ऊर्जा भंडारण प्रणाली कैसे काम करती है

ऊर्जा के मुख्य घटक संग्रहण प्रणालियों का मुख्यांग हैं

ऊर्जा स्टोरेज माध्यम: बैटरी से थर्मल रिजर्वัวर तक

ऊर्जा भंडारण कई रूपों में आता है, प्रत्येक विभिन्न उद्देश्यों के लिए उपयुक्त है और अद्वितीय लाभ प्रदान करता है। बैटरी सबसे व्यापक विकल्प के रूप में उभरी हैं, जो सरल सीसा-एसिड इकाइयों से लेकर उन्नत लिथियम आयन पैक और विशेष प्रवाह बैटरी प्रणालियों तक सब कुछ कवर करती हैं। सीसा का अम्ल आपातकालीन बैकअप जरूरतों के लिए लोकप्रिय बना हुआ है क्योंकि वे बैंक को तोड़ने के बिना विश्वसनीय रूप से काम करते हैं। लिथियम आयन तकनीक ने बहुत तेजी से उछाल लिया जब उपकरणों को छोटी जगहों में अधिक शक्ति की आवश्यकता थी, जो बताता है कि हम उन्हें आज हर जगह क्यों देखते हैं स्मार्टफोन से लेकर ईवी तक। फिर वहाँ प्रवाह बैटरी है, जो वास्तव में चमक जब बड़े पैमाने पर भंडारण आवश्यकताओं से निपटने के लिए धन्यवाद कैसे आसानी से वे पैमाने पर और समय के साथ बहुत क्षमता खोने के बिना अनगिनत चार्ज चक्र के माध्यम से पिछले कर रहे हैं।

नियमित बैटरी भंडारण समाधानों के अलावा, पिघले हुए नमक टैंकों और बर्फ भंडारण इकाइयों जैसे थर्मल जलाशयों की भी विभिन्न प्रणालियों में ऊर्जा संतुलन बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका होती है। उदाहरण के लिए, पिघले हुए नमक को लें, जो आमतौर पर उन बड़े केंद्रित सौर ऊर्जा संयंत्रों में पाया जाता है जहाँ वे नमक को सैकड़ों डिग्री सेल्सियस तक पिघलाते हैं और उस गर्मी को तब तक संग्रहीत करते हैं जब तक कि उन्हें फिर से बिजली उत्पन्न करने की आवश्यकता नहीं होती, बादल वाले दिनों में भी या रात फिर वहाँ बर्फ भंडारण प्रौद्योगिकी है कि बहुत सारे व्यवसायों वास्तव में इन दिनों अपनी इमारतों में स्थापित कर रहे हैं। ये सिस्टम मूल रूप से पानी को बड़े पैमाने पर ब्लॉक में फ्रीज करते हैं जब बिजली की दरें कम होती हैं, फिर बाद में उन्हें गर्म दोपहर के दौरान एयर कंडीशनिंग प्रदान करने के लिए वापस पिघलते हैं जब बाकी सभी लोग ठंडा करने के लिए प्रीमियम कीमतों का भुगतान कर रहे हैं।

उपयुक्त ऊर्जा भंडारण माध्यम का चयन करते समय, किसी को विचार करना चाहिए अनुप्रयोग आवश्यकताएं, दक्षता माप और लागत। एक इष्टतम समाधान में अक्सर दक्षता और विश्वसनीयता को अधिकतम करने के लिए विभिन्न भंडारण प्रौद्योगिकियों का संयोजन शामिल होता है।

