1 اصل کار باتری های ذخیره انرژی
اصل کار باتری های ذخیره انرژی بر اساس واکنش های الکتروشیمیایی است. با در نظر گرفتن باتریهای لیتیوم یونی به عنوان مثال، در طول شارژ، یونهای لیتیوم از الکترود مثبت آزاد میشوند، از طریق الکترولیت در الکترود منفی جاسازی میشوند و الکترود منفی در حالت غنی از لیتیوم است. هنگام تخلیه، برعکس است. این فرآیند واکنش الکتروشیمیایی برگشت پذیر ذخیره و آزادسازی انرژی الکتریکی را امکان پذیر می کند.
2 طبقه بندی باتری های ذخیره انرژی
باتریهای ذخیرهسازی انرژی را میتوان بر اساس اصول ذخیرهسازی انرژی و ویژگیهای فنی آنها به انواع مختلفی طبقهبندی کرد که عمدتاً شامل موارد زیر است:
باتری سرب اسید:
ویژگی ها:الکترود از سرب و اکسیدهای آن ساخته شده است و الکترولیت محلول اسید سولفوریک است. این دارای مزایای آب بندی ایمن، سیستم انتشار گاز، تعمیر و نگهداری ساده، عمر طولانی، کیفیت پایدار و قابلیت اطمینان بالا است. اما نقطه ضعف آن این است که آلودگی سرب قابل توجه است و چگالی انرژی پایین است.
کاربرد:به طور گسترده در منبع تغذیه UPS، چراغ های خیابان خورشیدی، سیستم های امنیتی و سایر زمینه ها استفاده می شود.
باتری های مبتنی بر نیکل:
خصوصیات:با باتری های هیدروژن نیکل، ماده فعال الکترود مثبت Ni (OH) 2، ماده فعال الکترود منفی هیدرید فلز و الکترولیت محلول هیدروکسید پتاسیم است. دارای مزایای چگالی انرژی بالا، سرعت شارژ و دشارژ سریع، وزن سبک، طول عمر بالا و عدم آلودگی محیطی است. با این حال، اشکالاتی مانند اثرات جزئی حافظه، مشکلات مدیریتی متعدد و تمایل به ذوب شدن جداکنندههای باتری تک سلولی وجود دارد.
کاربرد:مناسب برای زمینه هایی مانند وسایل نقلیه هیبریدی و ابزار الکتریکی.
باتری های لیتیومی:
ویژگی ها:باتری های لیتیوم یونی از فلز لیتیوم یا آلیاژ لیتیوم به عنوان ماده الکترود منفی استفاده می کنند و از محلول های الکترولیت غیرآبی استفاده می کنند. دارای مزایای چگالی انرژی بالا، طول عمر طولانی، وزن سبک و سازگاری قوی است. اما ایمنی ضعیف، مستعد انفجار و هزینه بالا است.
کاربرد:به طور گسترده در زمینه هایی مانند وسایل نقلیه الکتریکی، دستگاه های الکترونیکی قابل حمل، نیروگاه های ذخیره انرژی و غیره استفاده می شود.
باتری جریان:
ویژگی ها:مناسب برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ ثابت، با مزایایی مانند طراحی مستقل ظرفیت ذخیره انرژی و انرژی، راندمان بالا، طول عمر طولانی، قابلیت تخلیه عمیق و سازگاری با محیط زیست. اما چگالی انرژی نسبتا کم است.
کاربرد:به طور عمده در نیروگاه های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ، تراشیدن پیک شبکه برق و سایر زمینه ها استفاده می شود.
باتری سولفور سدیم:
ویژگی ها:با استفاده از فلز سدیم به عنوان الکترود منفی و گوگرد به عنوان الکترود مثبت، دارای مزایای انرژی ویژه بالا، عدم پدیده تخلیه خود، راندمان تخلیه بالا و عمر طولانی است. اما باید در دماهای بالا کار کند و هزینه آن نسبتاً بالاست.
کاربرد:مناسب برای سناریوهای ذخیره انرژی در دمای بالا.
3 سناریوهای کاربردی باتری های ذخیره انرژی
سناریوهای کاربردی باتری های ذخیره انرژی گسترده و متنوع است که عمدتاً شامل جنبه های زیر است:
1. اتصال به شبکه انرژی تجدیدپذیر
باتری های ذخیره انرژی نقش مهمی در ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و باد در شبکه ایفا می کنند. این منابع انرژی متناوب و نوسان دارند و باتریهای ذخیرهسازی انرژی میتوانند نوسانات توان خروجی خود را هموار کنند، تأثیر آن بر سیستم قدرت را کاهش دهند و توانایی ایستگاههای برق را برای ردیابی خروجی برنامهریزیشده بهبود بخشند. به عنوان مثال، در سیستمهای تولید برق بادی و فتوولتائیک، باتریهای ذخیره انرژی میتوانند الکتریسیته اضافی را جذب کرده و در صورت نیاز آن را آزاد کنند و عملکرد پایدار شبکه برق را تضمین کنند.
