ઊર્જા સંગ્રહ અને બેટરી કેવી રીતે એકીકૃત થાય છે?

ઇલેક્ટ્રિકલ ગ્રીડ સાથે બેટરી એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સનું એકીકરણ એ વધુ જટિલ એન્જિનિયરિંગ કોયડાઓમાંથી એકનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે જેના પર અમે અત્યારે સામૂહિક રીતે કામ કરી રહ્યા છીએ. અને પ્રામાણિકપણે, તમે તેમાં જેટલું ઊંડું ખોદશો, તે શક્ય તેટલું અવ્યવસ્થિત-શક્ય રીતે શક્ય બને છે.

પ્રશ્ન વિશે લગભગ ભ્રામક રીતે સરળ કંઈક છે. તમને ગ્રીડમાંથી વીજળી મળી છે, તમારી પાસે ત્યાં બેઠેલી બેટરી છે, અને કોઈક રીતે તેમને એકબીજા સાથે વાત કરવાની જરૂર છે. તેને પ્લગ ઇન કરો. થઈ ગયું. ખરું ને?

રૂપાંતરણ સમસ્યા વિશે કોઈએ તમને ચેતવણી આપી નથી

અહીં બેટરી વિશે વાત છે: તેઓ ડીસી બોલે છે. સીધો પ્રવાહ. ગ્રીડ? તમે ક્યાં રહો છો તેના આધારે આ બધું AC, વૈકલ્પિક પ્રવાહ, 50 અથવા 60 Hz પર ગુંજારવાનું છે. આ બંને કુદરતી રીતે સાથે મળતા નથી.

પાવર કન્વર્ઝન સિસ્ટમ દાખલ કરો, સામાન્ય રીતે ઉદ્યોગ વર્તુળોમાં PCS કહેવાય છે. તેને એક અત્યંત સુસંસ્કૃત અનુવાદક તરીકે વિચારો જે બંને દિશામાં કામ કરે છે. જ્યારે ગ્રીડમાં વધુ પાવર હોય છે અને તેને બેટરી ચાર્જ કરવાની જરૂર હોય છે, ત્યારે PCS AC ને DC માં રૂપાંતરિત કરે છે. જ્યારે માંગ વધે છે અને તમને તે સંગ્રહિત ઉર્જાની જરૂર પડે છે, ત્યારે તે DC ને AC માં ફેરવે છે અને તેને બહાર ધકેલી દે છે. આ દ્વિપક્ષીય નૃત્ય એન્જિનિયરો સુધારણા (AC થી DC) અને વ્યુત્ક્રમ (DC થી AC) દ્વારા થાય છે. આ સ્થિતિઓ વચ્ચે સ્વિચિંગ? આધુનિક સિસ્ટમો તેને 200 મિલીસેકંડમાં કરી શકે છે. ઝબકવું અને તમે તેને ચૂકી જશો.

રૂપાંતરણ દરમિયાન કાર્યક્ષમતાનું નુકસાન ઘાતકી હતું-અમે વાત કરી રહ્યા છીએ 15-તમારી સંગ્રહિત ઊર્જાના 20% માત્ર ગરમી તરીકે અદૃશ્ય થઈ જાય છે. સમકાલીન પ્રણાલીઓએ તેને લગભગ 2-5% સુધી નીચે ધકેલી દીધું છે, જ્યાં સુધી તમે મેગાવોટ-સ્કેલ ઇન્સ્ટોલેશન્સ સાથે કામ ન કરો અને તે ટકાવારી વાસ્તવિક નાણાં માટે દરવાજો બહાર નીકળતા સમજો ત્યાં સુધી તે નાનું લાગે છે.

આખી વસ્તુને આગ પકડવાથી શું રાખે છે

બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ્સ. BMS. જો પીસીએસ અનુવાદક છે, તો બીએમએસ પેરાનોઇડ સુરક્ષા ગાર્ડ છે જે ક્યારેય ઊંઘતો નથી.

