Чӣ тавр барқро берун аз шабака нигоҳ доштан мумкин аст?

Дар тӯли 50 соли охир, истеъмоли нерӯи барқ дар саросари ҷаҳон пайваста афзоиш ёфтааст ва истифодаи он дар соли 2021 тақрибан 25,300 тераватт-соатро ташкил медиҳад. Бо гузариш ба саноати 4.0, талабот ба энергия дар саросари ҷаҳон афзоиш меёбад. Ин рақамҳо ҳар сол афзоиш меёбанд, ки ба талаботи нерӯи барқи саноатӣ ва дигар бахшҳои иқтисодӣ дохил намешаванд. Ин тағйироти саноатӣ ва истеъмоли баланди нерӯи барқ бо таъсири назарраси тағйирёбии иқлим аз сабаби партовҳои аз ҳад зиёди газҳои гулхонаӣ ҳамроҳ мешаванд. Дар айни замон, аксари нерӯгоҳҳо ва иншооти истеҳсоли нерӯи барқ барои қонеъ кардани чунин талабот ба манбаъҳои сӯзишвории истихроҷшаванда (нафт ва газ) такя мекунанд. Ин нигарониҳои иқлимӣ истеҳсоли иловагии энергияро бо истифода аз усулҳои анъанавӣ манъ мекунанд. Ҳамин тариқ, таҳияи системаҳои самаранок ва боэътимоди нигоҳдории энергия барои таъмини таъминоти пайваста ва боэътимоди энергия аз манбаъҳои барқароршаванда аҳамияти бештар пайдо кардааст.

Бахши энергетика бо гузаштан ба энергияи барқароршаванда ё роҳҳои ҳалли "сабз" посух дод. Ин гузариш бо такмилёфтаи усулҳои истеҳсолӣ, ки масалан, ба истеҳсоли самараноктари парҳои турбинаҳои бодӣ оварда расониданд, мусоидат кардааст. Ҳамчунин, муҳаққиқон тавонистанд самаранокии ҳуҷайраҳои фотоэлектрикиро беҳтар кунанд, ки боиси истеҳсоли беҳтари энергия барои ҳар як минтақаи истифода мегардад. Дар соли 2021, истеҳсоли нерӯи барқ аз манбаъҳои фотоэлектрикии офтобӣ (ФЭ) ба таври назаррас афзоиш ёфта, ба рекорди 179 ТВт/соат расид ва дар муқоиса бо соли 2020 22% афзоишро нишон дод. Технологияи ФЭ офтобӣ ҳоло 3,6% истеҳсоли нерӯи барқи ҷаҳониро ташкил медиҳад ва дар айни замон сеюмин манбаи бузургтарини энергияи барқароршаванда пас аз гидроэнергетика ва бод мебошад.

Аммо, ин пешрафтҳо баъзе аз камбудиҳои дохилии системаҳои энергияи барқароршаванда, асосан дастрасиро, ҳал намекунанд. Аксари ин усулҳо энергияро мувофиқи талабот ба монанди нерӯгоҳҳои ангишт ва нафт истеҳсол намекунанд. Масалан, истеҳсоли энергияи офтобӣ дар давоми рӯз бо тағйирот вобаста ба кунҷҳои нури офтоб ва ҷойгиршавии панелҳои фотоэлектрикӣ дастрас аст. Он наметавонад шабона ягон энергия истеҳсол кунад, дар ҳоле ки истеҳсоли он дар фасли зимистон ва рӯзҳои хеле абрнок ба таври назаррас коҳиш меёбад. Энергияи бодӣ низ аз ноустувории вобаста ба суръати бод азият мекашад. Аз ин рӯ, ин роҳҳои ҳал бояд бо системаҳои нигоҳдории энергия якҷоя карда шаванд, то таъминоти энергияро дар давраҳои истеҳсоли паст нигоҳ доранд.

Системаҳои нигоҳдории энергия кадомҳоянд?

