Сэргээгдэх эрчим хүчний систем дэх лити-ион батерейнууд
Дэлхий нийт нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулж, чулуужсан түлшнээс хараат байдлыг багасгахыг эрмэлзэж байгаа тул нар, салхи зэрэг сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр рүү шилжих нь хурдацтай явагдаж байна. Гэсэн хэдий ч сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүд томоохон бэрхшээлтэй тулгарч байна: тэдгээрийн үйлдвэрлэл нь цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээний хэв маягтай үргэлж нийцдэггүй. Нар өдрийн цагаар гэрэлтдэг бол цахилгаан эрчим хүчний оргил үе нь ихэвчлэн үдээс хойш, оройд тохиолддог. Салхи нь мөн тогтворгүй үлээдэг. Энэ бол эрчим хүчний хадгалалт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг газар бөгөөд лити-ион (Li-ion) батерей нь энэхүү зөрүүг арилгах хамгийн өргөн хэрэглэгддэг технологи болж гарч ирсэн.
Эрчим хүчний хадгалалт яагаад чухал вэ?
Цахилгаан эрчим хүчний систем нь нийлүүлэлт ба эрэлтийн хооронд бодит цагийн тэнцвэрийг шаарддаг. Уламжлалт цахилгаан станцуудын хувьд операторууд шаардлагатай үед цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулах боломжтой. Үүний эсрэгээр сэргээгдэх цахилгаан станцууд нь цаг агаарын нөхцөл байдлаас хамааралтай, завсарлагатай байдаг. Хадгалалтгүй бол өндөр үйлдвэрлэлийн үед илүүдэл эрчим хүчийг дэмий үрж болох бол бага үйлдвэрлэлийн үед дутагдлыг чулуужсан түлш үйлдвэрлэх эсвэл цахилгаан импортоор нөхөх шаардлагатай болдог. Эрчим хүчний хадгалалт нь илүүдэл цахилгаан байгаа үед цахилгааныг "хадгалах", шаардлагатай үед "суллах" боломжийг олгодог бөгөөд системийн найдвартай байдлыг сайжруулж, цэвэр эрчим хүчний хэрэглээг хамгийн их байлгах боломжийг олгодог.
Лити-ион батерей гэж юу вэ?
Лити-ион батерей нь электролитоор дамжуулан сөрөг электрод (анод) ба эерэг электрод (катод)-ын хооронд литийн ионуудын хөдөлгөөнийг ашигладаг цэнэглэдэг батерейны нэг төрөл юм. Цэнэглэх үед ионууд анод руу шилждэг; цэнэггүйжүүлэх үед ионууд катод руу буцаж шилжиж, цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг. Энэхүү технологи нь өмнөх зарим батерейны технологиудтай харьцуулахад өндөр энергийн нягтрал, сайн үр ашиг, харьцангуй урт цэнэглэх-цэнэггүйжүүлэх циклээрээ өргөнөөр хүлээн зөвшөөрөгдсөн.
Сэргээгдэх эрчим хүчний системийн хүрээнд Лити-ион батерейг ерөнхийдөө батерейны эрчим хүч хадгалах систем (BESS) хэлбэрээр нэгтгэдэг бөгөөд үүнд батерейны модуль, инвертер, батерейны удирдлагын систем (BMS), хөргөлт, аюулгүй байдлын хамгаалалт, хяналтын програм хангамж орно.
Сэргээгдэх эрчим хүчний лити-ион батерейны давуу талууд
Лити-ионы гол давуу талуудын нэг нь түүний хоёр талдаа өндөр үр ашигтай байдал юм - оролттой харьцуулахад эрчим хүчний гаралт нь дизайн болон ашиглалтын нөхцлөөс хамааран 85-95% хооронд хэлбэлздэг. Энэ нь нарны эрчим хүчийг өдрийн цагаар хадгалах, шөнийн цагаар ашиглах гэх мэт өдөр бүр цэнэглэх, цэнэггүйжүүлэх шаардлагатай хэрэглээнд тохиромжтой болгодог.
Лити-ион батерейнууд нь маш хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх хугацаатай байдаг. Систем нь миллисекундээс секундын дотор давтамж эсвэл хүчдэлийг тогтворжуулахын тулд сүлжээнд цахилгаан оруулж чаддаг. Салхи, нарны эрчим хүчнээс орж ирж буй эрчим хүчний хэлбэлзэл нь сүлжээний тогтвортой байдалд нөлөөлж болзошгүй тул сэргээгдэх эрчим хүчний нэвтрэлт өндөр байх үед энэ чадвар маш чухал юм.
Түүнчлэн, Лити-ион нь модульчлагдсан. Системийг бүхэлд нь дахин бүтээх шаардлагагүйгээр батерейны тавиур эсвэл сав нэмснээр хадгалах багтаамжийг нэмэгдүүлэх боломжтой. Энэ нь эрчим хүчний эрэлт нэмэгдэх эсвэл сэргээгдэх эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн хүчин чадал нэмэгдэхийн хэрээр өргөтгөлийг хөнгөвчилдөг.
Сүлжээ болон сүлжээнээс гадуурх хэрэглээний үүрэг
Цахилгаан сүлжээний түвшинд Лити-ион дээр суурилсан BESS нь ачааллыг шилжүүлэх, оргил ачааллыг бууруулах, давтамжийг зохицуулах, эргэлдэгч нөөц, томоохон хэмжээний сэргээгдэх эрчим хүчний интеграцчилал зэрэг хэд хэдэн чухал үйлчилгээнд үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, өдрийн цагаар нарны эрчим хүчний үйлдвэрлэл хэт их байх үед батерей нь энерги шингээдэг; дараа нь үдээс хойш оргил ачааллын үед энерги ялгарч, чулуужсан түлшээр ажилладаг цахилгаан станцуудыг ажиллуулах хэрэгцээг бууруулдаг.
Үүний зэрэгцээ, алслагдсан тосгон, жижиг арлууд, эсвэл сүлжээнээс хол орших үйлдвэрлэлийн байгууламжууд гэх мэт сүлжээнээс гадуурх системд литийн ион батерейг нарны хавтан болон/эсвэл салхин турбинтай хослуулан 24 цагийн эрчим хүчээр хангадаг. Өмнө нь дизель генераторууд нь хангамжийн гол тулгуур болж байсан бол сэргээгдэх эрчим хүч болон батерейг хослуулан хэрэглэх нь түлшний зарцуулалт, ложистикийн зардал, агаарын болон дуу чимээний бохирдлыг бууруулж чадна.
Сорилтууд: Эвдрэл, өртөг, аюулгүй байдал
Лити-ион батерейнууд нь давуу талуудтай хэдий ч бэрхшээлгүй биш юм. Нэгдүгээрт, энэ нь элэгдэл юм. Батерейны багтаамж нь циклийн тоо болон хуанлийн насжилттай хамт буурдаг бөгөөд үүнд цэнэг алдалтын гүн (DoD), ажиллах температур, цэнэглэх хурд, хэрэглээний хэв маяг зэрэг хүчин зүйлс нөлөөлдөг. Сэргээгдэх эрчим хүчний хэрэглээний хувьд ухаалаг циклийн менежмент нь батерейны оновчтой ашиглалтын хугацаа болон өрсөлдөх чадвартай түвшинд хадгалах өртгийн (LCOS) хувьд чухал ач холбогдолтой.
Хоёрдугаарт, өртөг юм. Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн үйлдвэрлэлийн цар хүрээ болон үйлдвэрлэлийн сайжруулалтын ачаар сүүлийн арван жилд литийн ион батерейны үнэ тогтвортой буурч байна. Гэсэн хэдий ч BESS-ийн анхны хөрөнгө оруулалт ихээхэн хэвээр байна, ялангуяа төсөл нь удаан хугацааны хадгалалтын хугацаа (жишээ нь, 6-12 цаг)-д их хэмжээний багтаамж шаарддаг бол. Тиймээс одоогийн олон литийн ион системүүд нь оргил эрэлт болон сүлжээг тогтворжуулахад хамгийн хэмнэлттэй 1-4 цагийн хугацаатай байдаг.
Гуравдугаарт, аюулгүй байдлын тал, ялангуяа дулааны алдагдлын эрсдэл буюу дотоод гэмтэл, хэт цэнэглэлт эсвэл хөргөлтийн системийн эвдрэлээс болж батерейны температур хяналтгүй өсдөг нөхцөл байдал юм. Энэхүү эрсдэлийг бууруулахын тулд орчин үеийн BESS-үүд нь агааржуулалт болон дулааны тархалтыг бууруулах үүрэг гүйцэтгэдэг бат бөх BMS, температур мэдрэгч, гал унтраах систем, модулийн сегментчилэл, контейнерийн загвараар тоноглогдсон.
Лити-ионы химийн төрлүүд ба тэдгээрийн нөлөөлөл
Бүх Лити-ион батерейнууд адилхан бүтээгддэггүй. NMC (никель манганы кобальт), NCA (никель кобальт хөнгөн цагаан), LFP (литийн төмрийн фосфат) болон бусад зэрэг хэд хэдэн нийтлэг катодын химийн найрлага байдаг. Сэргээгдэх эрчим хүч болон BESS хэрэглээнд LFP нь дулааны тогтвортой байдал, урт хугацааны ашиглалтын хугацаа, кобальтаас бага хамааралтай байдгаараа алдартай болж байна. Түүний энергийн нягтрал нь NMC-ээс бага байх хандлагатай байдаг ч суурин системд энэ нь ихэвчлэн асуудал биш байдаг, учир нь зай нь тээврийн хэрэгсэлтэй харьцуулахад хязгаарлагдмал биш юм.
Батерейны химийн сонголт нь системийн дизайн, хөргөлтийн шаардлага, зардал, үйл ажиллагааны стратегид нөлөөлдөг. Аюулгүй байдал, өдөр тутмын эрчимтэй мөчлөгт чиглэсэн төслүүд нь ихэвчлэн LFP-г сонгодог бол хязгаарлагдмал орон зайд өндөр нягтралыг эрхэмлэдэг төслүүд бусад химийн шинж чанаруудыг авч үзэж болно.
