Мен қарап шықтымэнергия сақтаубіраз уақыттан бері және шынымды айтсам? Мен гибридті жүйелерге тап болғанша бәрі шатастырылды. Міне, - біз энергияны сақтау мәселесін ұзақ уақыт бойы жалғыз шешімдермен шешуге тырыстық, бірақ ол бізге қажет жұмыс істемейді.
Ешкім айтпайтын мәселе
Батарея энергияны бірнеше күн ұстай алады. Тамаша. Бірақ кенеттен қуат көзі - қажет болғанда, мысалы, күн батареялары өндірісін тоқтатып, айнымалы ток бір уақытта қосылса, - сол батарея жұмыс істемейді. Ол бұл үшін жасалмаған. Сонымен қатар, суперконденсаторлар миллисекундтарда қуатты азайта алады, бірақ олар суды ұстайтын електен гөрі энергияны тезірек ағызады.
Кәдімгі батарея қорымен жұптастырылған осы SMES (өткізгіш магниттік энергияны сақтау) қондырғысы туралы оқып, «күте тұрыңыз, неге мұны бұрын ешкім жасамаған?» деп ойлағаным есімде. Анықталғандай, оларда бар. Адамдардың назары жеткіліксіз.
Гибридті тәсіл негізінен былай дейді: неге екеуін де қолданбасқа? Батареялар ең жақсы - энергияны ұзақ- сақтайтын нәрсені батареяға жасаңыз. Суперконденсаторға қуат ұшқындарын өңдеуге рұқсат етіңіз. Сіз оны дауыстап айтқанда анық естіледі, солай ма?
Екі технология шын мәнінде бірге мағыналы болғанда
Сондықтан бұл жерде қызық болады. Гибридті энергия сақтау жүйелерінің идеясы тек екі түрлі сақтау түрін біріктіріп, оны бір күн деп атау ғана емес. Оның артында нақты инженерлік ой бар, бірақ кейбір енгізулер басқаларға қарағанда жақсырақ.
SMES/батарея комбинациясын алыңыз. Асқын өткізгіш бөліктің қуатты тығыздығы - бар, біз миллисекундтармен өлшенетін жауап беру уақытын айтып отырмыз. Бірақ бұл қымбат және оның өлшемі үшін көп энергияны ұстамайды. Батареялар? Толық қарама-қарсы есеп. Оларды жұптаңыз, сонда сізде қысқа кернеудің ауытқуын да, ұзақ мерзімді қуат беруді де жеңе алатын нәрсе бар. Мен бір жүйенің сипаттамаларын көрдім, олар бір сақтау түрін шамадан тыс ұлғайтумен салыстырғанда инвестициялық шығындарды 30% дерлік төмендете алатынын көрсетті. Бұл нағыз ақша.
Батареялармен жұптастырылған маховиктер - бұл мені қызықты деп санайтын тағы бір комбинация, өйткені механикалық аспекті мені таза электрохимиядан көбірек тартады. Маховик жоғары{1}}жиілік қуат ауытқуларын - қосалқы-екінші нәрселерді - есептейді, ал батарея ұзағырақ, баяу өзгерістерді басқарады. Тор жиілігін реттеу бұл орнатуды жақсы көреді.
Шын мәнінде маңызды бөлік (көп адамдар үшін)
Менің ойымша, барлық техникалық құжаттар мен ақпарақтарда жоғалып кететін нәрсе: егер біз оны дұрыс сақтай алмасақ, жаңартылатын энергия пайдасыз. Күн панельдері күн сәулесі түскен кезде қуат өндіреді. Іргелі бақылау, мен білемін. Бірақ түнде де электр қуаты қажет, ал кешкі ас жоспарларыңызға ыңғайлы кестеде жел соқпайды.
Дұрыс жобаланған гибридті жүйе бұл энергияны алу және босату жолын оңтайландыра алады. Бұлт өтіп кеткендіктен (немесе, сіз білесіз бе, күн батқандықтан) күн генерациясы кенеттен төмендегенде, суперконденсатор құрамдас бөлігі батареяның қуаты көтерілген кезде бірден іске қосылады. Бұл кернеудің төмендеуін болдырмайды және шамдарыңызды тітіркендірмейтін жыпылықтаусыз қосулы ұстайды.
Суперконденсаторлары бар қысылған ауа энергиясын сақтау (CAES) де жабайы, бірақ мен оны онша көп қолданбайтынымды мойындаймын. CAES жер асты үңгірлеріне немесе резервуарларға ауаны сығу арқылы энергияны сақтайды. Бұл механикалық, біртүрлі және жылдам жауап беру үшін оны суперкаптермен жұптаған кезде... шын мәнінде торды тұрақтандыру үшін өте жақсы жұмыс істейді. Ауқымды CAES үшін қолайлы геологияны табу – бұл өзінің қорқынышты арманы.
Нағыз-Әлемнің бейберекеттігі
Мен көптеген техникалық талқылауларға кірмейтін нәрсені атап өтуім керек: бұл жүйелерді басқару қиын. Шынымен күрделі. Қандай сақтау құрамдас бөлігі қай уақытта қандай жүктемені өңдейтінін шешу үшін сізге күрделі басқару жүйелері қажет. Қателесіп, сіз тек ақша мен тиімділікті жоғалтасыз.
Энергияны басқару жүйесі - оны EMS деп атаймыз, себебі бұл қысқарақ - қуат сұранысын нақты-уақытта бақылап, жүктемені сәйкесінше бөлуі керек. Жоғары қуат, қысқа мерзім? Оны суперконденсаторға немесе маховикке бағыттаңыз. Тұрақты жүктеме? Батарея оны басқарады. Қарапайым естіледі. Ол емес.
Әртүрлі сақтау технологияларының әртүрлі тозу үлгілері болатын нәрсе де бар. Литий-иондық батареялар толық зарядсыздануды ұнатпайды. Суперконденсаторлар миллиондаған циклдарды орындай алады, бірақ сыйымдылығын баяу жоғалтады. Сіздің басқару жүйеңіз бүгін өнімділік пен ертеңгі ұзақ өмірді теңестіре отырып, осыны есепке алуы керек. Бұл... сіз кез келген жерде спринт жасап, тізеңізді тоздырып аласыз немесе өзіңізді жылдамдата аласыз. EMS бұл шешімді күніне мыңдаған рет қабылдауы керек.
Неліктен электрлік көліктерге күтім жасау керек (сіз ойлағаннан да көп болуы мүмкін)
Электрлік көліктер негізінен кішірейтілген және мобильді торды сақтауда көретін бірдей мәселемен айналысады. Қуат тығыздығы жоғары батареяларды қажет ететін - ауқымы қажет. Бірақ сіз сондай-ақ қуатты тез сіңіре алатын жеделдету мен регенеративті тежеуді қалайсыз. Бір батарея түрі екеуін де оңтайлы орындай алмайды.
Кейбір электромобиль өндірушілері қуаттың үзілуіне арналған суперконденсаторлармен толықтырылған, ауқымға арналған үлкен литий-орындарының гибридті жады -мен тәжірибе жасауда. Суперкаптар әйтпесе жоғалуы мүмкін регенеративті тежеу энергиясын ұстайды (себебі батареялар соншалықты жылдам зарядталмайды) және олар негізгі батарея жинағына қысым жасамай, жеделдету үшін қосымша соққы береді.
Бұл электр көліктерін арзандата ма? Жоқ. Іс жүзінде оларды алдын ала қымбаттатады. Бірақ батареяның деградациясы айтарлықтай баяулайды, бұл 10 жыл бойы қызмет ету мерзімінде... оған тұрарлық шығар? Математика әлі күнге дейін дауласып жатыр.
Шығындарды тексеру
Ақша туралы сөйлесейік, өйткені құны маңызды емес болып көріну ақымақтық. Гибридті жүйелер бастапқыда қымбатырақ. Біреуінің орнына екі немесе одан да көп сақтау технологияларын, сонымен қатар оларды басқаруға арналған басқару жүйелерін сатып алып жатырсыз. Австралияда олар Ұлттық электр нарығындағы ең үлкен тұрақты ток-қосылған гибридті батарея жүйесін орнатуда. Масштаб 120 000 үйді қуаттандыруға жеткілікті - үлкен.
Мұндай жоба ауқымдылығы мен желі тұрақтылығы қызметтерінің құндылығына байланысты экономикалық мағынаға ие. Тұрғын үй үшін? Егер сіз шынымен міндеттемесіз немесе нақты сенімділік қажеттіліктері болмаса, ақтау әлдеқайда қиын. Мен бұл өзгерістерге күдіктенемін, өйткені құрамдас бөліктердің құны төмендейді және электр тарифтері көтеріледі.
Операциялық үнемдеу жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзарту мен тиімділігін арттыруға байланысты. Батареяны жылдам зарядтау-циклдері әсер етпесе, ол ұзағырақ қызмет етеді. Егер сіздің суперконденсаторыңыз ұзақ мерзімді сақтауды қамтамасыз етуге тырыспайды (бұл ақымақтық болар еді)-осы үшін әзірленген қуат өсімдерін өңдейтін болса, бүкіл жүйе жақсырақ жұмыс істейді. Бірақ бұл бастапқы сыйлықты өтеу үшін оны жеткілікті ұзақ пайдалану керек.
Маңызды техникалық сипаттамалар
Қуат тығыздығы мен энергия тығыздығы гибридті жүйелердің жұмыс істеуін қамтамасыз ететін негізгі айырбас болып табылады. Қуаттың тығыздығы килограмына ваттпен өлшенетін - жинақталған энергияға қаншалықты жылдам қол жеткізуге болатынын ойлап көріңіз. Энергия тығыздығы - бір килограммға ватт-сағатпен өлшенетін - жинақтауға болатын жалпы энергияның көлемі.
Суперконденсаторлар: жоғары қуат тығыздығы (10,000+ Вт/кг), төмен энергия тығыздығы (~5 Вт/кг). Олар спринтер.
Литий{0}}иондық батареялар: орташа{1}}қуат тығыздығы (~300-500 Вт/кг), жоғары энергия тығыздығы (~250 Вт/кг). Олар марафоншылар.
Сіздің командаңызға жарысқа байланысты спортшылардың екі түрі де қажет.
Өзін-өзі{0}}разрядтау жылдамдығы да маңызды. Батареялар зарядты апта немесе ай бойы ұстайды. Суперконденсаторлар энергияны тез ағып кетеді - жүктемеге қосылмаса, сіз күніне айтарлықтай пайыз жоғалтасыз. Сондықтан сіз суперконденсаторларды ұзақ мерзімді резервтік қуат үшін қолданбайсыз, тіпті кейбір желідегі адамдар бұл туралы шатастырып тұрған сияқты.
Бақылау стратегиялары
Жарайды, бұл бөлім техникалық болуы мүмкін, бірақ бұл маңызды. Басқару стратегиясы әртүрлі сақтау құрамдас бөліктері, жүктеме және қуат көзі (желілік немесе жаңартылатын көздер немесе т.б.) арасындағы қуат қалай өтетінін анықтайды.
Ең жоғары қырыну – бір тәсіл - гибридті жүйе қуат сұранысының күрт өсуін тегістейді, осылайша негізгі қуат көзі тұрақты жүктемені көреді. Жоғары{2}}қуатты сақтау құрамдас бөлігі шыңдарды сіңіреді, жоғары-энергиялық құрамдас базалық сызықты өңдейді. Бұл жаңартылатын интеграция үшін өте үлкен, өйткені ол жел мен күнді электр желісіне кәдімгі диспетчерлік электр станцияларына ұқсатады.
Төмен өту{0}}сүзгілеу - басқа әдіс. Жоғары{2}}жиілік қуат вариациялары (жылдам өзгерістер) қуатты тығыз жадқа- бағытталады. Төмен{5}}жиіліктік вариациялар (баяу өзгерістер) қуаттылық-тығыз жадқа өтеді. Бұл математикалық талғампаз, бірақ іске асыру қиын болуы мүмкін.
Кейбір жүйелер тарихи жүктеме үлгілеріне негізделген болжамды алгоритмдерді пайдаланады. Жүйе сіздің құрылғыңызда әдетте күн сайын сағат 14:00-де қуат өсетінін білсе, ол энергияны -сәйкес сақтау компонентіне алдын ала орналастыра алады. Пайдалану үлгісі өзгермейінше және алгоритм кенеттен қате сценарий үшін оңтайландырылмайынша тамаша жұмыс істейді.
Біз қазір қайдамыз
Технология жеткілікті жетілген, сондықтан үлкен қондырғылар нақты қолданбаларда мағынасы бар. Желілік қызметтер, қуат талаптарын талап ететін өнеркәсіптік нысандар, -жаңартылатын энергияның ауқымды интеграциясы - бұл дәлелденген пайдалану жағдайлары. Wärtsilä компаниясының GEMS бағдарламалық жасақтамасы және ұқсас энергияны басқару платформалары бірнеше сақтау технологияларын жонглерлік етуде айтарлықтай жетілдірілді.
Шағын{0}}тұрғын үй қолданбалары әлі де өз орнын табуда. Көптеген адамдар үшін экономика әлі жұмыс істемейді, дегенмен оларды ерте қолданушылар мен сенімді емес желілік қосылымдары бар адамдар орнатып жатыр. Батареяның бағасы төмендей береді, бұл көмектеседі, бірақ басқару жүйелері мен орнатудың күрделілігі жалпы құнын жоғары ұстайды.
