انتخاب بهترین سیستم ذخیره‌سازی انرژی

درک سیستم های ذخیره انرژی و اهمیت آنها

نقش ذخیره‌سازی انرژی در ادغام منابع تجدیدپذیر

سیستم های ذخیره سازی نقش مهمی در ایجاد منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید دارند، زیرا آنها تمایل دارند برق را به طور متناقض تولید کنند. آنچه این سیستم ها اساسا انجام می دهند این است که برق اضافی را جذب می کنند وقتی که مقدار زیادی تولید می شود، سپس آن را دوباره بیرون می فرستند وقتی مردم به قدرت بیشتری نیاز دارند. این به اتصال انرژی های تجدید پذیر به زیرساخت های شبکه فعلی ما کمک می کند. توانایی ذخیره انرژی بسیار مهم است زیرا از تلاش های جهانی برای کاهش انتشار کربن در حالی که به دنبال جایگزین های انرژی پاک تر است، حمایت می کند. برخی مطالعات نشان می دهد که حدود ۹۰ درصد از پروژه های تجدید پذیر جدید با نوعی راه حل ذخیره سازی ساخته شده همراه هستند. واقعاً منطقی است، چون بدون گزینه های ذخیره سازی خوب، تمام انرژی پاک صرف هدر می رود وقتی که کسی به آن نیاز ندارد.

تعادل شکاف‌های عرضه و تقاضا با راه‌حل‌های مدرن

تکنولوژی ذخیره سازی انرژی، نحوه مدیریت منابع انرژی را با حفظ تعادل بین آنچه در دسترس است و آنچه مردم نیاز دارند تغییر داده است. خدمات برق می توانند انرژی اضافی را زمانی که هیچ کس زیاد استفاده نمی کند پس از آن آن را به سیستم برگردانند وقتی که همه به یکباره نیاز به برق دارند. این به حفظ تمام شبکه برق کمک می کند بدون اینکه بیش از حد بار گرفته شود. در ساعات شلوغ که همه دستگاه هایشان را روشن می کنند، این سیستم های ذخیره سازی قبل از بروز مشکلات، فشار را از شبکه کم می کنند. برخی از مکان ها در واقع بیشترین صورتحساب انرژی خود را با حدود 30٪ کاهش دادند پس از نصب گزینه های ذخیره سازی بهتر با توجه به گزارش های مختلف. این نشان می دهد که علاوه بر ثبات دادن به همه چیز، تنظیمات ذخیره سازی خوب واقعا به مدیریت توزیع انرژی در طول زمان های مختلف روز کمک می کنند، و کل شبکه برق ما را در برابر اختلال مقاوم تر می کنند در حالی که در دراز مدت نیز پول صرفه جویی می کنند.

انواع سیستم های ذخیره انرژی

باتری‌های لیتیوم-یون: انعطاف‌پذیری و قابلیت مقیاس‌بندی

باتری های لیتیوم یون در حال حاضر تقریباً در همه جا در دنیای ذخیره سازی انرژی هستند زیرا می توانند به راحتی سازگار شوند و در صورت نیاز مقیاس پذیر شوند. این باتری ها مقدار زیادی انرژی را در فضاهای کوچک ذخیره می کنند، که برای انواع چیزها از جمله اتومبیل های الکتریکی، تلفن ها و تبلت های ما، و حتی سیستم های بزرگ که به مدیریت نصب انرژی باد و خورشیدی کمک می کنند، بسیار عالی است. چرا اين باتري ها خاموش شدن؟ بیشتر به این دلیل که قیمت ها در طول سال ها کمی کاهش یافته اند. با نگاه به اعداد صنعت، شاهد کاهش 80 درصد هزینه های باتری از سال 2010 هستیم. این نوع کاهش قیمت به این معنی است که افراد و کسب و کارهای بیشتری می توانند این سیستم ها را نصب کنند. برای مثال، پاور وال تسلا را در نظر بگیرید. صاحبان خانه ای که یکی از این ها را در ملک خود قرار می دهند می توانند نور خورشید اضافی تولید شده در طول روز را ذخیره کنند و سپس بعداً وقتی خورشید وجود ندارد یا شاید در طول یک قطع کار استفاده کنند. این نشان می دهد که تکنولوژی لیتیوم یون واقعا چقدر انعطاف پذیر است.