2. خدمات کمکی شبکه
باتریهای ذخیرهسازی انرژی نقش مهمی در خدمات کمکی شبکه، از جمله خدمات مبتنی بر ظرفیت و توان، ایفا میکنند. خدمات مبتنی بر ظرفیت مانند تراشیدن پیک شبکه، دنبال کردن بار و شروع سیاه میتوانند با تغییرات بار شبکه و موقعیتهای غیرمنتظره مقابله کنند. از نظر تراشیدن پیک شبکه برق، باتریهای ذخیرهسازی انرژی میتوانند به دستورالعملهای ارسال بهموقع و قابل اعتماد بر اساس تغییرات در منابع برق و بار پاسخ دهند و سطوح خروجی خود را مطابق دستورالعمل تنظیم کنند. علاوه بر این، باتری های ذخیره انرژی می توانند قابلیت تنظیم فرکانس شبکه برق را بهبود بخشند و تلفات ناشی از تعویض مکرر منابع تغذیه تنظیم فرکانس سنتی را کاهش دهند.
3. انتقال و توزیع شبکه برق
در زمینه انتقال و توزیع شبکه برق، باتری های ذخیره انرژی می توانند کیفیت و قابلیت اطمینان توزیع برق را بهبود بخشند. هنگامی که یک خطا در شبکه توزیع وجود دارد، باتریهای ذخیره انرژی میتوانند به عنوان منبع تغذیه پشتیبان برای تامین برق مداوم کاربران عمل کنند و از تداوم منبع تغذیه اطمینان حاصل کنند. در عین حال، باتری های ذخیره انرژی نیز می توانند به عنوان منابع توان قابل کنترل برای کنترل کیفیت برق شبکه توزیع، حذف افت ولتاژ، هارمونیک ها و سایر مشکلات و بهبود کیفیت برق مورد استفاده قرار گیرند.
4. توزیع شده و ریزشبکه
در سیستم های توزیع شده و ریزشبکه، باتری های ذخیره انرژی جزء ضروری هستند. سیستم ریزشبکه به دستگاههای ذخیرهسازی انرژی نیاز دارد تا منبع تغذیه کوتاهمدت و بدون وقفه را در صورت ناتوانی در تامین برق، منابع تغذیه پراکنده و قطع شبکه، برآورده کردن نیازهای حداکثر تراشیدن ریزشبکه، بهبود کیفیت برق ریزشبکه، راهاندازی سیاه کامل سیستم ریزشبکه و تعادل فراهم کنند. خروجی منابع برق متناوب و نوسان. سیستم های باتری ذخیره انرژی دارای ویژگی های جذب دینامیکی انرژی و انتشار به موقع آن هستند که می تواند کیفیت برق را بهبود بخشد، عملکرد شبکه را تثبیت کند، پیکربندی سیستم را بهینه کند و عملکرد ایمن و پایدار ریزشبکه ها را تضمین کند.
5. ذخیره انرژی سمت کاربر
ذخیره انرژی سمت کاربر عمدتاً شامل تراشیدن پیک و پر کردن دره در صنعت و تجارت و همچنین پاسخ سمت تقاضا است. ترکیب باتریهای ذخیرهسازی انرژی و فناوری الکترونیک قدرت میتواند منابع انرژی قابل اعتماد را برای کاربران فراهم کند، کیفیت برق را بهبود بخشد و با استفاده از تفاوت قیمت بین قیمتهای برق اوج و دره، در هزینهها برای کاربران صرفهجویی کند. به عنوان مثال، در بخش صنعتی و تجاری، باتری های ذخیره انرژی را می توان در قیمت های پایین برق شارژ و در زمان قیمت های بالای برق تخلیه کرد و هزینه های برق شرکت ها را کاهش داد.
6. میدان وسیله نقلیه الکتریکی
با توسعه سریع صنعت خودروهای انرژی جدید، استفاده از باتری های ذخیره انرژی در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی به طور فزاینده ای گسترده می شود. باتری قدرت جزء اصلی وسایل نقلیه الکتریکی است که مستقیماً بر برد و عملکرد خودرو تأثیر می گذارد. توسعه فناوری باتری های ذخیره انرژی، برد خودروهای الکتریکی را به میزان قابل توجهی افزایش داده است و در عین حال مصرف انرژی و زمان شارژ را کاهش داده است.