Электрлік көліктер біз инновацияның келесі толқынын көретін жер болуы мүмкін. Салмақ пен кеңістік шектеулері тиімді дизайнды мәжбүрлейді, ал жаппай өндіріс әлеуеті шығындарды азайтуға ықпал етеді. EV-де жұмыс істейтін нәрсе ақыр соңында стационарлық қолданбаларға түседі.
Тиімділік мәселесі
Сонымен, бастапқы сұраққа оралайық: гибридті энергия сақтау жүйелері тиімділікті оңтайландыра ала ма?
Иә. Бірақ әмбебап емес, автоматты түрде емес және әрқашан экономикалық емес.
Тиісті басқару элементтері бар жақсы жобаланған гибридті жүйе-бір технологиялық шешімдермен салыстырылатын немесе одан асатын 85-90% немесе одан жоғары - айналу тиімділігіне қол жеткізе алады. Ең бастысы, ол жұмыс жағдайларының кең ауқымын тиімді басқара алады. Бұл икемділік көбінесе ең жоғары тиімділікке қарағанда құндырақ.
Тиімділік артулары әрбір сақтау технологиясын оңтайлы жұмыс ауқымында пайдалану арқылы келеді. Батареялар жылдам айналу арқылы соғылмайды. Суперконденсаторлар электр қуатының жоғарылауы кезінде ғана жұмыс істемейді. Бүкіл жүйе біркелкі жұмыс істейді, бұл аз қалдық жылуды, аз тозуды және ұзақ мерзімді өнімділікті жақсырақ- білдіреді.
Бірақ - және бұл маңызды - нашар жобаланған гибридті жүйе бір ұңғымаға-таңдалған сақтау технологиясына қарағанда тиімділігі төмен болуы мүмкін. Басқару алгоритмдері бір-бірімен күресіп жатса, құрамдас өлшемдері сәйкес келмесе, қуат электроникасы шамадан тыс түрлендіру шығындарын енгізсе... өнімділікті нашарлату үшін көбірек ақша жұмсадыңыз.
Іс жүзінде не болуы керек
Өнеркәсіпке стандарттау қажет. Дәл қазір әрбір гибридті жүйе өзінің арнайы қолданбасы үшін арнайы жасалған - реттелетін{2}}жүйе. Инженерлер тобы бар тор{4}}масштабты орнатулар үшін бұл жақсы, бірақ кеңірек қабылдауға жол бермейді. Бізге дөңгелекті қайта ойлап таппай-ақ қолдануға болатын модульдік, масштабталатын конструкциялар қажет.
Шығындарды азайту, анық. Суперконденсаторлар сақтаудың бір ватт-сағаты әлі де қымбат, дегенмен олар тек қуат тығыздығы үшін қажет. Мұнда өндіріс ауқымы көмектеседі. Баламалы суперконденсаторлық технологиялар (графенге негізделген конструкциялар перспективалы болып көрінеді, бірақ әлі де көбінесе зертханаларда қолданылады).
Адамның араласуынсыз өзгеретін жағдайларға бейімделе алатын жақсырақ басқару алгоритмдері. Көптеген қолданбалардан айырмашылығы, машиналық оқыту бұл жерде пайдалы болуы мүмкін. Арнайы пайдалану үлгілерін үйренетін және сәйкесінше оңтайландыратын жүйе статикалық бағдарламалаумен салыстырғанда өнімділікті айтарлықтай жақсарта алады.
Ал шынымды айтсам? Жақсырақ білім. Көптеген электрлік мердігерлер мен орнатушылар гибридті сақтау жүйелерін шынымен түсінбейді. Көптеген тұтынушылар, әрине, жоқ. Гибридті жүйелер жалпы санада «батареяның резервтік көшірмесі» сияқты таныс болғанға дейін, бала асырап алу тек мамандар мен энтузиастар үшін ғана қалады.
Кездейсоқ бақылаулар
Мен мұнда - энергияны сақтауды жалғыз шешімдермен шешуге ондаған жылдар бойы тырысып, және жақында ғана гибридті тәсілдерді ауқымды түрде қабылдағанымыз туралы ойланамын. Бұл жиілікті масштабтау шегіне жеткенде бір{2}}ядродан көп-ядролы процессорларға қалай көшкенімізге ұқсас. Кейде жауап бір нәрсені жақсартпайды, ол бірнеше нәрсені бірге ақылды түрде пайдаланады.
