سیستم ذخیره سازی انرژی و بهره وری مصرف انرژی

سیستم ذخیره سازی انرژی ( ESS یا  energy storage system )برای جمع آوری و ذخیره موقت انرژی مازاد، به روشی خاص استفاده میشود. انرژی ذخیره شده را میتوان در زمان مورد نیاز استفاده و یا به مکان هایی که با کمبود انرژی مواجه هستند، منتقل کرد. به این ترتیب راندمان استفاده از انرژی بهبود می یابد و از اتلاف انرژی جلوگیری می شود. در جامعه مدرن که از کمبود انرژی رنج می برد، این موضوع از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

متخصصین آی سی پارس، در این مقاله ، به تشریح مفهوم و وضعیت توسعه ESS و راه حل های مختلف در اجرای این سیستم ها، پرداخته اند.

ESS مشکل کمبود انرژی را حل می کند

تولید انرژی ( مانند انرژی آبی، انرژی خورشیدی و نیروی باد در میان منابع انرژی تجدیدپذیر) اغلب به سبب شرایط زمانی و مکانی، محدود می شود. برای مثال، تولید برق آبی معمولاً در تابستان زیاد است، اما در فصل خشک کم است. انرژی خورشیدی فقط در طول روز قابل تولید است. تولید برق بادی متأثر از عوامل فصلی و آب و هوایی است، بنابراین به سختی می توان به تولید برق مستمر و پایدار رسید. علاوه بر این، استفاده از انرژی توسط انسان نیز تحت تأثیر شرایط فصلی و آب و هوایی قرار می گیرد و ساعات اوج و غیر اوج در مصرف برق وجود دارد که روش های تولید برق فوق الذکر به سختی می توانند با آنها سازگار شوند.

بنابراین تجهیزات سیستم ذخیره انرژی برای ذخیره انرژی مازاد تولید شده در یک بازه زمانی و سپس تزریق آن به شبکه برق در ساعات اوج مصرف، به یکی از کاربردهای محبوب تبدیل شده است. سیستم ذخیره انرژی می تواند انرژی گرمایی اضافی، انرژی جنبشی، انرژی الکتریکی، انرژی پتانسیل، انرژی شیمیایی و غیره را ذخیره کند و ظرفیت ، مکان و زمان خروجی را تغییر دهد.

سرعت فزاینده بازار جهانی ذخیره سازی انرژی

ذخیره انرژی، یک فناوری کلیدی برای بهبود اطمینان در سیستم های قدرت و ترویج مصرف انرژی جدید است. سیستم ذخیره سازی انرژی میتواند به صورت دینامیکی، انرژی الکتریکی را از یک سوی تولید برق یا شبکه برق، جذب و ذخیره کند و در صورت نیاز آن را آزاد کند، بنابراین حالت سنتی را که در آن تولید، انتقال و استفاده انرژی الکتریکی به طور همزمان تکمیل میشود را تغییر میدهد و سیستم قدرت “سخت” متعادل شده در زمان واقعی را “انعطاف پذیر” تر می کند و به طور موثر کیفیت و راندمان مصرف برق را بهبود می بخشد.

علاوه بر کاربرد ذخیره سازی انرژی در سیستم های شبکه برق در مقیاس بزرگ، سیستم های ذخیره سازی انرژی که برای کاربران خانگی اعمال میشوند (ذخیره انرژی خانگی) به بخش مهمی از سیستم های قدرت جدید تبدیل شده اند. این نوع سیستم های ذخیره سازی انرژی معمولاً همراه با سیستم فتوولتائیک خانگی برای تأمین برق مورد نیاز کاربران خانگی نصب میشوند. فرآیند ذخیره سازی این سیستم ها در شکل زیر بیان شده است:

سیستم های ذخیره سازی انرژی خانگی، به سبب کاهش هزینه و جلب اطمینان مصرف کنندگان از پایداری برق در شرایط ناپایدار آب و هوایی، کاربران را تشویق میکنند تا با انتخاب این سیستم ها، برق مصرفی خود را تولید کنند. یک سیستم ذخیره انرژی الکتروشیمیایی خانگی معمولاً از یک بسته باتری، یک سیستم مدیریت باتری (BMS) ،یک سیستم تبدیل توان (PCS )و یک سیستم مدیریت انرژی (EMS )تشکیل شده است، و باتری ذخیره کننده انرژی و مبدل، اتصالات اصلی و با ارزش آن هستند.
در حال حاضر، بازار جهانی ذخیره سازی انرژی، به سرعت در حال رشد است و ذخیره انرژی در سمت کاربر، یکی از نیروهای محرک مهم است.

بر اساس داده های Sullivan & Frost ،در سال 2021 ،ظرفیت نصب شده جدید سیستم های ذخیره انرژی جهانی (با ظرفیت نصب شده در سمت تولید برق، سمت شبکه برق و سمت کاربر به ترتیب 14.4 ،2.7 و 8.1 گیگاوات ساعت) به 25.2 گیگاوات ساعت رسید که رشد سریعی را در بازار ذخیره سازی انرژی خانگی به ویژه در اروپا و ایالات متحده نشان می دهد.
بازار ذخیره انرژی چین نیز با حمایت از سیاست های ملی به سرعت در حال توسعه است. به عنوان مثال، شنزن قصد دارد کاربرد صنعت فتوولتائیک توزیع شده و نوآوری صنعتی را ارتقا داده و تولید برق “دو کربنه” را در کلان شهرها بررسی کند. به طور خاص، شنزن به شدت، سیستم های فتوولتائیک یکپارچه ساختمانی را ترویج میکند و تلاش میکند تا ظرفیت فتوولتائیک نصب شده را 1.5 میلیون کیلووات افزایش دهد، که انتظار میرود در سال 2025 به 5 میلیون کیلووات برسد. توسعه بازار جهانی ذخیره سازی انرژی در شنزن بسیار سریع است. اگر عملکرد شنزن در شهرهای دیگر چین ترویج شود، بازار و فرصت های توسعه عظیمی ایجاد خواهد شد.

سیستم ذخیره انرژی فتوولتائیک/خورشیدی مخصوص ساختمان های مسکونی

سیستم ذخیره انرژی فتوولتائیک/خورشیدی که در ساختمانهای مسکونی اعمال میشود برای توسعه بیشتر انرژیهای تجدیدپذیر و تولید انرژی توزیع شده بسیار مهم است. برای طراحی یک سیستم مدیریت باتری و تبدیل توان کارآمد باید محصولاتی با کاربری آسان ارائه شود. در این سیستم ها، هزینه سیستم و بهینه سازی عملکرد، عوامل کلیدی محرک هستند و ارائه سریع در بازار و عملکرد تحویل قابل اعتماد، الزامات کلیدی هستند.
به عنوان مثال یک سیستم ذخیره انرژی خورشیدی 10 کیلوواتی شرکت Electronics Arrow را باهم بررسی می کنیم. این اینورتر فتوولتائیک سه فاز 10 AC/DC کیلوواتی ، شامل 4 بلوک زیر است: