۱. ESS چیست؟ نگاهی به سیستم ذخیره انرژی
ذخیره انرژی فرآیند تبدیل انرژی به شکلی است که بتواند با اطمینان بیشتری در طبیعت وجود داشته باشد و سپس نگه داشتن آن به گونهای که در زمان نیاز در دسترس باشد. هنگامی که انرژی ایجاد، تغییر، انتقال و استفاده میشود، اغلب تفاوتهایی بین عرضه و تقاضا از نظر مقدار، شکل، پراکندگی و زمان وجود دارد. استفاده از فناوری ذخیره انرژی برای ذخیره و آزادسازی انرژی میتواند این تفاوتها را متعادل کند. این امر عرضه و تقاضای انرژی را برابرتر کرده و بهرهوری انرژی را افزایش میدهد. انرژی مکانیکی، انرژی گرمایی، انرژی شیمیایی، انرژی تابشی (نور)، انرژی الکترومغناطیسی، انرژی هستهای و سایر انواع انرژی را میتوان در گروههای مختلفی قرار داد. علاوه بر انرژی تابشی، سایر انواع انرژی را میتوان به اشکال استاندارد ذخیره کرد. به عنوان مثال، انرژی مکانیکی را میتوان به صورت انرژی جنبشی یا پتانسیل ذخیره کرد، انرژی الکتریکی را میتوان به صورت انرژی میدان القایی یا انرژی میدان الکترواستاتیک ذخیره کرد، انرژی حرارتی را میتوان به صورت گرمای نهان یا گرمای محسوس ذخیره کرد و انرژی هستهای نوعی خالص از ذخیره انرژی است. از جمله روشهای مختلف ذخیره انرژی میتوان به ذخیرهسازی پمپی، ذخیرهسازی هوای فشرده، ذخیرهسازی چرخ طیار، ذخیرهسازی باتری، ذخیرهسازی حرارتی و ذخیرهسازی هیدروژن اشاره کرد.
در حال حاضر، باتریها بیشتر برای ذخیره انرژی در ریزشبکهها استفاده میشوند، زیرا کالاهای بالغی هستند که تجربه کاری زیادی دارند. سیستمهای ذخیرهسازی انرژی باتری شامل چندین بخش هستند که عمدتاً شامل بسته باتری ذخیرهسازی انرژی، سیستم مدیریت باتری (BMS)، ترانسفورماتور افزاینده، دستگاه مبدل دو جهته ذخیرهسازی انرژی (PCS)، سیستم ردیابی ذخیرهسازی انرژی و برخی بخشهای دیگر میشوند. هنگامی که شبکه برق قطع میشود، سیستم ذخیرهسازی انرژی میتواند از حالت اتصال به شبکه به حالت کار بدون شبکه تغییر حالت دهد. سپس به عنوان منبع تغذیه پشتیبان برای کل سیستم ریزشبکه عمل میکند و ولتاژ و جریان را در زمانی که به شبکه متصل نیست، پایدار نگه میدارد.
۲. انتخاب باتری ذخیره انرژی
۲.۱ باتری با کربن سربی
باتری سرب-کربن نوع جدیدی از دستگاه ذخیره انرژی است که با افزودن مواد کربنی با ویژگیهای خازنی به الکترود منفی یک باتری سرب-اسید معمولی ساخته میشود. این کار را میتوان به صورت "داخلی و" یا "مخلوط داخلی" انجام داد. باتریهای سرب-کربن مانند باتریهای سرب-اسید معمولی و ابرخازنها هستند. آنها میتوانند عملکرد باتریهای سرب-اسید معمولی را از بسیاری جهات بسیار بهتر کنند و در اینجا برخی از مزایای علمی آنها آمده است:
۱. ضریب شارژ بالا؛
۲. طول عمر چرخهای ۴-۵ برابر باتریهای سرب-اسید معمولی است.
۳. ایمنی خوب؛
۴. استفاده از توان بازتولید بالا (تا ۹۷٪)، بسیار بالاتر از سایر باتریهای شیمیایی؛ مواد اولیه فراوان، هزینه پایین، ۱.۵ برابر باتریهای سرب-اسید معمولی؛ و هزینه باتریهای سرب-اسید معمولی حدود ۱.۵ برابر این باتریها است. ۱.۵ برابر قویتر از یک باتری سرب-اسید معمولی.
عملکرد باتریهای سرب-کربن در مقایسه با باتریهای سنتی سرب-اسید بسیار بهبود یافته است. با این حال، هنوز مشخص نیست که ماده کربنی کلیدی چه نقشی در بهبود عملکرد باتریهای سرب-کربن دارد. افزودن مواد کربنی میتواند اثرات منفی داشته باشد، مانند رسوب هیدروژن در الکترود منفی و از دست دادن آب باتری، بنابراین این موضوعی است که باید مورد توجه قرار گیرد.
۲.۲ باتری لیتیومی
در فرآیند شارژ و دشارژ، باتریهای لیتیوم-یون از مواد شیمیایی حاوی لیتیوم به عنوان آند مثبت استفاده میکنند. در باتریهای لیتیوم-یون هیچ فلز لیتیومی وجود ندارد.
باتریهای لیتیوم-یونی دارای یک الکترود مثبت ساخته شده از ترکیبات حاوی لیتیوم، مانند کبالتات لیتیوم (LiCoO2)، منگنات لیتیوم (LiMn2O4)، فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4) و سایر مواد دو یا سه جزئی هستند. الکترود منفی از ترکیبات بین لایهای لیتیوم-کربن، مانند گرافیت، کربن نرم، کربن سخت و تیتانات لیتیوم ساخته شده است.
باتریهای لیتیوم-یونی دو مزیت برجسته دارند، یکی چگالی بالای ذخیرهسازی انرژی و دیگری چگالی توان. از دیگر مزایای آنها میتوان به راندمان بالا، طیف گستردهای از کاربردها، توجه زیاد، پیشرفت سریع علمی و فضای زیاد برای رشد اشاره کرد. 1. از آنجا که از الکترولیتهای شیمیایی استفاده میشود، خطرات ایمنی زیادی وجود دارد؛ ایمنی باید بهتر شود.
۲.۳ انتخاب باتری ذخیره انرژی
نگاهی به تفاوتهای بین این دو نوع باتری ذخیره انرژی از نظر میزان عمق دشارژ، محدوده دمایی که میتوانند در آن کار کنند و چرخه عمر آنها.
جدول بالا نشان میدهد که باتریهای سرب-کربن عمر چرخهای کوتاهی دارند و هیدروژن آزاد میکنند که خطرناک است. از سوی دیگر، باتریهای لیتیوم-آهن فسفات میتوانند در طیف وسیعی از دماها کار کنند و عمر چرخهای، راندمان انتقال انرژی و چگالی انرژی بالایی دارند.
به همین دلیل، باتریهای لیتیوم آهن فسفات بهترین انتخاب برای اکثر پروژههای ذخیرهسازی انرژی هستند.