ऊर्जा परिवर्तन प्रणालियां: इन्वर्टर्स और कंट्रोलर्स

ऊर्जा भंडारण प्रणाली वास्तव में बिजली रूपांतरण तकनीक पर निर्भर करती है कि कैसे बिजली स्थानांतरित होती है जहां इसे संग्रहीत किया जाता है और जहां लोग वास्तव में इसका उपयोग करते हैं। इन्वर्टर यहां एक बड़ी भूमिका निभाते हैं क्योंकि वे उस संग्रहीत सीधी धारा (DC) शक्ति को लेते हैं और इसे वैकल्पिक धारा (AC) शक्ति में बदल देते हैं जो हमारे नियमित विद्युत ग्रिड और घरेलू उपकरणों के साथ काम करती है। जब हम विभिन्न प्रकार के इन्वर्टरों को देखते हैं, तो हम पाते हैं कि स्ट्रिंग इन्वर्टर घरों और छोटे प्रतिष्ठानों के लिए बहुत अच्छा काम करते हैं। दूसरी ओर, केंद्रीय इन्वर्टर बड़े प्रोजेक्ट्स के लिए बेहतर होते हैं जैसे कि बड़े सौर फार्म या औद्योगिक सुविधाएं जिन्हें एक साथ बड़ी मात्रा में बिजली परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है।

इनवर्टर के साथ जोड़े जाने पर, उन्नत नियंत्रक वास्तव में सिस्टम के प्रदर्शन को बढ़ाते हैं, विश्वसनीय रहते हैं, और कुशलता से चलते हैं। इन नियंत्रकों का मुख्य कार्य है कि सब कुछ ग्रिड कनेक्शन के साथ सही ढंग से सिंक हो, जो कि बिना किसी समस्या के काम करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। वे लगभग लगातार बिजली प्रवाह का प्रबंधन करते हैं, इसलिए जो भी बिजली उत्पन्न होती है वह वास्तव में किसी भी समय की आवश्यकता से मेल खाती है। इसका मतलब है कि कुल मिलाकर कम ऊर्जा बर्बाद होती है, जो इन प्रणालियों को संचालित करने वाले के लिए लंबे समय में पैसे बचाता है।

ऊर्जा परिवर्तन प्रणालियों की महत्वपूर्णता ग्रिड समाकलन की बढ़ती आवश्यकता के कारण और भी बढ़ गई है। सौर और पवन जैसी नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के मुख्यधारा में आने के साथ, अभिन्यास युक्तियों की आवश्यकता अपरिहार्य है ताकि ऊर्जा की देखभाल बिना किसी बाधा के हो सके।

कुशलता के लिए बैटरी प्रबंधन प्रणाली (BMS)

बैटरी प्रबंधन प्रणाली (BMS) बैटरी स्टोरेज समाधानों के कुशल संचालन और उनकी लंबी उम्र के लिए अहम हैं। इनकी प्राथमिक भूमिकाएं बैटरी की स्थिति का पर्यवेक्षण और प्रबंधन करना, चार्ज संतुलन की अनुमति देना, और ऑप्टिमल तापमान स्थिति बनाए रखना है। ये कार्य बैटरी की खराबी से बचाने और उसकी सेवा जीवन को बढ़ाने में मदद करते हैं।

आधुनिक BMS प्रौद्योगिकियां प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए भविष्यवाणी-आधारित विश्लेषण शामिल करती हैं, जिससे प्रणाली की स्वास्थ्य को बेहतर बनाने के लिए पूर्वाग्रही कार्रवाई की अनुमति होती है। इसके अलावा, BMS सुरक्षा और नियमों की पालन-पालन को सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे अपसामान्यताओं का पता लगा सकते हैं, जैसे कि अतिताप या वोल्टेज झटके, जिससे संभावित खतरों से बचा जा सके।

सुरक्षा बीएमएस (BMS) के लिए एक महत्वपूर्ण पहलू है, क्योंकि ऊर्जा स्टोरेज सिस्टम को गलत तरीके से संचालित करने से महत्वपूर्ण खतरे हो सकते हैं। प्रगतिशील प्रौद्योगिकियों के साथ, बीएमएस सिस्टम लगातार बेहतर हो रहे हैं, जिनमें अधिक भविष्यवाणी-आधारित क्षमताएँ और मजबूत नियमन पालन है, जिससे उनका ऊर्जा स्टोरेज सिस्टम के सुरक्षित रूप से इस्तेमाल करने में अपरिहार्य बन जाते हैं।

