்யும் ஒரு விசையாழியின் சுழல் சக்கரத்தைச் சுழற்றும். மற்றொரு உதாரணம் அழுத்தப்பட்ட வாயு; அதை வெளியிடும்போது, அந்த வாயு விசையாழியின் சக்கரத்தைச் சுழற்றி மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்யும்.
மற்ற சேமிப்பு முறைகளிலிருந்து பேட்டரிகளை வேறுபடுத்துவது அவற்றின் செயல்பாட்டுத் துறைகளே ஆகும். சிறிய சாதனங்கள் மற்றும் வாகனங்களுக்கான மின்சாரம் வழங்குவது முதல் வீட்டு உபயோகப் பயன்பாடுகள் மற்றும் பெரிய சூரியப் பண்ணைகள் வரை, எந்தவொரு மின்சார இணைப்பு இல்லாத சேமிப்புப் பயன்பாட்டிலும் பேட்டரிகளைத் தடையின்றி ஒருங்கிணைக்க முடியும். மறுபுறம், நீர்மின்சக்தி மற்றும் அழுத்தப்பட்ட காற்று முறைகளுக்கு, சேமிப்பிற்காக மிகப் பெரிய மற்றும் சிக்கலான உள்கட்டமைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன. இது மிக அதிக செலவுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது, மேலும் அந்தச் செலவுகளை நியாயப்படுத்த மிகப் பெரிய அளவிலான பயன்பாடுகள் தேவைப்படுகின்றன.
மின்சார இணைப்பு இல்லாத சேமிப்பு அமைப்புகளுக்கான பயன்பாட்டு நேர்வுகள்.
முன்னர் குறிப்பிட்டபடி, மின்சாரக் கட்டமைப்புடன் இணைக்கப்படாத சேமிப்பு அமைப்புகள், சூரிய மற்றும் காற்று ஆற்றல் போன்ற புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் முறைகளின் பயன்பாட்டையும் சார்ந்திருத்தலையும் எளிதாக்க முடியும். இருப்பினும், அத்தகைய அமைப்புகளால் பெரிதும் பயனடையக்கூடிய பிற பயன்பாடுகளும் உள்ளன.
நகர மின் கட்டமைப்பு, ஒவ்வொரு நகரத்தின் வழங்கல் மற்றும் தேவையின் அடிப்படையில் சரியான அளவு மின்சாரத்தை வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. தேவைப்படும் மின்சாரம் நாள் முழுவதும் ஏற்ற இறக்கமாக இருக்கலாம். இந்த ஏற்ற இறக்கங்களைக் குறைக்கவும், அதிகபட்ச தேவை உள்ள சமயங்களில் அதிக நிலைத்தன்மையை வழங்கவும் மின் கட்டமைப்பு சாராத சேமிப்பு அமைப்புகள் பயன்படுத்தப்பட்டு வருகின்றன. மற்றொரு கோணத்தில் பார்த்தால், பிரதான மின் கட்டமைப்பில் ஏற்படும் எதிர்பாராத தொழில்நுட்பக் கோளாறுகளையோ அல்லது திட்டமிடப்பட்ட பராமரிப்புக் காலங்களையோ ஈடுசெய்வதற்கு மின் கட்டமைப்பு சாராத சேமிப்பு அமைப்புகள் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். மாற்று ஆற்றல் மூலங்களைத் தேட வேண்டிய அவசியம் இல்லாமல், அவற்றால் மின்சாரத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியும். உதாரணமாக, 2023 பிப்ரவரி மாதத் தொடக்கத்தில் டெக்சாஸில் ஏற்பட்ட பனிப் புயலைக் குறிப்பிடலாம். அப்போது, மோசமான வானிலை காரணமாகச் சீரமைப்புப் பணிகள் தாமதமான நிலையில், சுமார் 262,000 மக்கள் மின்சாரமின்றித் தவித்தனர்.