Системаҳои нигоҳдории энергия метавонанд энергияро барои истифода дар марҳилаи баъдӣ захира кунанд. Дар баъзе ҳолатҳо, як навъ табдили энергия байни энергияи захирашуда ва энергияи додашуда ба амал меояд. Намунаи маъмултарин батареяҳои электрикӣ, ба монанди батареяҳои литий-ион ё батареяҳои сурб-кислота мебошанд. Онҳо энергияи электрикиро тавассути реаксияҳои кимиёвӣ байни электродҳо ва электролит таъмин мекунанд.

Батареяҳо ё BESS (системаи нигоҳдории энергияи батарея), маъмултарин усули нигоҳдории энергия мебошанд, ки дар барномаҳои ҳаёти ҳаррӯза истифода мешаванд. Системаҳои дигари нигоҳдорӣ, ба монанди нерӯгоҳҳои обӣ, мавҷуданд, ки энергияи потенсиалии оби дар сарбанд нигоҳдошташударо ба энергияи барқ табдил медиҳанд. Оби ба поён рехта чархи турбинаро, ки энергияи барқ истеҳсол мекунад, мегардонад. Мисоли дигар гази фишурдашуда аст, ки ҳангоми раҳоӣ газ чархи турбинаро, ки қувваи барқ истеҳсол мекунад, мегардонад.

Он чизе, ки батареяҳоро аз дигар усулҳои нигоҳдорӣ фарқ мекунад, самтҳои эҳтимолии фаъолияти онҳост. Аз дастгоҳҳои хурд ва таъминоти барқи автомобилӣ то барномаҳои хонаводагӣ ва нерӯгоҳҳои калони офтобӣ, батареяҳоро метавон ба таври бефосила ба ҳама гуна барномаҳои нигоҳдории берун аз шабака муттаҳид кард. Аз тарафи дигар, усулҳои гидроэнергетика ва ҳавои фишурда барои нигоҳдорӣ инфрасохторҳои хеле калон ва мураккабро талаб мекунанд. Ин боиси хароҷоти хеле баланд мегардад, ки барои асоснок кардани он барномаҳои хеле калонро талаб мекунад.

Қуттиҳоро барои системаҳои нигоҳдории берун аз шабака истифода баред.

Тавре ки қаблан зикр гардид, системаҳои нигоҳдории берун аз шабака метавонанд истифода ва такя ба усулҳои энергияи барқароршаванда, ба монанди нерӯи офтоб ва бодро осон кунанд. Бо вуҷуди ин, барномаҳои дигаре низ мавҷуданд, ки метавонанд аз чунин системаҳо фоидаи калон ба даст оранд.

Шабакаҳои барқи шаҳрӣ ҳадаф доранд, ки миқдори зарурии барқро вобаста ба таъминот ва талаботи ҳар як шаҳр таъмин кунанд. Нерӯи барқи зарурӣ метавонад дар давоми рӯз тағйир ёбад. Системаҳои нигоҳдории берун аз шабака барои коҳиш додани ноустуворӣ ва таъмини устувории бештар дар ҳолатҳои авҷи талабот истифода шудаанд. Аз нуқтаи назари дигар, системаҳои нигоҳдории берун аз шабака метавонанд барои ҷуброни ҳама гуна камбудиҳои техникии ғайричашмдошт дар шабакаи асосии барқ ё дар давраҳои нигоҳдории банақшагирифташуда хеле муфид бошанд. Онҳо метавонанд талаботи барқро бидуни ҷустуҷӯи манбаъҳои алтернативии энергия қонеъ кунанд. Масалан, тӯфони яхбандии Техасро дар аввали феврали соли 2023, ки тақрибан 262 000 нафарро бе барқ гузошт, дар ҳоле ки таъмир аз сабаби шароити душвори обу ҳаво ба таъхир афтод.

Мошинҳои барқӣ як соҳаи дигари татбиқ мебошанд. Муҳаққиқон барои беҳтар кардани стратегияҳои истеҳсоли батарея ва пуркунӣ/холӣ кардани он талошҳои зиёде ба харҷ додаанд, то мӯҳлати хизмат ва зичии қувваи батареяҳоро дароз кунанд. Батареяҳои литий-ион дар сафи пеши ин инқилоби хурд қарор гирифтаанд ва дар мошинҳои нави барқӣ ва инчунин автобусҳои барқӣ васеъ истифода мешаванд. Дар ин ҳолат, батареяҳои беҳтар метавонанд бо истифода аз технологияҳои дуруст ба масофаи бештар ва инчунин кам кардани вақти пуркунӣ оварда расонанд.