ऊर्जा स्टोरेज सिस्टम के प्रकार और उनके मैकेनिजम

पंपेड हाइड्रो स्टोरेज: गुरुत्वाकर्षण-आधारित ऊर्जा

पंप हाइड्रो स्टोरेज, या संक्षेप में पीएचएस, बड़ी मात्रा में ऊर्जा के भंडारण के लिए मुख्य तरीकों में से एक के रूप में खड़ा है। मूल विचार में पानी को ऊपर की ओर ले जाना शामिल है जब अतिरिक्त शक्ति उपलब्ध हो, फिर इसे टरबाइन के माध्यम से वापस बहने दें जब भी मांग में वृद्धि होती है तो बिजली बनाने के लिए। दुनिया भर में, ये प्रणालियाँ कुल संग्रहीत ऊर्जा क्षमता का लगभग 95 प्रतिशत हिस्सा हैं, हालांकि वे उन स्थानों पर सबसे अच्छा काम करती हैं जहां भूगोल जलाशयों के बीच प्राकृतिक ऊंचाई अंतर की अनुमति देता है। हालांकि निश्चित रूप से बाधाएं हैं। उपयुक्त स्थान ढूंढना मुश्किल है क्योंकि हर क्षेत्र में पहाड़ या पहाड़ियां नहीं होतीं। इसके अलावा, नई सुविधाओं का निर्माण अक्सर भूमि उपयोग में परिवर्तन और स्थानीय पारिस्थितिक तंत्रों में संभावित व्यवधानों के बारे में पर्यावरणीय चिंताओं को उठाती है। इन मुद्दों का अर्थ है कि योजनाकारों को साइट चयन के बारे में सावधानीपूर्वक सोचने और पूरे विकास में उचित सुरक्षा उपायों को लागू करने की आवश्यकता है।

लिथियम-आयन बैटरी: इलेक्ट्रोकेमिकल स्टोरेज

लिथियम आयन बैटरी अब हर जगह हैं जब यह इन दिनों ऊर्जा भंडारण की बात आती है, धन्यवाद कैसे अच्छी तरह से वे रासायनिक रूप से बोलते काम करते हैं। मूल रूप से उनके अंदर क्या होता है कि वे चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रियाओं से गुजरते हैं जो उन्हें छोटी जगहों में काफी शक्ति पैक करने की अनुमति देता है। भले ही अभी भी बहुत काम करना है पुराने को रीसाइक्लिंग करने और सुनिश्चित करने के लिए कि वे दीर्घकालिक रूप से टिकाऊ हैं, लोगों ने सभी प्रकार के स्थानों पर घरों के गैरेज से लेकर बड़े कारखानों तक उनका उपयोग करना शुरू कर दिया है। हमने बहुत सारे वास्तविक दुनिया के उदाहरण देखे हैं जहाँ लोग इन बैटरी को घर पर स्थापित करते हैं या कंपनियां उन्हें अपने संचालन में शामिल करती हैं, यह साबित करते हुए कि वे कितने बहुमुखी हो सकते हैं चाहे वे कहीं भी उपयोग किए जाएं।

थर्मल ऊर्जा स्टोरेज: पिघली हुई नमक और फेज चेंज मैटीरियल

पिघले हुए नमक और चरण परिवर्तन सामग्री (पीसीएम) के माध्यम से थर्मल ऊर्जा का भंडारण गर्मी ऊर्जा को पकड़ने और धारण करने का एक दिलचस्प तरीका है। उदाहरण के लिए, सौर ऊर्जा संयंत्रों को लें, वे तैरते हुए नमक के भंडारण पर बहुत निर्भर हैं क्योंकि यह गर्मी को समय के साथ बनाए रखने में बहुत अच्छा काम करता है। भवनों के लिए, दीवारों या फर्श में पीसीएम को एकीकृत करने से पूरे दिन ऊर्जा उपयोग को प्रबंधित करने में मदद मिल सकती है, जिससे भवनों को पीक समय के दौरान अपने ऊर्जा भार को स्थानांतरित करने की अनुमति मिलती है। लेकिन समस्याएं भी हैं। थर्मल हानि तब होती है जब संग्रहीत ऊर्जा पूरी तरह से शामिल नहीं होती है, और सामग्री बार-बार हीटिंग चक्र के बाद टूट जाती है। कई उद्योगों के शोधकर्ता इन प्रणालियों को व्यावहारिक अनुप्रयोगों में अधिक विश्वसनीय और लागत प्रभावी बनाने के लिए समाधानों पर काम करना जारी रखते हैं।