மின்சார வாகனங்கள் மற்றொரு பயன்பாடாகும். மின்கலங்களின் ஆயுட்காலம் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியை நீட்டிப்பதற்காக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் மின்கல உற்பத்தி மற்றும் மின்னேற்ற/மின்னிறக்க உத்திகளை மேம்படுத்துவதில் பெரும் முயற்சி மேற்கொண்டுள்ளனர். இந்தச் சிறிய புரட்சியில் லித்தியம்-அயன் மின்கலங்கள் முன்னணியில் இருந்து, புதிய மின்சாரக் கார்களிலும் மின்சாரப் பேருந்துகளிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்பட்டு வருகின்றன. சரியான தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தினால், சிறந்த மின்கலங்கள் அதிக மைலேஜுக்கு வழிவகுப்பதுடன், மின்னேற்ற நேரத்தையும் குறைக்கக்கூடும்.
ஆளில்லா வானூர்திகள் (UAVs) மற்றும் நகரும் ரோபோக்கள் போன்ற பிற தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள், மின்கல மேம்பாட்டினால் பெரிதும் பயனடைந்துள்ளன. அவற்றின் இயக்க உத்திகளும் கட்டுப்பாட்டு உத்திகளும், மின்கலம் வழங்கும் திறன் மற்றும் ஆற்றலைப் பெரிதும் சார்ந்துள்ளன.
BESS என்றால் என்ன?
BESS அல்லது பேட்டரி ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பு என்பது ஆற்றலைச் சேமிக்கப் பயன்படும் ஒரு ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பாகும். இந்த ஆற்றல் பிரதான மின் கட்டத்திலிருந்தோ அல்லது காற்று ஆற்றல் மற்றும் சூரிய ஆற்றல் போன்ற புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களிலிருந்தோ பெறப்படலாம். இது, தேவைகளுக்கேற்ப வெவ்வேறு உள்ளமைப்புகளில் (தொடர்/இணை) மற்றும் அளவுகளில் அமைக்கப்பட்ட பல பேட்டரிகளைக் கொண்டுள்ளது. அவை, பயன்பாட்டிற்காக DC மின்சாரத்தை AC மின்சாரமாக மாற்றப் பயன்படும் ஒரு இன்வெர்ட்டருடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. பேட்டரியின் நிலைகளையும் மின்னேற்றம்/மின்னிறக்கச் செயல்பாட்டையும் கண்காணிக்க ஒரு பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்பு (BMS) பயன்படுத்தப்படுகிறது.
மற்ற ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளுடன் ஒப்பிடுகையில், இவற்றை நிறுவுவதும் இணைப்பதும் மிகவும் எளிதானது, மேலும் இவற்றுக்கு அதிக விலையுயர்ந்த உள்கட்டமைப்பு தேவையில்லை. இருப்பினும், இவற்றின் விலை கணிசமானதாக இருப்பதுடன், பயன்பாட்டைப் பொறுத்து அடிக்கடி பராமரிப்பும் தேவைப்படுகிறது.
BESS அளவு மற்றும் பயன்பாட்டுப் பழக்கவழக்கங்கள்
பேட்டரி ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பை நிறுவும்போது கவனிக்க வேண்டிய ஒரு முக்கிய அம்சம் அதன் அளவைத் தீர்மானிப்பதாகும். எத்தனை பேட்டரிகள் தேவைப்படும்? எந்தக் கட்டமைப்பில்? சில சமயங்களில், நீண்ட கால அடிப்படையில் செலவு சேமிப்பு மற்றும் செயல்திறனைப் பொறுத்தவரை, பேட்டரியின் வகை ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கக்கூடும்.
விண்ணப்பங்கள் சிறிய வீடுகள் முதல் பெரிய தொழிற்சாலைகள் வரை வேறுபடலாம் என்பதால், இது ஒவ்வொரு வழக்கையும் பொறுத்து செய்யப்படுகிறது.