લિથિયમ-આયન બેટરી પેક એ માત્ર એક મોટો કોષ નથી-તે સેંકડો અથવા હજારો વ્યક્તિગત કોષો એકસાથે વાયર્ડ છે. દરેક કોષનું પોતાનું વ્યક્તિત્વ છે, તેની પોતાની વિશિષ્ટતાઓ છે. કેટલાક ઝડપથી ચાર્જ કરે છે. કેટલાક વધુ ગરમ ચાલે છે. કેટલાક તેમના પડોશીઓ કરતાં ઝડપી વય. અવ્યવસ્થિત બાકી, આ તફાવતો સંયોજન. મજબૂત કોષો વધારે કામ કરે છે. નબળા લોકો તેમની હદ વટાવી જાય છે. છેવટે, કંઈક ખોટું થાય છે.

થર્મલ ભાગેડુ એ દુઃસ્વપ્ન દૃશ્ય છે. એક કોષ વધુ ગરમ થાય છે, નજીકના કોષોમાં સાંકળ પ્રતિક્રિયા શરૂ કરે છે, અને અચાનક તમને આગ લાગી છે જેને બુઝાવવાનું ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. BMS દરેક કોષમાં વોલ્ટેજ, વર્તમાન અને તાપમાનને મોનિટર કરે છે-ક્યારેક સેકન્ડ દીઠ ઘણી વખત પરિમાણો તપાસે છે-અને સમસ્યાઓ કાસ્કેડ થાય તે પહેલાં હસ્તક્ષેપ કરે છે. જો કોષ ખૂબ ગરમ થઈ રહ્યો છે? સિસ્ટમ ચાર્જિંગ થ્રોટલ કરે છે. વોલ્ટેજ ખૂબ વધારે વિસર્પી? તે લોડનું પુનઃવિતરણ કરે છે. ખરેખર કંઈક ખોટું છે? તે પેકને સંપૂર્ણપણે ડિસ્કનેક્ટ કરે છે.

કોષ સંતુલન એ અન્ય મહત્વપૂર્ણ કાર્ય છે. સમય જતાં, ચાર્જ રાજ્યોમાં નાના તફાવતો એકઠા થાય છે. BMS કાં તો નિષ્ક્રિય સંતુલનનો ઉપયોગ કરે છે (રેઝિસ્ટર દ્વારા વધારાના ચાર્જને રક્તસ્ત્રાવ-નકામું પરંતુ સસ્તું) અથવા સક્રિય સંતુલન (કોષો વચ્ચે ઊર્જા શટલિંગ-કાર્યક્ષમ પરંતુ ખર્ચાળ) બધું સમાન રાખવા માટે. આના વિના, તમારા બેટરી પેકની ઉપયોગ કરી શકાય તેવી ક્ષમતા તેના સૌથી નબળા સેલને મેચ કરવા માટે સંકોચાય છે.

ખરેખર વાતગ્રીડ પર ing

એકીકરણ માત્ર ભૌતિક જોડાણો વિશે નથી. તે સંચાર પ્રોટોકોલ, બજારની ભાગીદારી અને લાઇટ ચાલુ રાખવાની આશ્ચર્યજનક રીતે એનાલોગ સમસ્યા વિશે છે.

ગ્રીડ ઓપરેટરો-એ સુનિશ્ચિત કરવા માટે જવાબદાર લોકો કે જેઓ દરેક સેકન્ડે પુરવઠાની માંગ કરે છે-તેમના નેટવર્ક પરના ઉપકરણોને મોનિટર કરવા અને નિયંત્રિત કરવા માટે SCADA સિસ્ટમ્સ (સુપરવાઇઝરી કંટ્રોલ અને ડેટા એક્વિઝિશન) નો ઉપયોગ કરે છે. તમારી બેટરી ઇન્સ્ટોલેશનને આ ઇકોસિસ્ટમમાં પ્લગ કરવાની જરૂર છે. તેનો અર્થ એ છે કે સંચાર લિંક્સ સ્થાપિત કરવી, ઘણીવાર મોડબસ અથવા DNP3 પ્રોટોકોલ દ્વારા, જે ગ્રીડ ઓપરેટરને તમારી ચાર્જની સ્થિતિ, ઉપલબ્ધ ક્ષમતા અને વર્તમાન આઉટપુટને વાસ્તવિક સમયમાં જોવા દે છે. વધુ મહત્ત્વની વાત એ છે કે, ડિસ્પેચ આદેશો સ્વીકારવાનો અર્થ થાય છે: હમણાં ચાર્જ કરો, હમણાં જ ડિસ્ચાર્જ કરો, હવે ફ્રીક્વન્સી સપોર્ટ પ્રદાન કરો.