फ्लाइव्हheel प्रणालियाँ: गतिज ऊर्जा चल रही

फ्लाईव्हील रासायनिक प्रतिक्रियाओं के बजाय गति का उपयोग करके ऊर्जा को संग्रहीत करने का एक बहुत ही अच्छा तरीका है। मूल विचार काफी सरल हैः एक भारी पहिया को बहुत तेजी से घुमाएं ऊर्जा को पकड़ने के लिए, फिर इसे धीमा करें जब हमें शक्ति वापस चाहिए। फ्लाईव्हील को अलग करने वाली बात यह है कि वे बैटरी या अन्य तरीकों की तुलना में कितनी जल्दी प्रतिक्रिया दे सकते हैं, इसके अलावा जब जरूरत होती है तो वे प्रभावशाली बिजली के झटके प्रदान करते हैं। हालांकि, इन प्रणालियों को मुख्यधारा में आने से पहले अभी भी काम करना बाकी है। प्रारंभ में, इन स्पिनिंग रोटरों के लिए आवश्यक विशेष सामग्री के कारण विनिर्माण लागत काफी अधिक है। इसके अलावा, कंपनियों को स्थापित खिलाड़ियों के खिलाफ प्रतिस्पर्धा करनी होगी जैसे लिथियम-आयन बैटरी जो अभी अधिकांश बाजारों पर हावी हैं। यदि निर्माता चाहते हैं कि फ्लाईव्हील को कर्षण प्राप्त हो, तो उन्हें उत्पादन खर्चों को कम करने के स्मार्ट तरीके खोजने के साथ-साथ अनुसंधान में भारी निवेश करने की आवश्यकता होगी। कुछ विशेषज्ञों का मानना है कि अगले दशक के भीतर हम महत्वपूर्ण सफलताएं देख सकते हैं क्योंकि ग्रिड प्रबंधन से लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों तक विभिन्न उद्योगों में वैकल्पिक भंडारण समाधानों की मांग लगातार बढ़ रही है।

कम मांग की अवधि के दौरान ऊर्जा अवशोषण

ऊर्जा भंडारण मांग में कमी आने पर अतिरिक्त शक्ति को पकड़ने में एक बड़ी भूमिका निभाता है, जो विद्युत ग्रिड को स्थिर रखने में मदद करता है और अधिक नवीकरणीय ऊर्जा के लिए जगह बनाता है। जब सौर पैनल या पवन टरबाइन जरूरत से ज्यादा बिजली पैदा करते हैं, तो ये भंडारण समाधान कदम उठाते हैं ताकि उस बिजली का कोई भी बर्बाद न हो जाए। वे इसे तब तक स्टोर करते हैं जब तक कि लोगों को बाद में इसकी आवश्यकता न हो। यह कैसे काम करता है यह वास्तविक कार्यान्वयन को देखने पर स्पष्ट हो जाता है। सौर ऊर्जा को उदाहरण के तौर पर लें - चमकीले धूप वाले दिनों में अक्सर घरों में खपत होने वाली बिजली से कहीं अधिक बिजली आती है। भंडारण प्रणाली उस अधिशेष को पकड़ती है और इसे रातों या बादल वाले दिनों के लिए बचाती है जब उत्पादन कम हो जाता है। इस तरह का बफर वास्तव में महत्वपूर्ण है ग्रिड के लिए जहां बहुत सारी नवीकरणीय ऊर्जा प्रणाली में खिलाती है। उचित भंडारण विकल्पों के बिना, वे ग्रिड बदलती मौसम की स्थिति और दिन के विभिन्न समय के दौरान लगातार बिजली आपूर्ति बनाए रखने के लिए संघर्ष करेंगे।