ذخیره‌سازی هیدرو پمپاژ: قابلیت اطمینان اثبات‌شده در مقیاس بزرگ

ذخیره سازی آب پمپ شده بیش از 100 سال است و همچنان قابل اعتماد ترین گزینه برای ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ است. ایده اصلی خیلی ساده است. آب از یک مخزن به دیگری که در ارتفاع بالاتر قرار دارد منتقل می شود، که انرژی را به شکل جاذبه ذخیره می کند. این نوع سیستم ها تقریباً ۹۵ درصد از کل ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ در سراسر جهان را تشکیل می دهند، که نشان می دهد چقدر در بسیاری از کشورها پذیرفته شده اند. چیزی که باعث می شود آن ها بسیار ارزشمند باشند، زمان واکنش سریع به تغییرات خواسته ها است، گاهی اوقات در عرض چند دقیقه تغییر می کنند. تعداد کارایی در مجموع بین ۷۰ تا ۸۵ درصد است. اما محدودیت های دنیای واقعی هم وجود دارد. پیدا کردن مکان های مناسب نیازمند ویژگی های جغرافیایی خاص از جمله دسترسی به منابع آب و تفاوت های ارتفاعی قابل توجهی است که به طور طبیعی محدودیت هایی را در مورد مکان هایی که این تاسیسات واقعاً می توانند رخ دهند، ایجاد می کند.

باتری‌های جریانی برای نیازهای بلندمدت

باتری های جریان چیزی متفاوت را در مورد ذخیره انرژی در طول دوره های طولانی ارائه می دهند، که برای مدیریت منابع انرژی در طول فصل ها بسیار مهم است. چیزی که آنها را از گزینه های لیتیوم یون متمایز می کند استفاده از الکترولیت های مایع است که در مخازن جداگانه خارج از واحد اصلی نگهداری می شوند. اين ترتيب يعني که مي تونن براي مدت زيادي قدرت خود رو بدون از دست دادن توان نگه داشتن شارژ نگه دارن. نحوه ساخت این سیستم ها باعث می شود که مقیاس بندی نسبتاً ساده باشد، که توضیح می دهد چرا بسیاری از کارخانه ها و شرکت های برق وقتی به انرژی پشتیبان قابل اعتماد و پایدار نیاز دارند به آنها مراجعه می کنند. اخیراً پیشرفت های جالبی را مشاهده کرده ایم که هزینه های تولید را کاهش می دهد در حالی که عملکرد بهتری از این سیستم ها به دست می آورد، و باتری های جریان را به عنوان رقبای جدی در برابر راه حل های ذخیره سازی معمولی قرار می دهد. برای مثال باتری های جریان ردوکس واندیم VRFB در پروژه های بزرگ زیرساخت بسیار محبوب شده اند زیرا مدت زمان طولانی طول می کشد و می تواند حتی در طول عملیات طولانی مدت قدرت تولید ثابت را ارائه دهد.

ذخیره‌سازی حرارتی: جمع‌آوری و بازیافت انرژی گرما

ذخیره انرژی حرارتی برای صرفه جویی در انرژی اضافی که بعداً برای چیزهایی مانند گرم کردن ساختمان ها یا خنک نگه داشتن آنها نیاز داریم، بسیار مهم است. سیستم ها اساساً با استفاده از چیزهایی مانند آب یا حتی مخلوط نمک داغ، گرما را ذخیره می کنند. این کمک می کند تا مطمئن شویم که ما انرژی را هدر نمی دهیم هر زمان که در دسترس باشد. به عنوان مثال، نیروگاه های انرژی خورشیدی متمرکز از این تکنولوژی سود زیادی می برند زیرا می توانند نور خورشید را در طول روز جمع آوری کنند و سپس در شب برق تولید کنند، زمانی که مردم واقعا به برق نیاز دارند. ذخیره سازی حرارتی همچنین به ما کمک می کند تا از منابع انرژی تجدید پذیر بیشتر استفاده کنیم، به ویژه برای نیازهای گرمایش، که از حرکت ما به سمت راه حل های انرژی سبز تر حمایت می کند. برای مثال ساختمان های تجاری را در نظر بگیرید بسیاری از آنها اکنون از سیستم های ذخیره یخ استفاده می کنند که آب را در طول شب هنگام هنگام کاهش برق یخ می زنند، سپس یخ را در طول روز ذوب می کنند تا خنک کننده ای را بدون نیاز به اجرای دستگاه های تهویه مطبوع گران قیمت در زمان های اوج تقاضا فراهم کنند.

فناوری‌های نوپدید: هیدروژن و سیستم‌های مبتنی بر گرانش

پیشرفت های تکنولوژیکی جدید در هیدروژن و ذخیره سازی مبتنی بر گرانش می تواند به طور کامل تغییر کند که چگونه ما انرژی را در آینده ذخیره می کنیم. در ذخیره هیدروژن، برق اضافی از طریق فرآیندی به نام الکترولیس به گاز هیدروژن تبدیل می شود. این یک راه برای حرکت و ذخیره انرژی بدون تولید انتشار ایجاد می کند. در حالی که هنوز در حال توسعه است، این تکنولوژی در ترکیب با انرژی های تجدید پذیر، وعده های واقعی را نشان می دهد، کمک به صاف کردن این صعود و نزول در تامین انرژی از باد و خورشید. سپس سیستم های ذخیره سازی گرانشی وجود دارد که با ذخیره انرژی به صورت انرژی حرکتی و پتانسیل کار می کنند. به آن شباهت داشته باشید به آب پمپ شده اما بدون نیاز به تمام آب. شرکت هایی مانند Energy Vault در حال حاضر روی این مفاهیم کار می کنند، جایگزین های سبز را توسعه می دهند که می توانند در حالی که هزینه ها را معقول نگه می دارند، مقیاس پذیر شوند. این نوآوری ها در حال گسترش آنچه در اختیارات ذخیره سازی انرژی ما امکان پذیر است.

عوامل کلیدی در انتخاب یک سیستم ذخیره انرژی

ظرفیت نسبت به نیازهای مدت زمان تخلیه

به فکر خرید سیستم ذخیره انرژی هستی؟ نکته ی کلیدی برای درست کردن اول این است که بدانیم ظرفیت در مقابل مدت تخلیه چه معنایی دارد. ظرفیت اساسا به ما می گوید که سیستم چقدر قدرت را می تواند در داخل آن نگه دارد، مانند اندازه یک باتری اگر بخواهید. مدت زمان تخلیه نشان می دهد که چه مدت انرژی ذخیره شده در واقع طول می کشد زمانی که کسی شروع به استفاده از آن می کند. تطبیق این مشخصات با نیازهای انرژی خاص در عمل بسیار مهم است. نگاه کردن به الگوهای مصرف انرژی واقعی به ما کمک می کند تا بفهمیم که آیا به فضای ذخیره سازی بیشتر یا تحویل انرژی طولانی مدت نیاز داریم. برای مثال ژنراتورهای پشتیبان را در نظر بگیرید آنها معمولا به مخازن ظرفیت بزرگ نیاز دارند اما به اندازه کافی نگران زمان اجرا نیستند. از سوی دیگر، خانه های خورشیدی اغلب از سیستم هایی که انرژی را به آرامی در طول ساعت ها آزاد می کنند، به جای اینکه همه را یکبار آزاد کنند، بهره مند می شوند.

تحلیل هزینه: سرمایه‌گذاری اولیه نسبت به ارزش طول عمر

انجام یک تحلیل مناسب هزینه واقعاً برای انتخاب بهترین راه حل ذخیره سازی انرژی برای هر وضعیت خاص مهم است. مردم باید به اینکه چه هزینه هایی را در پیش می گذارند در مقابل آنچه که در طول سالهای کار صرفه جویی می کنند نگاه کنند. چیزهایی مثل هزینه های نگهداری منظم، سرعت خراب شدن سیستم و کاهش کم بهره وری نیز اهمیت دارد. اکثر متخصصان به هر کسی که از آنها می پرسد می گویند که ذخیره انرژی نباید فقط به عنوان یک بند دیگر در ورق بودجه دیده شود. به آن به عنوان چیزی فکر کنید که ارزش سرمایه گذاری در آن را دارد زیرا در طول راه به روش های مختلف پرداخت می کند. برای مثال باتری های لیتیوم را در نظر بگیرید. مطمئناً، در ابتدا هزینه آنها بیشتر از برخی از گزینه های جایگزین است، اما صاحبان خانه گزارش می دهند که صرفه جویی در صورتحساب برق ماهانه خود را در سال اول به میزان ۳۰ درصد یا بیشتر کاهش می دهند. علاوه بر این، در زمان قطع برق این سیستم ها دستگاه های ضروری را تا زمان بازگشت برق به کار نگه می دارند.

مقایسه کاربردهای شبکه‌ای و مسکونی

ذخیره سازی انرژی به لحاظ هدف آن، در انواع مختلفی وجود دارد. برخی از سیستم ها برای شبکه های بزرگ بسیار مناسب هستند، برخی دیگر برای خانه ها مناسب تر هستند. واحدهای ذخیره سازی عظیم که در نیروگاه ها می بینیم، مقادیر زیادی از برق مورد نیاز صنایع و شهرهای سراسر کشور را مدیریت می کنند. از طرف دیگر، صاحبان خانه ها معمولا با تنظیمات بسیار کوچکتر که فقط برای نیازهای روزانه انرژی خانواده شان طراحی شده اند، برخورد می کنند و شاید حتی به آنها در صرفه جویی در پول در طول این زمان های استفاده بالا کمک کند. وقتی که گزینه های ذخیره سازی را با نیازهای واقعی مطابقت می دهند، مردم باید به دقت بررسی کنند که واقعاً به چه مقدار انرژی نیاز دارند. بیشتر خانواده ها برای چیزی که به اندازه کافی کوچک باشد برای جا گذاشتن در گاراژ خود را انتخاب می کنند اما هنوز هم به اندازه کافی قدرتمند است که صورتحساب های ماهانه خود را کاهش دهد زمانی که نرخ ها افزایش می یابد. در همین حال، شرکت هایی که کل مناطق را اداره می کنند، می خواهند ذخیره سازی کنند که می تواند مقادیر زیادی انرژی را بدون شکست در طوفان یا سایر اختلالها نگه دارد.