આવર્તન નિયમન-જ્યાં બેટરી ખરેખર ચમકે છે

ગ્રીડ આવર્તન અતિ ચુસ્ત સહિષ્ણુતાની અંદર રહેવી જોઈએ. ઉત્તર અમેરિકામાં, તે 60 હર્ટ્ઝ છે. યુરોપમાં, 50 હર્ટ્ઝ. 0.5 હર્ટ્ઝનું પણ વિચલન જનરેશન અને લોડ વચ્ચે ગંભીર અસંતુલન દર્શાવે છે. ખૂબ જ પેઢી? આવર્તન વધે છે. ખૂબ ભાર? તે ટપકે છે.

પરંપરાગત પાવર પ્લાન્ટ આ અસંતુલનને સુધારવામાં મદદ કરવા માટે તેમના આઉટપુટને સમાયોજિત કરી શકે છે, પરંતુ તે ધીમા છે. ગેસ ટર્બાઇનને રેમ્પિંગ કરવામાં મિનિટ લાગે છે. બેટરીઓ? તેઓ 100 થી 500 મિલીસેકંડમાં જવાબ આપી શકે છે. આ ઝડપ તેમને પ્રાથમિક ફ્રિક્વન્સી રિસ્પોન્સ-તત્કાલ, સ્વચાલિત સુધારણા માટે અપવાદરૂપે મૂલ્યવાન બનાવે છે જે નાની અસંતુલનને મોટી સમસ્યાઓ બનતા અટકાવે છે.

ગ્રીડ ઓપરેટરો ખરેખર આ સેવા માટે ચૂકવણી કરશે. ટેક્સાસના ERCOT માર્કેટમાં, 2023 ના પ્રથમ છ મહિનામાં ફ્રિક્વન્સી રેગ્યુલેશન સેવાઓનો બૅટરી સ્ટોરેજ આવકમાં 87% હિસ્સો હતો. ઑસ્ટ્રેલિયાના હોર્ન્સડેલ પાવર રિઝર્વ-ટેસ્લાની પ્રસિદ્ધ મોટી બેટરી-એ એક જ ત્રિમાસિક ગાળામાં $36 મિલિયનથી વધુની આવક ઊભી કરી, મોટાભાગે સેવાઓમાંથી. અર્થશાસ્ત્ર કામ કરે છે કારણ કે બેટરી લગભગ તરત જ ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ વચ્ચે સ્વિચ કરી શકે છે, જે કોઈ પરંપરાગત જનરેટર સાથે મેળ ખાતું નથી.

મગજ ઉપર મગજ

BMS ની ઉપર એનર્જી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ અથવા EMS બેસે છે. જો BMS વ્યક્તિગત કોષોને સ્વસ્થ રાખવાની ચિંતા કરે છે, તો EMS સમગ્ર સ્થાપનને નફાકારક બનાવવાની ચિંતા કરે છે.

