గత 50 సంవత్సరాలుగా, ప్రపంచవ్యాప్తంగా విద్యుత్ వినియోగం నిరంతరం పెరుగుతూనే ఉంది, 2021 సంవత్సరంలో ఇది సుమారు 25,300 టెరావాట్-గంటల మేర వినియోగించబడినట్లు అంచనా. ఇండస్ట్రీ 4.0 వైపు జరుగుతున్న పరివర్తనతో, ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఇంధన డిమాండ్లు పెరుగుతున్నాయి. పారిశ్రామిక మరియు ఇతర ఆర్థిక రంగాల విద్యుత్ అవసరాలను మినహాయించి, ఈ సంఖ్యలు ప్రతి సంవత్సరం పెరుగుతున్నాయి. ఈ పారిశ్రామిక మార్పు మరియు అధిక విద్యుత్ వినియోగంతో పాటు, గ్రీన్హౌస్ వాయువుల అధిక ఉద్గారాల కారణంగా వాతావరణ మార్పులపై మరింత స్పష్టమైన ప్రభావాలు కూడా కనిపిస్తున్నాయి. ప్రస్తుతం, చాలా విద్యుత్ ఉత్పాదన కేంద్రాలు మరియు సౌకర్యాలు ఇటువంటి డిమాండ్లను తీర్చడానికి శిలాజ ఇంధన వనరులపై (చమురు మరియు గ్యాస్) ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉన్నాయి. ఈ వాతావరణ ఆందోళనలు సాంప్రదాయ పద్ధతులను ఉపయోగించి అదనపు విద్యుత్ ఉత్పత్తిని నిరోధిస్తున్నాయి. అందువల్ల, పునరుత్పాదక వనరుల నుండి నిరంతర మరియు విశ్వసనీయమైన ఇంధన సరఫరాను నిర్ధారించడానికి, సమర్థవంతమైన మరియు నమ్మకమైన ఇంధన నిల్వ వ్యవస్థల అభివృద్ధి అత్యంత ముఖ్యమైనదిగా మారింది.
శక్తి రంగం పునరుత్పాదక శక్తి లేదా "హరిత" పరిష్కారాల వైపు మళ్లడం ద్వారా స్పందించింది. మెరుగైన తయారీ పద్ధతులు ఈ పరివర్తనకు సహాయపడ్డాయి, ఉదాహరణకు విండ్ టర్బైన్ బ్లేడ్ల తయారీ మరింత సమర్థవంతంగా మారింది. అలాగే, పరిశోధకులు ఫోటోవోల్టాయిక్ కణాల సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచగలిగారు, దీనివల్ల ప్రతి వినియోగ ప్రాంతానికి మెరుగైన శక్తి ఉత్పత్తి సాధ్యమైంది. 2021లో, సౌర ఫోటోవోల్టాయిక్ (PV) వనరుల నుండి విద్యుత్ ఉత్పత్తి గణనీయంగా పెరిగి, రికార్డు స్థాయిలో 179 TWhకి చేరుకుంది, ఇది 2020తో పోలిస్తే 22% వృద్ధిని సూచిస్తుంది. సౌర PV సాంకేతికత ఇప్పుడు ప్రపంచ విద్యుత్ ఉత్పత్తిలో 3.6% వాటాను కలిగి ఉంది మరియు ప్రస్తుతం జలవిద్యుత్ మరియు పవన విద్యుత్ తర్వాత మూడవ అతిపెద్ద పునరుత్పాదక శక్తి వనరుగా ఉంది.
అయితే, ఈ పురోగతులు పునరుత్పాదక ఇంధన వ్యవస్థలలోని కొన్ని సహజ లోపాలను, ముఖ్యంగా లభ్యత సమస్యను పరిష్కరించలేవు. ఈ పద్ధతులలో చాలా వరకు బొగ్గు మరియు చమురు విద్యుత్ ప్లాంట్ల వలె అవసరమైనప్పుడు శక్తిని ఉత్పత్తి చేయవు. ఉదాహరణకు, సౌర శక్తి ఉత్పత్తి సూర్య కిరణాల కోణాలు మరియు పీవీ ప్యానెల్ అమరికపై ఆధారపడి హెచ్చుతగ్గులతో రోజంతా అందుబాటులో ఉంటుంది. ఇది రాత్రి సమయంలో ఎలాంటి శక్తిని ఉత్పత్తి చేయలేదు, అలాగే శీతాకాలంలో మరియు బాగా మేఘావృతమైన రోజులలో దీని ఉత్పత్తి గణనీయంగా తగ్గుతుంది. గాలి వేగాన్ని బట్టి వచ్చే హెచ్చుతగ్గుల వల్ల పవన శక్తి కూడా ఇబ్బంది పడుతుంది. అందువల్ల, తక్కువ ఉత్పత్తి కాలంలో శక్తి సరఫరాను కొనసాగించడానికి ఈ పరిష్కారాలను శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలతో అనుసంధానించాల్సిన అవసరం ఉంది.
శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు అంటే ఏమిటి?
శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు తరువాతి దశలో ఉపయోగించుకోవడానికి శక్తిని నిల్వ చేయగలవు. కొన్ని సందర్భాల్లో, నిల్వ చేసిన శక్తికి మరియు అందించబడిన శక్తికి మధ్య ఒక రకమైన శక్తి మార్పిడి జరుగుతుంది. దీనికి అత్యంత సాధారణ ఉదాహరణ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు లేదా లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీల వంటి విద్యుత్ బ్యాటరీలు. ఇవి ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య జరిగే రసాయన చర్యల ద్వారా విద్యుత్ శక్తిని అందిస్తాయి.
బ్యాటరీలు, లేదా BESS (బ్యాటరీ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ సిస్టమ్), రోజువారీ జీవితంలో ఉపయోగించే అత్యంత సాధారణ శక్తి నిల్వ పద్ధతిని సూచిస్తాయి. ఆనకట్టలో నిల్వ ఉన్న నీటిలోని స్థితిశక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ల వంటి ఇతర నిల్వ వ్యవస్థలు కూడా ఉన్నాయి. కిందకు పడే నీరు టర్బైన్ యొక్క ఫ్లైవీల్ను తిప్పి విద్యుత్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. సంపీడన వాయువు మరొక ఉదాహరణ; విడుదల చేసినప్పుడు, ఆ వాయువు టర్బైన్ చక్రాన్ని తిప్పి శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
ఇతర నిల్వ పద్ధతుల నుండి బ్యాటరీలను వేరుచేసేది వాటి కార్యాచరణ సామర్థ్యపు రంగాలే. చిన్న పరికరాలు మరియు వాహన విద్యుత్ సరఫరా నుండి గృహ వినియోగాలు మరియు పెద్ద సౌర క్షేత్రాల వరకు, బ్యాటరీలను ఏ ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ అనువర్తనంలోనైనా సజావుగా అనుసంధానించవచ్చు. మరోవైపు, జలవిద్యుత్ మరియు సంపీడన గాలి పద్ధతులకు నిల్వ కోసం చాలా పెద్ద మరియు సంక్లిష్టమైన మౌలిక సదుపాయాలు అవసరం. దీనివల్ల చాలా అధిక ఖర్చులు వస్తాయి, వాటిని సమర్థించుకోవడానికి చాలా పెద్ద అనువర్తనాలు అవసరమవుతాయి.
ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థల వినియోగ సందర్భాలు.
ఇంతకు ముందు చెప్పినట్లుగా, ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థలు సౌర మరియు పవన శక్తి వంటి పునరుత్పాదక శక్తి పద్ధతుల వాడకాన్ని మరియు వాటిపై ఆధారపడటాన్ని సులభతరం చేయగలవు. అయినప్పటికీ, అటువంటి వ్యవస్థల నుండి గొప్పగా ప్రయోజనం పొందగల ఇతర అనువర్తనాలు కూడా ఉన్నాయి.