जाल स्थिरता के लिए डिसचार्ज प्रोटोकॉल

ऊर्जा भंडारण प्रणाली ऊर्जा की आवश्यकताओं में वृद्धि और कमी होने पर ग्रिड को स्थिर रखने के लिए डिस्चार्ज प्रोटोकॉल पर निर्भर करती है। ये प्रोटोकॉल सिस्टम को मांग में परिवर्तन के लिए तेजी से प्रतिक्रिया करने देते हैं, जो एक स्थिर बिजली आपूर्ति बनाए रखने में मदद करता है जबकि पीक लोड को प्रबंधित करने और स्वीकार्य सीमाओं के भीतर आवृत्ति स्तरों को बनाए रखने में भी भूमिका निभाता है। वास्तविक दुनिया के परीक्षणों से पता चला है कि ये तकनीकें व्यवहार में अच्छी तरह से काम करती हैं। उदाहरण के लिए, कैलिफोर्निया भर में बैटरी भंडारण सुविधाओं ने रोलिंग ब्लैकआउट के दौरान सफलतापूर्वक इसी तरह के प्रोटोकॉल को लागू किया है। नियामक निकायों को भी स्पष्ट दिशा-निर्देशों की आवश्यकता है ताकि ये प्रोटोकॉल हमारे बिजली नेटवर्क की समग्र विश्वसनीयता को खतरे में डाले बिना ठीक से काम कर सकें। जैसे-जैसे हम अपने ग्रिड में अधिक पवन और सौर ऊर्जा को एकीकृत करते हैं, उत्पादन और खपत के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए इस तरह की स्मार्ट डिस्चार्ज रणनीतियों का होना तेजी से महत्वपूर्ण हो जाता है।

कार्यक्षमता की हानि और गर्मी का प्रबंधन

ऊर्जा भंडारण प्रणाली अनिवार्य रूप से चार्ज और डिस्चार्ज चक्र के दौरान कुछ दक्षता खो देती है, लेकिन इन नुकसानों को समझने के लिए उनके साथ काम करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए बहुत मायने रखता है। एक बड़ी समस्या गर्मी के प्रबंधन से आती है - जब बहुत अधिक गर्मी जमा होती है, तो यह पूरी प्रणाली की दक्षता को खा जाती है। बेहतर थर्मल प्रबंधन समाधान वास्तव में यहाँ मदद करते हैं, सिस्टम को समस्या पैदा करने से पहले उस अतिरिक्त गर्मी से छुटकारा पाने देते हैं। नई सामग्री और स्मार्ट डिजाइनों ने भी बदलाव किया है, विशेष रूप से उन लोगों का उद्देश्य तापमान को कम रखना और घटकों के माध्यम से बिजली के बेहतर प्रवाह को सुनिश्चित करना है। वास्तविक संख्याओं को देखते हुए, विभिन्न भंडारण प्रौद्योगिकियों के बीच कितनी ऊर्जा खो जाती है, इसमें काफी अंतर है। यह भिन्नता इस बात पर प्रकाश डालती है कि यदि हम इन प्रणालियों को कम ऊर्जा बर्बाद करते हुए बेहतर बनाना चाहते हैं तो निरंतर शोध क्यों महत्वपूर्ण है।

