గ్రిడ్ నుండి విద్యుత్తును ఎలా నిల్వ చేయాలి?

గత 50 సంవత్సరాలుగా, ప్రపంచ విద్యుత్ వినియోగంలో నిరంతర పెరుగుదల ఉంది, 2021 సంవత్సరంలో సుమారు 25,300 టెరావాట్-గంటల వినియోగం అంచనా వేయబడింది. పరిశ్రమ 4.0 వైపు పరివర్తనతో, ప్రపంచవ్యాప్తంగా శక్తి డిమాండ్లు పెరుగుతున్నాయి. పారిశ్రామిక మరియు ఇతర ఆర్థిక రంగాల విద్యుత్ అవసరాలను చేర్చకుండా, ఈ సంఖ్యలు ప్రతి సంవత్సరం పెరుగుతున్నాయి. ఈ పారిశ్రామిక మార్పు మరియు అధిక-శక్తి వినియోగం గ్రీన్హౌస్ వాయువుల అధిక ఉద్గారాల కారణంగా మరింత స్పష్టమైన వాతావరణ మార్పు ప్రభావాలతో జతచేయబడ్డాయి. ప్రస్తుతం, చాలా విద్యుత్ ఉత్పత్తి ప్లాంట్లు మరియు సౌకర్యాలు అటువంటి డిమాండ్లను తీర్చడానికి శిలాజ ఇంధన వనరులపై (చమురు మరియు వాయువు) ఎక్కువగా ఆధారపడతాయి. ఈ వాతావరణ సమస్యలు సాంప్రదాయ పద్ధతులను ఉపయోగించి అదనపు శక్తి ఉత్పత్తిని నిషేధిస్తాయి. అందువల్ల, పునరుత్పాదక వనరుల నుండి నిరంతర మరియు నమ్మదగిన శక్తి సరఫరాను నిర్ధారించడానికి సమర్థవంతమైన మరియు నమ్మదగిన శక్తి నిల్వ వ్యవస్థల అభివృద్ధి చాలా ముఖ్యమైనదిగా మారింది.

ఇంధన రంగం పునరుత్పాదక శక్తి లేదా "ఆకుపచ్చ" పరిష్కారాల వైపు మళ్లడం ద్వారా స్పందించింది. మెరుగైన తయారీ పద్ధతులు ఈ పరివర్తనకు సహాయపడ్డాయి, ఉదాహరణకు విండ్ టర్బైన్ బ్లేడ్‌ల మరింత సమర్థవంతమైన తయారీకి దారితీసింది. అలాగే, పరిశోధకులు ఫోటోవోల్టాయిక్ కణాల సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచగలిగారు, ఇది వినియోగ ప్రాంతానికి మెరుగైన శక్తి ఉత్పత్తికి దారితీసింది. 2021లో, సౌర ఫోటోవోల్టాయిక్ (PV) వనరుల నుండి విద్యుత్ ఉత్పత్తి గణనీయంగా పెరిగింది, రికార్డు స్థాయిలో 179 TWhకి చేరుకుంది మరియు 2020తో పోలిస్తే 22% వృద్ధిని సూచిస్తుంది. సౌర PV సాంకేతికత ఇప్పుడు ప్రపంచ విద్యుత్ ఉత్పత్తిలో 3.6% వాటా కలిగి ఉంది మరియు ప్రస్తుతం జలశక్తి మరియు పవన శక్తి తర్వాత మూడవ అతిపెద్ద పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుగా ఉంది.