నగర విద్యుత్ గ్రిడ్లు ప్రతి నగరం యొక్క సరఫరా మరియు డిమాండ్ ఆధారంగా సరైన మొత్తంలో విద్యుత్ను అందించడమే లక్ష్యంగా పెట్టుకుంటాయి. అవసరమైన విద్యుత్ రోజంతా హెచ్చుతగ్గులకు లోనవుతుంది. ఈ హెచ్చుతగ్గులను తగ్గించడానికి మరియు గరిష్ట డిమాండ్ ఉన్న సందర్భాలలో మరింత స్థిరత్వాన్ని అందించడానికి ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థలను ఉపయోగిస్తున్నారు. మరో కోణం నుండి చూస్తే, ప్రధాన విద్యుత్ గ్రిడ్లో లేదా షెడ్యూల్ చేయబడిన నిర్వహణ సమయాలలో ఏదైనా ఊహించని సాంకేతిక లోపాన్ని భర్తీ చేయడానికి ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థలు ఎంతో ప్రయోజనకరంగా ఉంటాయి. ప్రత్యామ్నాయ ఇంధన వనరుల కోసం వెతకాల్సిన అవసరం లేకుండానే అవి విద్యుత్ అవసరాలను తీర్చగలవు. ఉదాహరణకు, 2023 ఫిబ్రవరి ప్రారంభంలో టెక్సాస్లో సంభవించిన మంచు తుఫానును ఉదహరించవచ్చు. ఆ తుఫాను కారణంగా సుమారు 2,62,000 మంది ప్రజలు విద్యుత్ లేకుండా పోయారు, మరియు ప్రతికూల వాతావరణ పరిస్థితుల వల్ల మరమ్మతులు ఆలస్యమయ్యాయి.
ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు మరో అనువర్తనం. బ్యాటరీల జీవితకాలాన్ని మరియు పవర్ డెన్సిటీని పెంచడానికి, పరిశోధకులు బ్యాటరీ తయారీ మరియు ఛార్జింగ్/డిశ్చార్జింగ్ వ్యూహాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి చాలా కృషి చేశారు. ఈ చిన్న విప్లవంలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ముందంజలో ఉన్నాయి మరియు వీటిని కొత్త ఎలక్ట్రిక్ కార్లలోనే కాకుండా ఎలక్ట్రిక్ బస్సులలో కూడా విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నారు. ఈ సందర్భంలో మెరుగైన బ్యాటరీలు, సరైన సాంకేతికతలతో ఎక్కువ మైలేజీకి దారితీయడమే కాకుండా, ఛార్జింగ్ సమయాలను కూడా తగ్గిస్తాయి.
UAVలు మరియు మొబైల్ రోబోట్ల వంటి ఇతర సాంకేతిక పురోగతులు బ్యాటరీ అభివృద్ధి నుండి ఎంతగానో ప్రయోజనం పొందాయి. వాటి చలన వ్యూహాలు మరియు నియంత్రణ వ్యూహాలు బ్యాటరీ సామర్థ్యం మరియు అందించబడిన శక్తిపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటాయి.
BESS అంటే ఏమిటి
BESS లేదా బ్యాటరీ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ సిస్టమ్ అనేది శక్తిని నిల్వ చేయడానికి ఉపయోగపడే ఒక శక్తి నిల్వ వ్యవస్థ. ఈ శక్తి ప్రధాన గ్రిడ్ నుండి గానీ, లేదా పవన శక్తి మరియు సౌర శక్తి వంటి పునరుత్పాదక శక్తి వనరుల నుండి గానీ రావచ్చు. ఇది అవసరాలను బట్టి వివిధ కాన్ఫిగరేషన్లలో (సిరీస్/ప్యారలల్) అమర్చబడి, పరిమాణంలో ఉండే అనేక బ్యాటరీలతో కూడి ఉంటుంది. వినియోగం కోసం DC పవర్ను AC పవర్గా మార్చడానికి ఉపయోగపడే ఒక ఇన్వర్టర్కు ఇవి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.బ్యాటరీ నిర్వహణ వ్యవస్థ (BMS)బ్యాటరీ స్థితిని మరియు ఛార్జింగ్/డిశ్చార్జింగ్ ప్రక్రియను పర్యవేక్షించడానికి దీనిని ఉపయోగిస్తారు.
ఇతర శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలతో పోలిస్తే, వీటిని అమర్చడం/అనుసంధానించడం చాలా సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది మరియు వీటికి అత్యంత ఖరీదైన మౌలిక సదుపాయాలు అవసరం లేదు, అయినప్పటికీ వీటి ధర గణనీయంగా ఉంటుంది మరియు వినియోగాన్ని బట్టి మరింత క్రమమైన నిర్వహణ అవసరం అవుతుంది.