जाल समायोजन और वास्तविक जीवन के अनुप्रयोग

त्याग्य ऊर्जा की अनियमितता को संतुलित करना

ऊर्जा भंडारण प्रणाली वास्तव में महत्वपूर्ण है कि अक्षय ऊर्जा कितनी अप्रत्याशित हो सकती है। जब बहुत अधिक सूर्य या हवा होती है, ये प्रणाली अतिरिक्त शक्ति को स्टोर करती है ताकि बादल वाले दिनों में भी या हवा कम होने पर भी हमारे पास बिजली हो। उदाहरण के लिए कैलिफोर्निया को लीजिए जहाँ उन्होंने बड़े बैटरी को पूरे राज्य में सौर फार्मों से जोड़ना शुरू कर दिया है। यह व्यवस्था बिजली को उतार-चढ़ाव के बिना स्थिर रूप से बहती रहने में मदद करती है। अमेरिकी ऊर्जा सूचना प्रशासन के कुछ आंकड़ों के अनुसार, बेहतर ग्रिड विश्वसनीयता का अर्थ है कुल मिलाकर कम ब्लैकआउट। फिर भी, इन भंडारण समाधानों को हमारे वर्तमान ग्रिड के साथ ठीक से काम करना आसान नहीं है। यह सुनिश्चित करने में समस्याएं हैं कि सब कुछ सुचारू रूप से काम करता है और क्या यह वास्तव में अधिकांश समुदायों के लिए वित्तीय रूप से समझ में आता है।

पिक शेविंग यूटिलिटी-स्केल मांग प्रबंधन के लिए

बिजली कंपनियां जब बिजली की आपूर्ति तनावग्रस्त हो जाती है तो ऊर्जा की मांग को नियंत्रण में रखने के लिए पीक शेविंग पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं। मूल रूप से, इसका मतलब है कि इन व्यस्त घंटों में बिजली की खपत में कटौती करना, इसके बजाय संग्रहीत ऊर्जा से आकर्षित करना। इस उद्देश्य के लिए कई अलग-अलग तकनीकी समाधान मौजूद हैं, लेकिन ऊर्जा भंडारण प्रणाली विशेष रूप से उपयोगी उपकरण के रूप में बाहर खड़े हैं। कुछ वास्तविक परिणामों से पता चलता है कि कंपनियों ने अच्छे पीक-शेविंग रणनीतियों को लागू करने के बाद धन की बचत की और सुचारू संचालन किया, मुख्य रूप से इन भंडारण प्रणालियों के लिए धन्यवाद। आगे देखते हुए, हम नए विकास देख रहे हैं जैसे बेहतर भविष्यवाणी सॉफ्टवेयर और एआई जो पैमाने पर मांग को प्रबंधित करने में मदद कर सकते हैं। इन प्रगति को देश भर में चल रही स्मार्ट ग्रिड परियोजनाओं के साथ मिलकर काम करना चाहिए।

माइक्रोग्रिड्स और आपातकालीन बैकअप समाधान

माइक्रो ग्रिड मूल रूप से एक छोटे पैमाने पर ऊर्जा प्रणाली है जो अपने आप काम कर सकती है या बड़े बिजली ग्रिड से जुड़ सकती है, और ये सेटअप वास्तव में समुदायों को बिजली के मुद्दों के खिलाफ अधिक लचीला बनाने में मदद करते हैं। जब कोई आउटेज होता है, तो माइक्रो-ग्रिड के अंदर संग्रहीत बैटरी तुरंत काम करती है ताकि आवश्यक सेवाएं चलती रहें। न्यूयॉर्क के कुछ हिस्सों में क्या हुआ, इसका उदाहरण लीजिए। अच्छे माइक्रोग्रिड सेटअप वाले क्षेत्रों में बिजली बनी रही जबकि अन्य अंधेरे में बैठे रहे। इन प्रणालियों को स्थापित करना एक आकार सभी फिट नहीं है। शहरी क्षेत्रों को ग्रामीण स्थानों की तुलना में अलग दृष्टिकोणों की आवश्यकता होती है, साथ ही यह पता लगाना कि सौर पैनल या पवन टरबाइन मिश्रण में कहां फिट होते हैं, बहुत मायने रखता है। स्थान विशिष्टता और उपलब्ध संसाधनों के बीच सही संतुलन प्राप्त करना यह निर्धारित करता है कि क्या एक माइक्रोग्रिड वास्तव में सबसे अधिक मायने रखता है।