EMS ઑપ્ટિમાઇઝેશન અલ્ગોરિધમ્સ ચલાવે છે જે નક્કી કરે છે કે ક્યારે ચાર્જ કરવું, ક્યારે ડિસ્ચાર્જ કરવું અને કઈ બજાર સેવાઓને કોઈપણ સમયે પ્રાથમિકતા આપવી. શું તમારે અત્યારે એનર્જી આર્બિટ્રેજ કરવી જોઈએ-સસ્તી રાતોરાત પાવર ખરીદવી અને સાંજના પીક વખતે તેને પાછું વેચવું જોઈએ? અથવા તમારે ફ્રીક્વન્સી રેગ્યુલેશન માટે રિઝર્વમાં ક્ષમતા રાખવી જોઈએ, જે વધુ સારી રીતે ચૂકવણી કરી શકે છે? તમે ગયા મહિને હસ્તાક્ષર કરેલ ક્ષમતા કરારને પરિપૂર્ણ કરવા વિશે શું? આ નિર્ણયોમાં વાસ્તવિક-સમયના ભાવ સંકેતો, હવામાનની આગાહીઓ (જે પુનઃપ્રાપ્ય જનરેશનને અસર કરે છે), માંગની આગાહીઓ અને બેટરી વાસ્તવમાં શું હેન્ડલ કરી શકે છે તે અંગે BMS તરફથી અવરોધો સામેલ છે.

આધુનિક સિસ્ટમો આ આગાહીઓ માટે વધુને વધુ મશીન લર્નિંગનો ઉપયોગ કરે છે. એટલા માટે નહીં કે તે ટ્રેન્ડી છે, પરંતુ કારણ કે વીજળી બજારો ખરેખર જટિલ છે અને ઐતિહાસિક પેટર્ન મહત્વપૂર્ણ છે. કિંમતના વળાંકો અને હવામાનના ડેટાને જોતો માનવી જરૂરી ઝડપે સમાન ઑપ્ટિમાઇઝેશન નિર્ણયો લઈ શકતો નથી.

ભૌતિક એકીકરણ વિશે કોઈ વાત કરતું નથી

તેમાં ઘણાં બધાં હાર્ડવેર સામેલ છે જે સોફ્ટવેર-કેન્દ્રિત ચર્ચાઓમાં સરસ રીતે ફિટ થતા નથી. વોલ્ટેજ ઉપર અથવા નીચે કરવા માટે ટ્રાન્સફોર્મર્સ. રક્ષણ અને અલગતા માટે સ્વિચગિયર. ઠંડક પ્રણાલીઓ-કાં તો હવા અથવા પ્રવાહી-કારણ કે તે તમામ પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ નોંધપાત્ર ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. અગ્નિ દમન પ્રણાલીઓ, સામાન્ય રીતે લિથિયમ બેટરીની આગ માટે રચાયેલ વિશિષ્ટ. કોંક્રિટ પેડ, ફેન્સીંગ, એક્સેસ રોડ.

એકલા ગ્રીડ કનેક્શન અભ્યાસમાં મહિનાઓ લાગી શકે છે. તમારે એ દર્શાવવાની જરૂર છે કે તમારું ઇન્સ્ટોલેશન સ્થાનિક ગ્રીડને અસ્થિર કરશે નહીં, વોલ્ટેજની સમસ્યા ઊભી કરશે નહીં, હાલની સુરક્ષા યોજનાઓમાં દખલ કરશે નહીં. ઉપયોગિતાઓ નવા સાધનોને ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર સાથે જોડવા દેવા વિશે સમજી શકાય તે રીતે સાવચેત છે જે તેઓ કાર્યરત રાખવા માટે જવાબદાર છે.

શા માટે આ લાગે છે તેના કરતાં અઘરું છે

ધોરણોએ જમાવટ સાથે ગતિ રાખી નથી. ટેક્નોલોજી કોડ અને નિયમનો અનુસરી શકે તેના કરતાં વધુ ઝડપથી વિકસિત થાય છે. વિવિધ અધિકારક્ષેત્રોની જુદી જુદી આવશ્યકતાઓ હોય છે. કેલિફોર્નિયામાં જે કામ કરે છે તેની જર્મનીમાં પરવાનગી ન હોઈ શકે. જર્મની જે સ્વીકારે છે તે ઓસ્ટ્રેલિયામાં નિયમનકારોને મૂંઝવણમાં મૂકે છે.