Дигар пешрафтҳои технологӣ, ба монанди ҳавопаймоҳои бесарнишин ва роботҳои мобилӣ, аз рушди батарея фоидаи калон ба даст овардаанд. Дар ин ҷо стратегияҳои ҳаракат ва стратегияҳои идоракунӣ ба иқтидор ва қувваи батарея такя мекунанд.

BESS чист?

BESS ё системаи нигоҳдории энергияи батарея як системаи нигоҳдории энергия аст, ки метавонад барои нигоҳдории энергия истифода шавад. Ин энергия метавонад аз шабакаи асосӣ ё аз манбаъҳои барқароршавандаи энергия, ба монанди энергияи бод ва энергияи офтоб, гирифта шавад. Он аз батареяҳои сершумор иборат аст, ки дар конфигуратсияҳои гуногун (силсила/параллелӣ) ҷойгир шудаанд ва андозаҳои онҳо вобаста ба талабот мебошанд. Онҳо ба инвертер пайваст карда шудаанд, ки барои табдил додани қувваи доимии ҷараёни барқ ба қувваи AC барои истифода истифода мешавад. Aсистемаи идоракунии батарея (BMS)барои назорат кардани ҳолати батарея ва кори пуркунӣ/холӣ кардани он истифода мешавад.

Дар муқоиса бо дигар системаҳои нигоҳдории энергия, онҳо барои ҷойгиркунӣ/пайвастшавӣ хеле чандиранд ва ба инфрасохтори хеле гаронбаҳо ниёз надоранд, аммо онҳо бо вуҷуди ин арзиши назаррас доранд ва вобаста ба истифода нигоҳдории мунтазамро талаб мекунанд.

Андоза ва одатҳои истифодаи BESS

Нуктаи муҳиме, ки ҳангоми насб кардани системаи нигоҳдории энергияи батарея бояд ба назар гирифта шавад, ин андозагирӣ аст. Чанд батарея лозим аст? Дар кадом конфигуратсия? Дар баъзе ҳолатҳо, намуди батарея метавонад дар муддати тӯлонӣ аз ҷиҳати сарфаи хароҷот ва самаранокӣ нақши муҳим бозад.

Ин кор дар асоси ҳар як ҳолат алоҳида анҷом дода мешавад, зеро татбиқ метавонад аз хонаводаҳои хурд то корхонаҳои калони саноатӣ фарқ кунад.

Манбаи маъмултарини энергияи барқароршаванда барои хонаводаҳои хурд, махсусан дар минтақаҳои шаҳрӣ, энергияи офтобӣ бо истифода аз панелҳои фотоэлектрикӣ мебошад. Муҳандис умуман истеъмоли миёнаи нерӯи барқи хонаводаро ба назар мегирад ва нури офтобро дар тӯли сол барои макони мушаххас арзёбӣ мекунад. Шумораи батареяҳо ва конфигуратсияи шабакаи онҳо барои мувофиқат бо талаботи хонавода дар давраи пасттарин таъминоти нерӯи офтобии сол интихоб карда мешавад, дар ҳоле ки батареяҳоро пурра холӣ намекунад. Ин як роҳи ҳалли мустақилияти пурраи барқ аз шабакаи асосӣ аст.

Нигоҳ доштани ҳолати нисбатан мӯътадили заряд ё пурра холӣ накардани батареяҳо чизест, ки дар аввал метавонад хилофи мантиқ бошад. Дар ниҳоят, чаро аз системаи нигоҳдорӣ истифода кунем, агар мо онро пурра истихроҷ карда натавонем? Дар назария, ин имконпазир аст, аммо ин шояд стратегияе набошад, ки фоидаи сармоягузориро ба ҳадди аксар расонад.