சிறிய வீடுகளுக்கு, குறிப்பாக நகர்ப்புறங்களில், மிகவும் பொதுவான புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் ஆதாரம், ஒளிமின்னழுத்தப் பலகைகளைப் பயன்படுத்தும் சூரிய ஆற்றலாகும். பொறியாளர் பொதுவாக அந்த வீட்டின் சராசரி மின் நுகர்வைக் கருத்தில் கொண்டு, குறிப்பிட்ட இடத்திற்கான ஆண்டு முழுவதுமான சூரியக் கதிர்வீச்சை மதிப்பிடுவார். ஆண்டின் மிகக் குறைந்த சூரிய மின் விநியோகத்தின் போது வீட்டின் தேவைகளுக்குப் பொருந்துமாறும், அதே சமயம் மின்கலன்களை முழுமையாகத் தீர்ந்துவிடாமல் இருக்குமாறும் மின்கலன்களின் எண்ணிக்கையும் அவற்றின் கட்டமைப்பு உள்ளமைவும் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. இது, ஒரு தீர்வு பிரதான மின் கட்டமைப்பிலிருந்து முழுமையான மின் சுதந்திரம் பெறும் என்ற அனுமானத்தின் அடிப்படையிலானது.
பேட்டரிகளை ஓரளவு மிதமான மின்னேற்ற நிலையில் வைத்திருப்பது அல்லது அவற்றை முழுமையாக மின்னிறக்கம் செய்யாமல் இருப்பது என்பது, ஆரம்பத்தில் முரண்பாடாகத் தோன்றலாம். எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, ஒரு சேமிப்பு அமைப்பின் முழுத் திறனையும் நம்மால் பயன்படுத்த முடியாவிட்டால், அதை எதற்கு பயன்படுத்த வேண்டும்? கோட்பாட்டளவில் இது சாத்தியம்தான், ஆனால் இது முதலீட்டின் மீதான வருவாயை அதிகப்படுத்தும் உத்தியாக இருக்காது.
BESS-இன் முக்கிய குறைபாடுகளில் ஒன்று, பேட்டரிகளின் ஒப்பீட்டளவில் அதிக விலையாகும். எனவே, பேட்டரியின் ஆயுட்காலத்தை அதிகரிக்கும் ஒரு பயன்பாட்டுப் பழக்கத்தையோ அல்லது மின்னேற்றம்/மின்னிறக்க உத்தியையோ தேர்ந்தெடுப்பது அவசியமாகும். உதாரணமாக, ஈய-அமில பேட்டரிகளை 50% திறனுக்குக் கீழே மின்னிறக்கம் செய்தால், மீளமுடியாத சேதம் ஏற்படும். லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியையும், நீண்ட சுழற்சி ஆயுளையும் கொண்டுள்ளன. அவற்றை அதிக தூரத்திற்கு மின்னிறக்கம் செய்யவும் முடியும், ஆனால் இதற்கு விலை அதிகமாகும். வெவ்வேறு வேதியியல் கலவைகளுக்கு இடையே விலையில் பெரும் வேறுபாடு உள்ளது; ஒரே அளவிலான லித்தியம்-அயன் பேட்டரியை விட ஈய-அமில பேட்டரிகள் நூற்றுக்கணக்கான முதல் ஆயிரக்கணக்கான டாலர்கள் வரை மலிவாக இருக்கக்கூடும். இதனால்தான் மூன்றாம் உலக நாடுகள் மற்றும் ஏழை சமூகங்களில் சூரிய ஆற்றல் பயன்பாடுகளில் ஈய-அமில பேட்டரிகள் அதிகம் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
பேட்டரியின் செயல்திறன் அதன் ஆயுட்காலத்தில் ஏற்படும் சிதைவினால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது; திடீர் செயலிழப்பில் முடிவடையும் ஒரு சீரான செயல்திறன் அதற்கு இல்லை. மாறாக, அதன் திறன் படிப்படியாகக் குறையக்கூடும். நடைமுறையில், ஒரு பேட்டரியின் திறன் அதன் அசல் திறனில் 80%-ஐ அடையும்போது அதன் ஆயுட்காலம் முடிந்துவிட்டதாகக் கருதப்படுகிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், அதன் திறனில் 20% சரிவு ஏற்படும்போது இது நிகழ்கிறது. நடைமுறையில், இதன் பொருள் குறைந்த அளவு ஆற்றலை மட்டுமே வழங்க முடியும் என்பதாகும். இது முழுமையான தற்சார்பு அமைப்புகளுக்கான பயன்பாட்டுக் காலங்களையும், ஒரு மின்சார வாகனம் பயணிக்கக்கூடிய மைலேஜின் அளவையும் பாதிக்கக்கூடும்.