7. ذخیره انرژی خانه
ذخیره انرژی خانگی یکی دیگر از زمینه های مهم کاربرد باتری های ذخیره انرژی است. راه حل های ذخیره انرژی کارآمد و راحت مانند باتری های لیتیومی دیواری می توانند به طور موثر منابع برق خانگی را ذخیره و مدیریت کنند، بهره وری مصرف انرژی را بهبود بخشند و هزینه های برق را کاهش دهند. در ترکیب تجهیزات انرژیهای تجدیدپذیر مانند سیستمهای فتوولتائیک خورشیدی و سیستمهای تولید برق بادی، باتریهای ذخیرهسازی انرژی خانگی میتوانند منبع تغذیه پایدار و قابل اعتمادی را در اختیار کاربران قرار دهند و در صورت قطع برق یا قطعی برق در شبکه، تضمین برق اضطراری را ارائه دهند.
4 باتری های ذخیره انرژی نقش های ویژه ای در انرژی توزیع شده دارند
1. نوسانات تولید برق توزیع شده صاف
خروجی پایدار:منابع انرژی پراکنده مانند منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشیدی و باد دارای تولید برق متناوب و نوسانی هستند. باتری های ذخیره انرژی می توانند انرژی الکتریکی تولید شده متناوب را ذخیره کرده و در صورت نیاز آن را آزاد کنند، در نتیجه نوسانات تولید برق توزیع شده را هموار کرده و خروجی پایدار سیستم قدرت را حفظ می کنند.
کاهش تاثیر شبکه:با تنظیم باتری های ذخیره انرژی، تاثیر سیستم های انرژی پراکنده بر روی شبکه را می توان کاهش داد و از تحت تاثیر قرار گرفتن شبکه توسط افزایش ناگهانی بار یا کاهش تولید برق جلوگیری کرد.
2. بهبود بهره وری مصرف انرژی
تطبیق عرضه و تقاضا:باتریهای ذخیرهسازی انرژی میتوانند برق را در دورههای بار کم ذخیره کنند و در دورههای اوج بار بر اساس تقاضای واقعی سیستم قدرت، الکتریسیته آزاد کنند، در نتیجه به تطابق پویا بین عرضه و تقاضا و بهبود بهرهوری مصرف انرژی دست مییابند.
تخصیص چند انرژی:در سیستمهای انرژی توزیعشده، باتریهای ذخیرهسازی انرژی را میتوان با چندین منبع انرژی ترکیب و تخصیص داد تا سیستمهای پیچیدهای مانند ریزشبکهها را تشکیل دهند، ساختارهای استفاده از انرژی را بهینه کنند و کارایی کلی انرژی را بهبود بخشند.
3. افزایش پایداری و قابلیت اطمینان شبکه برق
منبع تغذیه پشتیبان:در صورت قطع یا قطعی شبکه برق، باتریهای ذخیره انرژی میتوانند به عنوان منبع تغذیه پشتیبان برای تامین برق مداوم و پایدار برای بارهای بحرانی عمل کنند و از پایداری و قابلیت اطمینان شبکه برق اطمینان حاصل کنند.
بهبود تاب آوری:باتریهای ذخیرهسازی انرژی میتوانند به عنوان پشتیبان چرخشی برای شبکه برق عمل کنند، نوسانات ناشی از مصرف برق در اوج و خارج از پیک را کاهش دهند، فشار تنظیم و زمانبندی شبکه برق را کاهش دهند و راندمان مصرف برق را بهبود بخشند.
4. ترویج مصرف انرژی های تجدیدپذیر
مقررات ذخیره انرژی:باتریهای ذخیرهسازی انرژی میتوانند الکتریسیته اضافی تولید شده توسط تولید انرژیهای تجدیدپذیر را ذخیره کرده و در صورت نیاز آن را آزاد کنند، در نتیجه مصرف انرژیهای تجدیدپذیر را افزایش داده و نرخ کاهش انرژی بادی و خورشیدی را کاهش میدهند.
ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضا:با تنظیم باتری های ذخیره انرژی، رابطه عرضه و تقاضا بین سیستم های انرژی توزیع شده و شبکه برق را می توان متعادل کرد و قابلیت اتصال به شبکه و راندمان استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را بهبود بخشید.
5. منافع اقتصادی و زیست محیطی
کاهش هزینه های برق:باتریهای ذخیرهسازی انرژی را میتوان با قیمتهای پایین برق شارژ کرد و با قیمتهای بالای برق تخلیه کرد و در نتیجه هزینههای برق کاربران را کاهش داد.
کاهش انتشار کربن:با ترویج مصرف انرژی های تجدیدپذیر و کاهش استفاده از سوخت های فسیلی، باتری های ذخیره انرژی می توانند به کاهش انتشار کربن و بهبود کیفیت زیست محیطی کمک کنند.