అయితే, ఈ పురోగతులు పునరుత్పాదక ఇంధన వ్యవస్థల యొక్క కొన్ని స్వాభావిక లోపాలను, ముఖ్యంగా లభ్యతను పరిష్కరించవు. ఈ పద్ధతుల్లో చాలా వరకు బొగ్గు మరియు చమురు విద్యుత్ ప్లాంట్లుగా డిమాండ్‌పై శక్తిని ఉత్పత్తి చేయవు. ఉదాహరణకు, సౌర శక్తి ఉత్పాదనలు రోజంతా అందుబాటులో ఉంటాయి, సూర్య వికిరణ కోణాలు మరియు PV ప్యానెల్ స్థానాలను బట్టి వైవిధ్యాలతో ఉంటాయి. శీతాకాలంలో మరియు చాలా మేఘావృతమైన రోజులలో దాని ఉత్పత్తి గణనీయంగా తగ్గినప్పుడు, రాత్రి సమయంలో ఇది ఎటువంటి శక్తిని ఉత్పత్తి చేయదు. గాలి వేగం ఆధారంగా హెచ్చుతగ్గులకు కూడా పవన శక్తి గురవుతుంది. అందువల్ల, తక్కువ ఉత్పత్తి సమయాల్లో శక్తి సరఫరాను కొనసాగించడానికి ఈ పరిష్కారాలను శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలతో జతచేయాలి.

శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు అంటే ఏమిటి?

శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు తరువాతి దశలో ఉపయోగించుకోవడానికి శక్తిని నిల్వ చేయగలవు. కొన్ని సందర్భాల్లో, నిల్వ చేయబడిన శక్తి మరియు అందించబడిన శక్తి మధ్య శక్తి మార్పిడి ఉంటుంది. అత్యంత సాధారణ ఉదాహరణ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు లేదా లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలు వంటి విద్యుత్ బ్యాటరీలు. అవి ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య రసాయన ప్రతిచర్యల ద్వారా విద్యుత్ శక్తిని అందిస్తాయి.

బ్యాటరీలు, లేదా BESS (బ్యాటరీ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ సిస్టమ్), రోజువారీ జీవితంలో ఉపయోగించే అత్యంత సాధారణ శక్తి నిల్వ పద్ధతిని సూచిస్తాయి. ఆనకట్టలో నిల్వ చేయబడిన నీటి సంభావ్య శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు వంటి ఇతర నిల్వ వ్యవస్థలు ఉన్నాయి. కింద పడే నీరు విద్యుత్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే టర్బైన్ యొక్క ఫ్లైవీల్‌ను మారుస్తుంది. మరొక ఉదాహరణ కంప్రెస్డ్ గ్యాస్, విడుదలైన తర్వాత వాయువు టర్బైన్ ఉత్పత్తి చేసే శక్తిని చక్రం తిప్పుతుంది.

ఇతర నిల్వ పద్ధతుల నుండి బ్యాటరీలను వేరు చేసేది వాటి సంభావ్య ఆపరేషన్ ప్రాంతాలు. చిన్న పరికరాలు మరియు ఆటోమొబైల్ విద్యుత్ సరఫరా నుండి గృహ అనువర్తనాలు మరియు పెద్ద సౌర క్షేత్రాల వరకు, బ్యాటరీలను ఏదైనా ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ అప్లికేషన్‌కు సజావుగా అనుసంధానించవచ్చు. మరోవైపు, జలశక్తి మరియు సంపీడన వాయు పద్ధతులకు నిల్వ కోసం చాలా పెద్ద మరియు సంక్లిష్టమైన మౌలిక సదుపాయాలు అవసరం. ఇది చాలా ఎక్కువ ఖర్చులకు దారితీస్తుంది, దీనిని సమర్థించుకోవడానికి చాలా పెద్ద అనువర్తనాలు అవసరం.

ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థల కోసం కేసులను ఉపయోగించండి.

గతంలో చెప్పినట్లుగా, ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థలు సౌర మరియు పవన శక్తి వంటి పునరుత్పాదక ఇంధన పద్ధతుల వినియోగాన్ని మరియు ఆధారపడటాన్ని సులభతరం చేస్తాయి. అయినప్పటికీ, అటువంటి వ్యవస్థల నుండి గొప్పగా ప్రయోజనం పొందగల ఇతర అనువర్తనాలు ఉన్నాయి.