கருத்தில் கொள்ள வேண்டிய மற்றொரு அம்சம் பாதுகாப்பு. உற்பத்தி மற்றும் தொழில்நுட்பத்தில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றங்களால், சமீபத்திய மின்கலங்கள் பொதுவாக வேதியியல் ரீதியாக அதிக நிலைத்தன்மை கொண்டவையாக உள்ளன. இருப்பினும், சிதைவு மற்றும் தவறான பயன்பாட்டின் வரலாறு காரணமாக, மின்கலங்கள் வெப்பக் கட்டுப்பாடின்மைக்கு உள்ளாகலாம். இது பேரழிவுகரமான விளைவுகளுக்கு வழிவகுப்பதுடன், சில சமயங்களில் நுகர்வோரின் உயிருக்கே ஆபத்தையும் விளைவிக்கக்கூடும்.
இதனால்தான், பேட்டரி பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கும், அதன் ஆரோக்கிய நிலையைக் கண்காணிப்பதற்கும், சரியான நேரத்தில் பராமரிப்பை மேற்கொள்வதற்கும், மோசமான விளைவுகளைத் தவிர்ப்பதற்கும் நிறுவனங்கள் மேம்பட்ட பேட்டரி கண்காணிப்பு மென்பொருளை (BMS) உருவாக்கியுள்ளன.
முடிவு
மின்கட்டமைப்பு ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள், பிரதான மின்கட்டமைப்பிலிருந்து மின்சாரச் சுதந்திரத்தை அடைவதற்கு ஒரு சிறந்த வாய்ப்பை வழங்குவதோடு, மின் தடை நேரங்களிலும் உச்சபட்ச மின்சுமைக் காலங்களிலும் ஒரு மாற்று மின்சார ஆதாரத்தையும் வழங்குகின்றன. அவற்றின் வளர்ச்சி, பசுமையான ஆற்றல் ஆதாரங்களை நோக்கிய மாற்றத்தை எளிதாக்கும். இதன்மூலம், நுகர்வில் ஏற்படும் தொடர்ச்சியான வளர்ச்சியுடன் கூடிய ஆற்றல் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்துகொண்டே, காலநிலை மாற்றத்தின் மீதான ஆற்றல் உற்பத்தியின் தாக்கத்தையும் கட்டுப்படுத்த முடியும்.
பேட்டரி ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுபவை மற்றும் பல்வேறு அன்றாடப் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்ப எளிதில் கட்டமைக்கக்கூடியவை ஆகும். அவற்றின் அதிக நெகிழ்வுத்தன்மைக்கு ஈடாக, அவற்றின் விலை ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக உள்ளது. இது, அந்தந்த அமைப்புகளின் ஆயுட்காலத்தை முடிந்தவரை நீட்டிப்பதற்காகக் கண்காணிப்பு உத்திகளின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுக்கிறது. தற்போது, தொழில்துறையும் கல்வித்துறையும் பல்வேறு சூழ்நிலைகளில் பேட்டரி சிதைவை ஆராய்வதற்கும் புரிந்துகொள்வதற்கும் பெரும் முயற்சி மேற்கொண்டு வருகின்றன.