Яке аз камбудиҳои асосии BESS арзиши нисбатан баланди батареяҳо мебошад. Аз ин рӯ, интихоби одати истифода ё стратегияи пуркунӣ/холӣ кардан, ки мӯҳлати кори батареяро ба ҳадди аксар мерасонад, муҳим аст. Масалан, батареяҳои кислотаи сурбро аз иқтидори камтар аз 50% холӣ кардан мумкин нест, бе он ки зарари бебозгашт дошта бошанд. Батареяҳои литий-ион зичии баланди энергия ва мӯҳлати кори дароз доранд. Онҳоро инчунин бо истифода аз диапазонҳои калонтар холӣ кардан мумкин аст, аммо ин бо арзиши баландтари нарх алоқаманд аст. Дар байни кимиёвии гуногун тафовути зиёд дар арзиш вуҷуд дорад, батареяҳои кислотаи сурб метавонанд аз садҳо то ҳазорҳо доллар нисбат ба батареяи литий-ионии якхела арзонтар бошанд. Аз ин рӯ, батареяҳои кислотаи сурб дар барномаҳои офтобӣ дар кишварҳои ҷаҳони сеюм ва ҷамоатҳои камбизоат бештар истифода мешаванд.

Дар давоми мӯҳлати хизмати батарея, пастшавӣ ба кори батарея таъсири сахт мерасонад, он кори устуворе надорад, ки бо нокомии ногаҳонӣ хотима меёбад. Ба ҷои ин, иқтидор ва ҳаҷми додашуда метавонад тадриҷан коҳиш ёбад. Дар амал, мӯҳлати хизмати батарея вақте ба охир расидааст, ки иқтидори он ба 80% иқтидори аслии худ бирасад, ба охир расидааст. Ба ибораи дигар, вақте ки иқтидори он 20% коҳиш меёбад. Дар амал, ин маънои онро дорад, ки миқдори камтари энергия таъмин карда мешавад. Ин метавонад ба давраҳои истифода барои системаҳои комилан мустақил ва миқдори масофаи тайкардаи як мошини барқӣ таъсир расонад.

Нуктаи дигаре, ки бояд ба назар гирифта шавад, бехатарӣ аст. Бо пешрафтҳо дар истеҳсолот ва технология, батареяҳои ахир умуман аз ҷиҳати кимиёвӣ устувортар шудаанд. Аммо, аз сабаби таърихи вайроншавӣ ва сӯиистифода, ҳуҷайраҳо метавонанд ба рафъи гармӣ дучор шаванд, ки метавонад ба натиҷаҳои фалокатовар оварда расонад ва дар баъзе мавридҳо ҳаёти истеъмолкунандагонро зери хатар гузорад.

Аз ин рӯ, ширкатҳо нармафзори беҳтари назорати батарея (BMS)-ро барои назорат кардани истифодаи батарея ва инчунин назорат кардани вазъи саломатӣ таҳия кардаанд, то нигоҳдории саривақтӣ ва пешгирӣ аз оқибатҳои бадтар анҷом дода шавад.

Хулоса

Системаҳои нигоҳдории энергия аз шабака имконияти хубе барои ноил шудан ба истиқлолияти энергетикӣ аз шабакаи асосӣ фароҳам меоранд, аммо инчунин манбаи эҳтиётии энергияро дар давраҳои қатъи кор ва давраҳои авҷи боркунӣ таъмин мекунанд. Рушди онҳо гузариш ба манбаъҳои энергияи сабзтарро осон мекунад ва бо ин васила таъсири истеҳсоли энергияро ба тағирёбии иқлим маҳдуд мекунад ва дар айни замон талаботи энергетикиро бо афзоиши доимии истеъмол қонеъ мегардонад.

Системаҳои нигоҳдории энергияи батарея маъмултарин ва осонтарин барои барномаҳои гуногуни ҳаррӯза мебошанд. Чандирии баланди онҳо бо арзиши нисбатан баланд муқобилат мекунад, ки боиси таҳияи стратегияҳои мониторинг барои дароз кардани мӯҳлати истифодаи онҳо то ҳадди имкон мегардад. Дар айни замон, саноат ва донишгоҳҳо барои таҳқиқ ва фаҳмидани вайроншавии батарея дар шароити гуногун талошҳои зиёдеро ба харҷ медиҳанд.