Sa nakalipas na 50 taon, nagkaroon ng patuloy na pagtaas sa pandaigdigang konsumo ng kuryente, na may tinatayang paggamit na humigit-kumulang 25,300 terawatt-hours sa taong 2021. Kasabay ng paglipat patungo sa industriya 4.0, mayroong pagtaas sa mga pangangailangan sa enerhiya sa buong mundo. Ang mga bilang na ito ay tumataas bawat taon, hindi kasama ang mga pangangailangan sa kuryente ng mga industriyal at iba pang sektor ng ekonomiya. Ang pagbabagong ito sa industriya at mataas na pagkonsumo ng kuryente ay kaakibat ng mas nasasalat na epekto ng pagbabago ng klima dahil sa labis na emisyon ng mga greenhouse gas. Sa kasalukuyan, karamihan sa mga planta at pasilidad ng pagbuo ng kuryente ay lubos na umaasa sa mga pinagmumulan ng fossil fuel (langis at gas) upang matugunan ang mga naturang pangangailangan. Ang mga alalahanin sa klima na ito ay nagbabawal sa karagdagang pagbuo ng enerhiya gamit ang mga kumbensyonal na pamamaraan. Kaya naman, ang pagbuo ng mahusay at maaasahang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ay naging lalong mahalaga upang matiyak ang isang patuloy at maaasahang supply ng enerhiya mula sa mga renewable source.
Tumugon ang sektor ng enerhiya sa pamamagitan ng paglipat patungo sa renewable energy o mga "berdeng" solusyon. Ang transisyon ay natulungan ng pinahusay na mga pamamaraan sa pagmamanupaktura, na humahantong halimbawa sa mas mahusay na paggawa ng mga blade ng wind turbine. Gayundin, nagawang mapabuti ng mga mananaliksik ang kahusayan ng mga photovoltaic cell, na humantong sa mas mahusay na pagbuo ng enerhiya sa bawat lugar ng paggamit. Noong 2021, ang pagbuo ng kuryente mula sa mga solar photovoltaic (PV) na pinagmumulan ay tumaas nang malaki, na umabot sa rekord na 179 TWh at kumakatawan sa paglago ng 22% kumpara sa 2020. Ang teknolohiya ng solar PV ngayon ay bumubuo sa 3.6% ng pandaigdigang pagbuo ng kuryente at kasalukuyang pangatlong pinakamalaking pinagmumulan ng renewable energy pagkatapos ng hydropower at wind.
Gayunpaman, ang mga tagumpay na ito ay hindi nalulutas ang ilan sa mga likas na disbentaha ng mga sistema ng renewable energy, pangunahin na ang availability. Karamihan sa mga pamamaraang ito ay hindi nakakagawa ng enerhiya on demand tulad ng mga planta ng kuryente ng karbon at langis. Ang mga output ng solar energy ay halimbawa ay makukuha sa buong araw na may mga pagkakaiba-iba depende sa anggulo ng pag-iilaw ng araw at posisyon ng PV panel. Hindi ito makakagawa ng anumang enerhiya sa gabi habang ang output nito ay lubhang nababawasan sa panahon ng taglamig at sa mga araw na napakaulap. Ang lakas ng hangin ay apektado rin ng mga pagbabago-bago depende sa bilis ng hangin. Samakatuwid, ang mga solusyon na ito ay kailangang isama sa mga sistema ng imbakan ng enerhiya upang mapanatili ang suplay ng enerhiya sa mga panahon ng mababang output.
Ano ang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya?
Ang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ay maaaring mag-imbak ng enerhiya upang magamit sa susunod na yugto. Sa ilang mga kaso, magkakaroon ng isang uri ng pagpapalit ng enerhiya sa pagitan ng nakaimbak na enerhiya at ng ibinigay na enerhiya. Ang pinakakaraniwang halimbawa ay ang mga de-kuryenteng baterya tulad ng mga baterya ng lithium-ion o mga baterya ng lead-acid. Nagbibigay ang mga ito ng enerhiyang elektrikal sa pamamagitan ng mga reaksiyong kemikal sa pagitan ng mga electrode at ng electrolyte.