Күн энергиясы-плюс-сақтауы үшін тұрақты ток-біріктіру үрдісі осыған байланысты. Батареяны сақтау үшін күннің тұрақты токын айнымалы токқа түрлендірудің орнына (бұл екі түрлендіруде де энергияны ысырап етеді) тұрақты ток қосылымы айнымалы ток желісіне өту қажет болғанша барлығын тұрақты токта сақтайды. Шығындарды бірнеше пайыздық тармаққа азайтады. Гибридті тәсілдерді тиімді ететін жүйелік деңгейдегі оңтайландырулардың осындай түрлері.
Сондай-ақ айта кететін жайт: гибридті жүйелердегі жылуды басқару қиындықтары -тривиальды емес. Батареялар жұмыс кезінде жылу шығарады. Суперконденсаторлар жылу шығарады. Маховиктер мойынтіректердің үйкелісінен жылу шығарады. Барлығын бірге жинаңыз және сізге қатты салқындату қажет. Мен салқындату жүйесі жалпы тиімділікті айтарлықтай төмендету үшін жеткілікті қуат алатын қондырғыларды көрдім. Қарастыру керек нәрсе.
Болашақ бөлігі (міндетті, бірақ алыпсатарлық)
Тұрақты батареялар{0}}ойынды толығымен өзгертуі мүмкін. Егер біз жоғары қуат тығыздығымен де, ұзақ қызмет ету мерзімі бар жоғары қуат тығыздығымен де батареяларды алсақ... гибридті жүйелер қажет болмай қалуы мүмкін. Немесе олар жақсырақ жұмыс істеу үшін қатты күйдегі батареяларды басқа технологиялармен жұптап-одан да жетілдірілген болуы мүмкін. Айтуға қиын.
Сутегі қоймасы да фондық режимде жасырылады. Кейбір гибридті жүйелер қысқа мерзімді қажеттіліктер үшін батареялармен және суперконденсаторлармен жұптастырылған ұзақ-ұзақтық (апталар немесе айлар) үшін қуат-газға- түрлендіруді зерттеп жатыр. Бұл күрделі және тиімділік жоғалтулары бар, бірақ шын мәнінде маусымдық сақтау үшін бұл масштабта жалғыз өміршең нұсқа болуы мүмкін.
Тордың өзі гибридті энергетикалық жүйеге айналуда - тек сақтау ғана емес, сонымен қатар генерациялау, беру, тарату, барлығы бірге жұмыс істейтін күрделілігі жоғары. Көлікті{2}}торға біріктіру- басқа қабат қосады. Ақырында, біз дискретті «жүйелер» туралы ойлауды тоқтатып, толық интеграцияланған энергетикалық экожүйе туралы ойлай бастайтын шығармыз.
Бірақ мен өзімнен озып бара жатқан шығармын. Дәл қазір біз аккумуляторларды суперконденсаторлармен басқару жүйелерінің бұзылуынсыз қалай сенімді жұптастыруға болатынын анықтаудамыз.
Қорытынды
Гибридті энергия сақтау жүйелері жұмыс істейді. Олар бір технологиялық шешімдерге сәйкес келмейтін-жолдармен тиімділікті оңтайландырады. Технология дәлелденді, пайдасы нақты және қолданбалар өсіп келеді.
Олардың кез келген нақты жағдай үшін мағынасы бар ма, техникалық талаптарға, экономикалық факторларға және шынымды айтсам, қаншалықты күрделілікпен күресуге дайын екеніңізге байланысты. Тордың жаңартылатын интеграциясы мен өнеркәсіптік қолданбалары- үшін олар әдепкі таңдауға айналып барады. Тұрғын үй және шағын коммерция үшін біз әлі ол жерде емеспіз.
Қосымша технологияларды біріктіру бір шешімді жетілдіруге тырысқаннан гөрі жақсы нәтиже беретіні туралы - іргелі түсінік - өткенге қарағанда анық көрінеді. Жақсы идеялардың көпшілігі орындалады. Ендігі мәселе гибридті жүйелерді арзанырақ, қарапайым және қолжетімді ету, осылайша олар өз артықшылықтарын кеңірек жеткізе алады.
Ал егер сіз біреуін орнатуды ойласаңыз, қуат электроникасы мен энергияны басқару жүйелерін шынымен түсінетін адаммен сөйлесіңіз. Тек сатушы емес. Бұл нәрсе күрделі, ал қателесу қымбатқа түседі.