BESS పరిమాణం మరియు వినియోగ అలవాట్లు
బ్యాటరీ శక్తి నిల్వ వ్యవస్థను ఏర్పాటు చేసేటప్పుడు పరిష్కరించాల్సిన ఒక కీలకమైన అంశం పరిమాణాన్ని నిర్ణయించడం. ఎన్ని బ్యాటరీలు అవసరం? ఏ అమరికలో? కొన్ని సందర్భాల్లో, దీర్ఘకాలంలో ఖర్చు ఆదా మరియు సామర్థ్యం విషయంలో బ్యాటరీ రకం కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది.
చిన్న గృహాల నుండి పెద్ద పారిశ్రామిక కర్మాగారాల వరకు దరఖాస్తులు ఉండవచ్చు కాబట్టి, ఇది ప్రతి కేసును బట్టి నిర్ణయించబడుతుంది.
చిన్న కుటుంబాలకు, ముఖ్యంగా పట్టణ ప్రాంతాలలో, ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్యానెళ్లను ఉపయోగించే సౌరశక్తి అత్యంత సాధారణ పునరుత్పాదక శక్తి వనరు. ఇంజనీర్ సాధారణంగా ఆ కుటుంబం యొక్క సగటు విద్యుత్ వినియోగాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుని, ఆ నిర్దిష్ట ప్రదేశంలో ఏడాది పొడవునా ఉండే సౌర వికిరణాన్ని అంచనా వేస్తారు. సంవత్సరంలో సౌర విద్యుత్ సరఫరా అత్యల్పంగా ఉండే సమయంలో, బ్యాటరీలు పూర్తిగా ఖాళీ కాకుండా, కుటుంబ అవసరాలకు సరిపోయేలా బ్యాటరీల సంఖ్యను మరియు వాటి గ్రిడ్ కాన్ఫిగరేషన్ను ఎంపిక చేస్తారు. ఇది ప్రధాన గ్రిడ్ నుండి పూర్తి విద్యుత్ స్వాతంత్ర్యం పొందే పరిష్కారంగా భావించబడుతుంది.
బ్యాటరీలను సాపేక్షంగా మితమైన ఛార్జ్ స్థాయిలో ఉంచడం లేదా వాటిని పూర్తిగా డిశ్చార్జ్ చేయకపోవడం అనేది మొదట విరుద్ధంగా అనిపించవచ్చు. అసలు, ఒక నిల్వ వ్యవస్థ యొక్క పూర్తి సామర్థ్యాన్ని మనం ఉపయోగించుకోలేనప్పుడు, దానిని ఎందుకు ఉపయోగించాలి? సిద్ధాంతపరంగా ఇది సాధ్యమే, కానీ పెట్టుబడిపై రాబడిని గరిష్ఠం చేసే వ్యూహం ఇది కాకపోవచ్చు.
BESS యొక్క ప్రధాన ప్రతికూలతలలో ఒకటి బ్యాటరీల అధిక ధర. అందువల్ల, బ్యాటరీ జీవితకాలాన్ని పెంచే వినియోగ అలవాటును లేదా ఛార్జింగ్/డిశ్చార్జింగ్ వ్యూహాన్ని ఎంచుకోవడం చాలా అవసరం. ఉదాహరణకు, లెడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలను 50% సామర్థ్యం కంటే తక్కువకు డిశ్చార్జ్ చేస్తే కోలుకోలేని నష్టం జరుగుతుంది. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలకు అధిక శక్తి సాంద్రత, సుదీర్ఘ సైకిల్ లైఫ్ ఉంటాయి. వాటిని ఎక్కువ రేంజ్లలో కూడా డిశ్చార్జ్ చేయవచ్చు, కానీ దీనివల్ల ధర పెరుగుతుంది. వివిధ కెమిస్ట్రీల మధ్య ధరలో అధిక వ్యత్యాసం ఉంటుంది, ఒకే పరిమాణంలో ఉన్న లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ కంటే లెడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలు వందల నుండి వేల డాలర్ల వరకు చౌకగా ఉండవచ్చు. ఈ కారణంగానే మూడవ ప్రపంచ దేశాలలో మరియు పేద వర్గాలలో సౌర అనువర్తనాలలో లెడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలను ఎక్కువగా ఉపయోగిస్తారు.