Ang mga baterya, o BESS (battery energy storage system), ay kumakatawan sa pinakakaraniwang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya na ginagamit sa pang-araw-araw na buhay. May iba pang sistema ng imbakan tulad ng mga hydropower plant na nagko-convert ng potensyal na enerhiya ng tubig na nakaimbak sa isang dam tungo sa enerhiyang elektrikal. Ang tubig na bumabagsak pababa ay magpapaikot sa flywheel ng isang turbine na lumilikha ng enerhiyang elektrikal. Ang isa pang halimbawa ay ang compressed gas, kapag pinakawalan, iikot ng gas ang gulong ng turbine upang makabuo ng kuryente.
Ang nagpapaiba sa mga baterya mula sa iba pang mga paraan ng pag-iimbak ay ang kanilang mga potensyal na lugar ng operasyon. Mula sa maliliit na aparato at suplay ng kuryente sa sasakyan hanggang sa mga aplikasyon sa bahay at malalaking solar farm, ang mga baterya ay maaaring maisama nang walang putol sa anumang aplikasyon ng imbakan na hindi konektado sa grid. Sa kabilang banda, ang mga pamamaraan ng hydropower at compressed air ay nangangailangan ng napakalaki at kumplikadong imprastraktura para sa pag-iimbak. Ito ay humahantong sa napakataas na gastos na nangangailangan ng napakalaking aplikasyon upang ito ay maging makatwiran.
Mga gamit para sa mga off-grid storage system.
Gaya ng nabanggit kanina, ang mga off-grid storage system ay maaaring mapadali ang paggamit at pag-asa sa mga pamamaraan ng renewable energy tulad ng solar at wind power. Gayunpaman, may iba pang mga aplikasyon na maaaring makinabang nang malaki mula sa mga naturang sistema.
Nilalayon ng mga power grid ng lungsod na magbigay ng tamang dami ng kuryente batay sa suplay at demand ng bawat lungsod. Ang kuryenteng kinakailangan ay maaaring magbago-bago sa buong araw. Ginamit ang mga off-grid storage system upang mabawasan ang mga pagbabago-bago at magbigay ng higit na katatagan sa mga kaso ng pinakamataas na demand. Mula sa ibang pananaw, ang mga off-grid storage system ay maaaring maging lubhang kapaki-pakinabang upang mabawi ang anumang hindi inaasahang teknikal na depekto sa pangunahing power grid o sa mga naka-iskedyul na panahon ng pagpapanatili. Maaari nilang matugunan ang mga pangangailangan sa kuryente nang hindi kinakailangang maghanap ng alternatibong mapagkukunan ng enerhiya. Maaaring banggitin halimbawa ang bagyo ng yelo sa Texas noong unang bahagi ng Pebrero 2023 na nag-iwan ng humigit-kumulang 262,000 katao na walang kuryente, habang ang mga pagkukumpuni ay naantala dahil sa mahirap na kondisyon ng panahon.
Ang mga sasakyang de-kuryente ay isa pang aplikasyon. Nagbuhos ng maraming pagsisikap ang mga mananaliksik upang ma-optimize ang paggawa ng baterya at mga estratehiya sa pag-charge/discharge upang mapahaba ang habang-buhay at densidad ng kuryente ng mga baterya. Ang mga bateryang Lithium-ion ay nangunguna sa maliit na rebolusyong ito at malawakang ginagamit sa mga bagong electric car ngunit pati na rin sa mga electric bus. Sa kasong ito, ang mas mahusay na mga baterya ay maaaring humantong sa mas malaking mileage ngunit maaari ring mabawasan ang oras ng pag-charge gamit ang mga tamang teknolohiya.