Инвертер болон Эрчим хүчний менежменттэй нэгтгэх
Батерей нь сүлжээ эсвэл өрхийн ачаалалтай харилцан үйлчлэхийн тулд батерейгаас тогтмол гүйдлийг (DC) хувьсах гүйдэл (AC) болгон хувиргах инвертер хэрэгтэй. Эрчим хүчний удирдлагын систем (EMS) нь цаг агаарын урьдчилсан мэдээ, цахилгаан эрчим хүчний үнэ, сүлжээний нөхцөл байдал, хэрэглэгчийн хэрэгцээнд үндэслэн батерейг хэзээ цэнэглэх эсвэл цэнэггүй болгохыг тодорхойлдог. Зөв алгоритмтай бол батерей нь зөвхөн эрчим хүчийг хадгалахаас гадна цахилгаан эрчим хүчний зардлыг оновчтой болгож, оргил ачааллыг бууруулж, эрчим хүчний чанарыг хадгалдаг.
Өрхийн хэмжээнд литийн ион батерейг нарны хавтантай хослуулан ашиглах нь өөрийн хэрэглээг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Хэрэглэгчид өөрсдийн нарны хавтангаас илүү их цахилгаан эрчим хүч ашиглаж, ялангуяа экспортын тариф бага эсвэл боломжгүй үед цахилгаан эрчим хүчний сүлжээнд экспортлох хэмжээг бууруулах боломжтой.
Дахин боловсруулалт ба тогтвортой байдал
Лити-ион батерей хэр "ногоон" вэ гэдэг нь байнга гарч ирдэг гол асуулт юм. Хариулт нь материалын хангамжийн сүлжээ, үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний эх үүсвэр, дахин боловсруулах системээс хамаарна. Батерей нь лити, никель, кобальт (зарим химийн үйлдвэрүүдэд), зэс, хөнгөн цагаан зэрэг үнэт материалыг агуулдаг. Дахин боловсруулах салбар нь эдгээр материалыг сэргээн засварлаж, шинээр олборлолт хийх хэрэгцээг багасгахын тулд хурдацтай өргөжиж байна.
Дахин боловсруулалтаас гадна "хоёр дахь амьдрал" гэсэн ойлголтыг хэрэгжүүлж байна: бага багтаамжтай (жишээлбэл, 70-80% хүртэл) ашигласан цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батерейг оргил гүйцэтгэл шаарддаггүй суурин хэрэглээнд ашиглаж болно. Энэ нь батерейг эцсийн эцэст дахин боловсруулагдахаас өмнө ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.
Ирээдүйн хэтийн төлөв: Урт хугацаанаас шинэ технологи хүртэл
Цаашид Лити-ион батерей нь богино болон дунд хугацааны эрчим хүчний хадгалалтын гол тулгуур хэвээр байх төлөвтэй байна. Материалын хөгжил, үйлдвэрлэлийн сайжруулалт, үйлдвэрлэлийн цар хүрээ нь гүйцэтгэлийг сайжруулж, зардлыг бууруулна. Үүний зэрэгцээ, нарны болон салхины бага улирлыг даван туулахын тулд урт хугацааны эрчим хүчний хадгалалтын хэрэгцээ нь урсгалын батерей, ногоон устөрөгч, дулааны хадгалалт, тэр ч байтугай шахуургын гидравлик зэрэг технологийн хослолыг бий болгож болзошгүй юм.
Гэсэн хэдий ч олон тохиолдолд литийн ион нь технологийн боловсорч гүйцсэн байдал, бат бөх хангамжийн сүлжээ, сүлжээг тогтворжуулах хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх чадварын ачаар илүүд үздэг сонголт хэвээр байх болно - энэ нь орчин үеийн эрчим хүчний системд маш үнэ цэнэтэй функц юм.
Дүгнэлт
Лити-ион батерей нь сэргээгдэх эрчим хүчний хэрэглээг хурдасгахад гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Өндөр үр ашигтай, хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг, модульчлагдсан дизайнтай тул лити-ион нь нарны болон салхины эрчим хүчний тасалдалыг даван туулахад тусалдаг, сүлжээний найдвартай байдлыг сайжруулж, алслагдсан бүс нутгуудад илүү цэвэр цахилгаан эрчим хүчийг ашиглах боломжийг олгодог. Тэд элэгдэл, анхны зардал, аюулгүй байдлын асуудал зэрэг бэрхшээлтэй тулгарч байгаа ч технологийн дэвшил, улам ухаалаг системийн удирдлага, дахин боловсруулалтын хөгжил нь лити-ион батерейг улам бүр хамааралтай, тогтвортой болгож байна. Бага нүүрстөрөгчийн эрчим хүчний систем рүү шилжих замд лити-ион батерей нь зөвхөн нэмэлт хэрэгсэл төдийгүй сэргээгдэх эрчим хүчийг найдвартай цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр болгох боломжийг олгох гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм.