આંતરકાર્યક્ષમતા માથાનો દુખાવો રહે છે. એક ઉત્પાદકની બેટરી સિસ્ટમ હંમેશા બીજાના ઇન્વર્ટર સાથે સારી રીતે ચાલતી નથી. કોમ્યુનિકેશન પ્રોટોકોલ તકનીકી ધોરણે પ્રમાણિત હોઈ શકે છે, પરંતુ અમલીકરણ વિગતો એકીકરણના દુઃસ્વપ્નોનું કારણ બને તે માટે પૂરતી અલગ છે. ઇન્ડસ્ટ્રી આમાં ધીરે ધીરે સારી થઈ રહી છે.

અને પછી અધોગતિ છે. બેટરીઓ ઘસાઈ જાય છે. દરેક ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ચક્રમાં નાનો ટોલ લાગે છે. ફ્રીક્વન્સી માર્કેટમાં આક્રમક ભાગીદારી-તેમના સતત નાના ચક્રો સાથે-આર્બિટ્રેજ માટે દરરોજ બે મોટા ચક્ર કરતાં અલગ રીતે આ વસ્ત્રોને વેગ આપે છે. તમારા પ્રોજેક્ટ હેઠળના આર્થિક મોડલ્સને અધોગતિના માર્ગો માટે એકાઉન્ટ કરવાની જરૂર છે જે અમે પ્રમાણિકપણે હજુ પણ ચોક્કસ આગાહી કરવાનું શીખી રહ્યાં છીએ.

આ બધું ક્યાં જઈ રહ્યું છે

ઇન્ટરનેશનલ એનર્જી એજન્સી પ્રોજેક્ટ કરે છે કે આબોહવા લક્ષ્યોને પહોંચી વળવા માટે વૈશ્વિક ઊર્જા સંગ્રહ ક્ષમતા 2030 સુધીમાં 1,500 ગીગાવોટ સુધી પહોંચવાની જરૂર છે. અમે હજી તેની નજીક નથી. પરંતુ ખર્ચ સતત ઘટી રહ્યો છે

નવીનીકરણીય પદાર્થો સાથે બેટરીને સંયોજિત કરતી હાઇબ્રિડ પ્રણાલીઓ નવીન પ્રોજેક્ટ્સને બદલે પ્રમાણભૂત પ્રથા બની રહી છે. વર્ચ્યુઅલ પાવર પ્લાન્ટ્સ, જે હજારો નાની બેટરી ઇન્સ્ટોલેશનને ગ્રીડ-સ્કેલ સંસાધનોમાં એકત્ર કરે છે, તે બેલ્જિયમથી દક્ષિણ ઓસ્ટ્રેલિયા સુધીના બજારોમાં તેમની યોગ્યતા સાબિત કરી રહ્યા છે.

એકીકરણની મૂળભૂત ઇજનેરી-PCS, BMS, EMS, ગ્રીડ સંચાર-વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરવા માટે પૂરતી પરિપક્વ છે. પડકારો હવે આર્થિક અને નિયમનકારી છે. બજારના નિયમોને યોગ્ય બનાવવું. પર્યાપ્ત ઇન્ટરકનેક્શન ક્ષમતાનું નિર્માણ. આ સિસ્ટમોને ઇન્સ્ટોલ કરવા અને જાળવવા માટે પૂરતા કામદારોને તાલીમ આપવી.

જે એક સમયે અસંભવ જટિલ લાગતું હતું તે જો સરળ ન હોય તો ઓછામાં ઓછું ટ્રેક્ટેબલ બની ગયું છે. અમે જાણીએ છીએ કે બેટરીને ગ્રીડ સાથે કેવી રીતે એકીકૃત કરવી. હવે પ્રશ્ન એ છે કે આપણે કેટલી ઝડપથી સ્કેલ કરી શકીએ છીએ.