Ang iba pang mga pagsulong sa teknolohiya tulad ng mga UAV at mobile robot ay lubos na nakinabang sa pag-unlad ng baterya. Ang kanilang mga estratehiya sa paggalaw at mga estratehiya sa pagkontrol ay lubos na nakasalalay sa kapasidad at lakas ng baterya na ibinibigay.
Ano ang isang BESS
Ang BESS o battery energy storage system ay isang sistema ng pag-iimbak ng enerhiya na maaaring gamitin upang mag-imbak ng enerhiya. Ang enerhiyang ito ay maaaring magmula sa pangunahing grid o mula sa mga pinagmumulan ng renewable energy tulad ng enerhiya ng hangin at enerhiya ng solar. Ito ay binubuo ng maraming baterya na nakaayos sa iba't ibang configuration (serye/parallel) at may sukat batay sa mga kinakailangan. Ang mga ito ay konektado sa isang inverter na ginagamit upang i-convert ang DC power sa AC power para sa paggamit.sistema ng pamamahala ng baterya (BMS)ay ginagamit upang subaybayan ang mga kondisyon ng baterya at ang operasyon ng pag-charge/discharge.
Kung ikukumpara sa ibang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya, ang mga ito ay partikular na flexible na ilagay/konektahin at hindi nangangailangan ng napakamahal na imprastraktura, ngunit mayroon pa rin itong malaking gastos at nangangailangan ng mas regular na pagpapanatili batay sa paggamit.
Pagsukat at mga gawi sa paggamit ng BESS
Isang mahalagang puntong dapat isaalang-alang kapag nag-i-install ng sistema ng imbakan ng enerhiya ng baterya ay ang sukat. Ilang baterya ang kailangan? Sa anong configuration? Sa ilang mga kaso, ang uri ng baterya ay maaaring gumanap ng mahalagang papel sa katagalan sa mga tuntunin ng pagtitipid sa gastos at kahusayan.
Ginagawa ito sa bawat kaso dahil ang mga aplikasyon ay maaaring mula sa maliliit na kabahayan hanggang sa malalaking industriyal na planta.
Ang pinakakaraniwang pinagkukunan ng renewable energy para sa maliliit na kabahayan, lalo na sa mga urban area, ay solar gamit ang mga photovoltaic panel. Sa pangkalahatan, isasaalang-alang ng inhinyero ang average na konsumo ng kuryente ng kabahayan at susuriin ang solar irradiance sa buong taon para sa partikular na lokasyon. Ang bilang ng mga baterya at ang kanilang grid configuration ay pinipili upang tumugma sa mga pangangailangan ng kabahayan sa panahon ng pinakamababang solar power supply ng taon nang hindi lubusang nauubos ang mga baterya. Ipinapalagay nito ang isang solusyon upang magkaroon ng kumpletong power independency mula sa pangunahing grid.
Ang pagpapanatili ng medyo katamtamang antas ng pag-charge o hindi ganap na pagdiskarga ng baterya ay isang bagay na maaaring maging taliwas sa intuisyon sa simula. Tutal, bakit pa gagamit ng storage system kung hindi natin ito kayang makuha nang buo? Sa teorya, posible ito, ngunit maaaring hindi ito ang estratehiya na magpapalaki sa kita ng puhunan.
Isa sa mga pangunahing disbentaha ng BESS ay ang medyo mataas na halaga ng mga baterya. Samakatuwid, mahalaga ang pagpili ng gawi sa paggamit o isang estratehiya sa pag-charge/discharge na nagpapakinabang sa habang-buhay ng baterya. Halimbawa, ang mga lead acid na baterya ay hindi maaaring ma-discharge nang mas mababa sa 50% na kapasidad nang hindi nakakaranas ng hindi na mababagong pinsala. Ang mga lithium-ion na baterya ay may mas mataas na densidad ng enerhiya at mahabang cycle life. Maaari rin itong ma-discharge gamit ang mas malalaking saklaw, ngunit may kaakibat itong mas mataas na presyo. Mayroong mataas na pagkakaiba-iba sa gastos sa pagitan ng iba't ibang kemistri, ang mga lead acid na baterya ay maaaring daan-daan hanggang libu-libong dolyar na mas mura kaysa sa isang lithium-ion na baterya na may parehong laki. Ito ang dahilan kung bakit ang mga lead acid na baterya ang pinakaginagamit sa mga aplikasyon ng solar sa mga bansang nasa ikatlong mundo at mga mahihirap na komunidad.