تأثیر زیستمحیطی و پایداری مواد

سیستم های ذخیره سازی انرژی باعث سردرد واقعی برای محیط زیست در این روزها شده اند. ما باید به دقت بررسی کنیم که در طول کل چرخه زندگی آنها از تولید تا دفع، به ویژه در مورد مواد چه اتفاقی می افتد. با اینکه دولت ها در سراسر جهان قوانین مربوط به انتشار گازهای گلخانه ای و مدیریت زباله را سخت تر می کنند، شرکت ها دیگر نمی توانند از کجا مواد اولیه خود را دریافت کنند یا چگونه از تجهیزات قدیمی خلاص شوند. سبز شدن فقط برای مادر زمین خوب نیست. امروزه مصرف کنندگان به شدت به پایداری اهمیت می دهند، بنابراین کسب و کارهایی که انتخاب های سازگار با محیط زیست را انجام می دهند تمایل دارند روابط قوی تری با مشتریانی که ارزش های مشابهی دارند، ایجاد کنند. تحقیقات بازار نشان می دهد که شرکت هایی که شیوه های سبز تری را اتخاذ می کنند اغلب فروش بیشتری را در میان جمعیت جوان مشاهده می کنند که عوامل زیست محیطی را در تصمیمات خرید اولویت می دهند. برای تولید کنندگان آینده نگر، این به این معنی است که فرصت های مالی جدی در توسعه فن آوری های پاک تر و در عین حال کنترل هزینه های عملیاتی وجود دارد.

مطالعات موردی: ذخیره‌سازی انرژی در عمل

پروژه باتری برق آلاباما

برق آلاباما چیزی کاملاً پیشگامانه در مورد ذخیره سازی باتری در مقیاس بزرگ در اینجا در شهرستان واکر راه اندازی کرده است. آنها چیزی را در حال نصب کردن هستند که به آن سیستم ذخیره انرژی باتری یا به اختصار BESS می گویند. این دستگاه می تواند حدود ۱۵۰ مگاوات برق داشته باشد، که کافی است تا چراغ های ۹۰۰۰ خانوار را همزمان روشن نگه دارد. این شرکت می خواهد این نوع سیستم ها به حفظ ثبات شبکه برق کمک کنند، در صورت تغییرات ناگهانی تقاضا بهتر پاسخ دهند و منابع انرژی تجدیدپذیر بیشتری را به اینترنت برساند. بررسی های اولیه چگونگی عملکرد این روش نشان می دهد که پیشرفت های واقعی در چندین زمینه از جمله مدیریت بهتر جریان انرژی، افزایش نرخ بهره وری و کاهش هزینه های عملیاتی در کل وجود دارد. این یافته ها نشان می دهد که چرا این پروژه برای برنامه های بلند مدت آلاباما در مورد تولید انرژی پاک تر بسیار مهم است. آنچه که ما اکنون شاهد آن هستیم نقطه عطفی برای منطقه است، زیرا به سمت گزینه های انرژی قابل اعتماد و سازگار با محیط زیست حرکت می کند.

تحقیقات NREL در مورد راه حل های ذخیره سازی طولانی مدت

NREL در پیشبرد گزینه های ذخیره سازی انرژی بلند مدت به یک رهبر تبدیل شده است. محققان در آنجا به دنبال انواع تکنولوژی های جدید هستند که می توانند انرژی را برای مدت زمان طولانی تر از سیستم های فعلی اجازه دهند. آزمایشگاه به شدت بر روی ایجاد روش های ذخیره سازی تمرکز دارد که با نیازهای استفاده از دنیای واقعی در چارچوب های زمانی طولانی مطابقت دارد. این نوع پیشرفت ها می توانند به طور کامل نحوه مدیریت شبکه های انرژی ما را تغییر دهند، به خصوص وقتی که افزایش تقاضا در طول روز اتفاق می افتد. آنچه NREL کشف می کند احتمالا بر سیاست های دولت در مورد انرژی های تجدید پذیر تأثیر می گذارد و پول زیادی از سرمایه گذاران که می خواهند راه حل های ذخیره سازی پاک تر را تامین کنند، به دست می آورد. در نهایت، این نوع تحقیقات به تصمیم گیرندگان اطلاعات بهتری می دهد زمانی که آنها در مورد ساخت زیرساخت های جدید یا ارتقاء امکانات موجود برنامه ریزی می کنند.