నగర విద్యుత్ గ్రిడ్‌లు ప్రతి నగరం యొక్క సరఫరా మరియు డిమాండ్ ఆధారంగా సరైన మొత్తంలో విద్యుత్‌ను అందించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి. అవసరమైన విద్యుత్తు రోజంతా హెచ్చుతగ్గులకు లోనవుతుంది. గరిష్ట డిమాండ్ ఉన్న సందర్భాల్లో హెచ్చుతగ్గులను తగ్గించడానికి మరియు మరింత స్థిరత్వాన్ని అందించడానికి ఆఫ్-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థలు ఉపయోగించబడ్డాయి. వేరే కోణం నుండి, ప్రధాన విద్యుత్ గ్రిడ్‌లో లేదా షెడ్యూల్ చేయబడిన నిర్వహణ వ్యవధిలో ఏదైనా ఊహించని సాంకేతిక లోపాన్ని భర్తీ చేయడానికి ఆఫ్-ది-గ్రిడ్ నిల్వ వ్యవస్థలు చాలా ప్రయోజనకరంగా ఉంటాయి. ప్రత్యామ్నాయ ఇంధన వనరుల కోసం వెతకాల్సిన అవసరం లేకుండా అవి విద్యుత్ అవసరాలను తీర్చగలవు. ఉదాహరణకు, ఫిబ్రవరి 2023 ప్రారంభంలో టెక్సాస్ మంచు తుఫాను కారణంగా దాదాపు 262 000 మంది ప్రజలు విద్యుత్ లేకుండా పోయారు, అయితే క్లిష్ట వాతావరణ పరిస్థితుల కారణంగా మరమ్మతులు ఆలస్యం అయ్యాయి.

ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు మరొక అప్లికేషన్. బ్యాటరీల జీవితకాలం మరియు శక్తి సాంద్రతను విస్తరించడానికి బ్యాటరీ తయారీ మరియు ఛార్జింగ్/డిశ్చార్జింగ్ వ్యూహాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి పరిశోధకులు చాలా కృషి చేశారు. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ఈ చిన్న విప్లవంలో ముందంజలో ఉన్నాయి మరియు కొత్త ఎలక్ట్రిక్ కార్లలో మరియు ఎలక్ట్రిక్ బస్సులలో కూడా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఈ సందర్భంలో మెరుగైన బ్యాటరీలు ఎక్కువ మైలేజీకి దారితీయవచ్చు కానీ సరైన సాంకేతికతలతో ఛార్జింగ్ సమయాన్ని కూడా తగ్గించవచ్చు.

UAVలు మరియు మొబైల్ రోబోట్‌లు వంటి ఇతర సాంకేతిక పురోగతి బ్యాటరీ అభివృద్ధి నుండి ఎంతో ప్రయోజనం పొందింది. అక్కడ 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 ఉపయోగించే ఒక ఎనర్జీ స్టోరేజ్ సిస్టమ్. ఈ శక్తి ప్రధాన గ్రిడ్ నుండి లేదా పవన శక్తి మరియు సౌరశక్తి వంటి పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుల నుండి రావచ్చు. ఇది వివిధ కాన్ఫిగరేషన్‌లలో (సిరీస్/సమాంతరంగా) అమర్చబడిన మరియు అవసరాల ఆధారంగా పరిమాణంలో ఉన్న బహుళ బ్యాటరీలతో కూడి ఉంటుంది. అవి DC పవర్‌ను AC పవర్‌గా మార్చడానికి ఉపయోగించే ఇన్వర్టర్‌కు అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. A.బ్యాటరీ నిర్వహణ వ్యవస్థ (BMS)బ్యాటరీ పరిస్థితులను మరియు ఛార్జింగ్/డిశ్చార్జింగ్ ఆపరేషన్‌ను పర్యవేక్షించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

ఇతర శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలతో పోలిస్తే, అవి ఉంచడానికి/కనెక్ట్ చేయడానికి చాలా సరళంగా ఉంటాయి మరియు ఖరీదైన మౌలిక సదుపాయాలు అవసరం లేదు, కానీ అవి ఇప్పటికీ గణనీయమైన ఖర్చుతో వస్తాయి మరియు వినియోగం ఆధారంగా మరింత సాధారణ నిర్వహణ అవసరం.