Ang pagganap ng baterya ay lubhang naaapektuhan ng pagkasira habang ito ay nasa buhay, wala itong matatag na pagganap na nagtatapos sa biglaang pagkasira. Sa halip, ang kapasidad at ang ibinigay na kapasidad ay maaaring unti-unting humina. Sa pagsasagawa, ang buhay ng baterya ay itinuturing na naubusan na kapag ang kapasidad nito ay umabot sa 80% ng orihinal nitong kapasidad. Sa madaling salita, kapag ito ay nakakaranas ng 20% na paghina ng kapasidad. Sa pagsasagawa, nangangahulugan ito na mas kaunting enerhiya ang maaaring maibigay. Maaari itong makaapekto sa mga panahon ng paggamit para sa mga ganap na independiyenteng sistema at sa dami ng milyahe na maaaring saklawin ng isang EV.
Isa pang puntong dapat isaalang-alang ay ang kaligtasan. Dahil sa mga pagsulong sa pagmamanupaktura at teknolohiya, ang mga kamakailang baterya sa pangkalahatan ay naging mas matatag sa kemikal na aspeto. Gayunpaman, dahil sa pagkasira at kasaysayan ng pang-aabuso, ang mga selula ay maaaring mapunta sa thermal runaway na maaaring humantong sa mga kapaha-pahamak na resulta at sa ilang mga kaso ay naglalagay sa panganib sa buhay ng mga mamimili.
Ito ang dahilan kung bakit bumuo ang mga kumpanya ng mas mahusay na battery monitoring software (BMS) upang makontrol ang paggamit ng baterya ngunit masubaybayan din ang kalagayan ng kalusugan nito upang makapagbigay ng napapanahong maintenance at maiwasan ang mga pinalalang epekto.
Konklusyon
Ang mga sistema ng imbakan ng enerhiya ng grid ay nagbibigay ng isang magandang pagkakataon upang makamit ang kalayaan sa kuryente mula sa pangunahing grid ngunit nagbibigay din ng isang backup na mapagkukunan ng kuryente sa mga oras ng downtime at peak load periods. Ang pag-unlad nito ay magpapadali sa paglipat patungo sa mas berdeng mapagkukunan ng enerhiya, sa gayon ay malilimitahan ang epekto ng pagbuo ng enerhiya sa pagbabago ng klima habang natutugunan pa rin ang mga kinakailangan sa enerhiya na may patuloy na paglago sa pagkonsumo.
Ang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ng baterya ang pinakakaraniwang ginagamit at pinakamadaling i-configure para sa iba't ibang pang-araw-araw na aplikasyon. Ang kanilang mataas na kakayahang umangkop ay sinasalungat ng medyo mataas na gastos, na humahantong sa pagbuo ng mga estratehiya sa pagsubaybay upang pahabain ang kani-kanilang habang-buhay hangga't maaari. Sa kasalukuyan, ang industriya at akademya ay nagbubuhos ng maraming pagsisikap upang siyasatin at maunawaan ang pagkasira ng baterya sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon.
Kaugnay na artikulo:
Pag-maximize ng Renewable Energy: Ang Papel ng Imbakan ng Lakas ng Baterya
Mga pagsulong sa teknolohiya ng baterya para sa mga sistema ng imbakan ng enerhiya sa dagat