బ్యాటరీ పనితీరు దాని జీవితకాలంలో క్షీణత వలన తీవ్రంగా ప్రభావితమవుతుంది; ఇది ఆకస్మిక వైఫల్యంతో ముగిసే స్థిరమైన పనితీరును కలిగి ఉండదు. బదులుగా, దాని సామర్థ్యం మరియు అందించబడిన శక్తి క్రమంగా క్షీణించవచ్చు. ఆచరణలో, ఒక బ్యాటరీ సామర్థ్యం దాని అసలు సామర్థ్యంలో 80%కి చేరుకున్నప్పుడు, అంటే 20% సామర్థ్య క్షీణతను ఎదుర్కొన్నప్పుడు, దాని జీవితకాలం ముగిసినట్లుగా పరిగణించబడుతుంది. ఆచరణలో, దీని అర్థం తక్కువ మొత్తంలో శక్తిని అందించగలదని. ఇది పూర్తిగా స్వతంత్ర వ్యవస్థల వినియోగ సమయాలను మరియు ఒక EV ప్రయాణించగల మైలేజీని ప్రభావితం చేయగలదు.
పరిగణించవలసిన మరో అంశం భద్రత. తయారీ మరియు సాంకేతికతలో పురోగతితో, ఇటీవలి బ్యాటరీలు సాధారణంగా రసాయనికంగా మరింత స్థిరంగా ఉంటున్నాయి. అయినప్పటికీ, క్షీణత మరియు దుర్వినియోగం యొక్క చరిత్ర కారణంగా, సెల్లు థర్మల్ రన్అవేలోకి వెళ్ళవచ్చు, ఇది విపత్కర ఫలితాలకు దారితీయవచ్చు మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో వినియోగదారుల ప్రాణాలను ప్రమాదంలో పడేస్తుంది.
అందుకే కంపెనీలు బ్యాటరీ వినియోగాన్ని నియంత్రించడానికే కాకుండా, సకాలంలో నిర్వహణను అందించడానికి మరియు తీవ్రమైన పరిణామాలను నివారించడానికి దాని ఆరోగ్య స్థితిని పర్యవేక్షించడానికి కూడా మెరుగైన బ్యాటరీ పర్యవేక్షణ సాఫ్ట్వేర్ను (BMS) అభివృద్ధి చేశాయి.
ముగింపు
గ్రిడ్-శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు ప్రధాన గ్రిడ్ నుండి విద్యుత్ స్వాతంత్ర్యాన్ని సాధించడానికి ఒక గొప్ప అవకాశాన్ని అందించడమే కాకుండా, విద్యుత్ సరఫరా నిలిచిపోయినప్పుడు మరియు గరిష్ట వినియోగ సమయాలలో బ్యాకప్ విద్యుత్ వనరుగా కూడా పనిచేస్తాయి. వీటి అభివృద్ధి పర్యావరణ అనుకూల ఇంధన వనరుల వైపు మళ్లడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది, తద్వారా వినియోగంలో నిరంతర పెరుగుదలతో పాటు ఇంధన అవసరాలను తీరుస్తూనే, వాతావరణ మార్పుపై విద్యుత్ ఉత్పత్తి ప్రభావాన్ని పరిమితం చేస్తుంది.
బ్యాటరీ శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి మరియు వివిధ రోజువారీ అనువర్తనాల కోసం కాన్ఫిగర్ చేయడానికి చాలా సులభమైనవి. వాటి అధిక సౌలభ్యం సాపేక్షంగా అధిక ధరతో ముడిపడి ఉంది, ఇది వాటి జీవితకాలాన్ని వీలైనంత వరకు పొడిగించడానికి పర్యవేక్షణ వ్యూహాల అభివృద్ధికి దారితీస్తుంది. ప్రస్తుతం, పరిశ్రమ మరియు విద్యాసంస్థలు వివిధ పరిస్థితులలో బ్యాటరీ క్షీణతను పరిశోధించడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి చాలా కృషి చేస్తున్నాయి.
సంబంధిత వ్యాసం:
అనుకూలీకరించిన ఇంధన పరిష్కారాలు – ఇంధన లభ్యతకు విప్లవాత్మక విధానాలు
పునరుత్పాదక శక్తిని గరిష్ఠంగా వినియోగించుకోవడం: బ్యాటరీ విద్యుత్ నిల్వ పాత్ర
సముద్ర శక్తి నిల్వ వ్యవస్థల కోసం బ్యాటరీ సాంకేతికతలో పురోగతులు