BESS సైజు మరియు వినియోగ అలవాట్లు

బ్యాటరీ శక్తి నిల్వ వ్యవస్థను వ్యవస్థాపించేటప్పుడు పరిష్కరించాల్సిన కీలకమైన అంశం సైజింగ్. ఎన్ని బ్యాటరీలు అవసరం? ఏ కాన్ఫిగరేషన్‌లో? కొన్ని సందర్భాల్లో, ఖర్చు ఆదా మరియు సామర్థ్యం పరంగా బ్యాటరీ రకం దీర్ఘకాలంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది.

చిన్న గృహాల నుండి పెద్ద పారిశ్రామిక ప్లాంట్ల వరకు దరఖాస్తులు ఉండవచ్చు కాబట్టి ఇది కేసు వారీగా చేయబడుతుంది.

చిన్న గృహాలకు, ముఖ్యంగా పట్టణ ప్రాంతాలలో, అత్యంత సాధారణ పునరుత్పాదక ఇంధన వనరు ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్యానెల్‌లను ఉపయోగించే సౌరశక్తి. ఇంజనీర్ సాధారణంగా ఇంటి సగటు విద్యుత్ వినియోగాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటాడు మరియు నిర్దిష్ట స్థానానికి ఏడాది పొడవునా సౌర వికిరణాన్ని అంచనా వేస్తాడు. బ్యాటరీల సంఖ్య మరియు వాటి గ్రిడ్ కాన్ఫిగరేషన్ సంవత్సరంలో అత్యల్ప సౌర విద్యుత్ సరఫరా సమయంలో గృహ డిమాండ్లకు సరిపోయేలా ఎంపిక చేయబడుతుంది, అయితే బ్యాటరీలను పూర్తిగా ఖాళీ చేయదు. ఇది ప్రధాన గ్రిడ్ నుండి పూర్తి విద్యుత్ స్వాతంత్ర్యాన్ని కలిగి ఉండటానికి ఒక పరిష్కారాన్ని ఊహిస్తోంది.

సాపేక్షంగా మితమైన ఛార్జ్ స్థితిని ఉంచడం లేదా బ్యాటరీలను పూర్తిగా డిశ్చార్జ్ చేయకపోవడం మొదట్లో విరుద్ధంగా అనిపించవచ్చు. అన్నింటికంటే, మనం దాని పూర్తి సామర్థ్యాన్ని వెలికితీయలేకపోతే నిల్వ వ్యవస్థను ఎందుకు ఉపయోగించాలి? సిద్ధాంతపరంగా అది సాధ్యమే, కానీ పెట్టుబడిపై రాబడిని పెంచే వ్యూహం అది కాకపోవచ్చు.

BESS యొక్క ప్రధాన ప్రతికూలతలలో ఒకటి బ్యాటరీల ధర సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉండటం. అందువల్ల, వినియోగ అలవాటును ఎంచుకోవడం లేదా బ్యాటరీ జీవితకాలాన్ని పెంచే ఛార్జింగ్/డిశ్చార్జింగ్ వ్యూహాన్ని ఎంచుకోవడం చాలా అవసరం. ఉదాహరణకు, లెడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలను 50% సామర్థ్యం కంటే తక్కువకు డిశ్చార్జ్ చేయలేము, తిరిగి పొందలేని నష్టం జరగకుండా. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు అధిక శక్తి సాంద్రత, దీర్ఘ చక్ర జీవితాన్ని కలిగి ఉంటాయి. వాటిని పెద్ద పరిధులను ఉపయోగించి కూడా డిశ్చార్జ్ చేయవచ్చు, కానీ ఇది పెరిగిన ధరతో వస్తుంది. వివిధ రసాయన శాస్త్రాల మధ్య ధరలో అధిక వ్యత్యాసం ఉంది, లెడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలు ఒకే పరిమాణంలో ఉన్న లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ కంటే వందల నుండి వేల డాలర్లు చౌకగా ఉంటాయి. అందుకే లెడ్ యాసిడ్ బ్యాటరీలను 3వ ప్రపంచ దేశాలు మరియు పేద సమాజాలలో సౌర అనువర్తనాల్లో ఎక్కువగా ఉపయోగిస్తారు.

బ్యాటరీ పనితీరు దాని జీవితకాలంలో క్షీణత ద్వారా తీవ్రంగా ప్రభావితమవుతుంది, ఇది ఆకస్మిక వైఫల్యంతో ముగిసే స్థిరమైన పనితీరును కలిగి ఉండదు. బదులుగా, సామర్థ్యం మరియు అందించినవి క్రమంగా క్షీణిస్తాయి. ఆచరణలో, దాని సామర్థ్యం దాని అసలు సామర్థ్యంలో 80%కి చేరుకున్నప్పుడు బ్యాటరీ జీవితకాలం అయిపోయినట్లు పరిగణించబడుతుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, అది 20% సామర్థ్యం క్షీణించినప్పుడు. ఆచరణలో, దీని అర్థం తక్కువ మొత్తంలో శక్తిని అందించవచ్చు. ఇది పూర్తిగా స్వతంత్ర వ్యవస్థల వినియోగ కాలాలను మరియు EV కవర్ చేయగల మైలేజీని ప్రభావితం చేస్తుంది.

పరిగణించవలసిన మరో అంశం భద్రత. తయారీ మరియు సాంకేతికతలో పురోగతితో, ఇటీవలి బ్యాటరీలు సాధారణంగా రసాయనికంగా మరింత స్థిరంగా ఉన్నాయి. అయితే క్షీణత మరియు దుర్వినియోగ చరిత్ర కారణంగా, కణాలు థర్మల్ రన్‌అవేలోకి వెళ్లవచ్చు, ఇది విపత్కర ఫలితాలకు దారితీస్తుంది మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో వినియోగదారుల ప్రాణాలను ప్రమాదంలో పడేస్తుంది.

అందుకే కంపెనీలు బ్యాటరీ వినియోగాన్ని నియంత్రించడానికి మెరుగైన బ్యాటరీ పర్యవేక్షణ సాఫ్ట్‌వేర్ (BMS)ను అభివృద్ధి చేశాయి, అయితే సకాలంలో నిర్వహణను అందించడానికి మరియు తీవ్రతరం చేసే పరిణామాలను నివారించడానికి ఆరోగ్య స్థితిని కూడా పర్యవేక్షిస్తాయి.

ముగింపు

గ్రిడ్-శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు ప్రధాన గ్రిడ్ నుండి విద్యుత్ స్వాతంత్ర్యాన్ని సాధించడానికి గొప్ప అవకాశాన్ని అందిస్తాయి, అంతేకాకుండా డౌన్‌టైమ్‌లు మరియు పీక్ లోడ్ సమయాల్లో విద్యుత్ యొక్క బ్యాకప్ మూలాన్ని కూడా అందిస్తాయి. ఈ అభివృద్ధి పర్యావరణ అనుకూల ఇంధన వనరుల వైపు మారడానికి దోహదపడుతుంది, తద్వారా వినియోగంలో స్థిరమైన పెరుగుదలతో శక్తి అవసరాలను తీర్చుకుంటూ వాతావరణ మార్పులపై శక్తి ఉత్పత్తి ప్రభావాన్ని పరిమితం చేస్తుంది.

బ్యాటరీ శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించేవి మరియు వివిధ రోజువారీ అనువర్తనాలకు కాన్ఫిగర్ చేయడానికి సులభమైనవి. వాటి అధిక వశ్యత సాపేక్షంగా అధిక ధర ద్వారా ఎదుర్కోబడుతుంది, ఇది సంబంధిత జీవితకాలాన్ని సాధ్యమైనంతవరకు పొడిగించడానికి పర్యవేక్షణ వ్యూహాల అభివృద్ధికి దారితీస్తుంది. ప్రస్తుతం, పరిశ్రమ మరియు విద్యాసంస్థలు వివిధ పరిస్థితులలో బ్యాటరీ క్షీణతను పరిశోధించడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి చాలా కృషి చేస్తున్నాయి.