انواع مختلفی از فناوریهای باتری در ذخیره انرژی باتری مورد استفاده قرار میگیرند.
باتریهای لیتیوم-یون
محبوبیت باتریهای لیتیوم-یون در سیستمهای ذخیره انرژی به دلیل چگالی انرژی بالا، راندمان و طول عمر طولانی آنهاست. مواد شیمیایی اصلی در سیستمهای ذخیره انرژی LFP یا LiFePO4 (فسفات آهن لیتیوم) و NMC (اکسید کبالت منگنز نیکل لیتیوم) هستند.
چرا باتریهای لیتیوم-یونی انتخاب ارجح هستند؟
باتریهای لیتیوم-یونی چگالی انرژی بالا، طول عمر طولانی و قابلیت شارژ / دشارژ کارآمد دارند. همچنین نرخ خود-دشارژ پایینی دارند و به نگهداری کمی نیاز دارند. باتریهای لیتیوم-یونی به دلایل مختلف به رایجترین نوع باتری برای سیستمهای ذخیره انرژی تبدیل شدهاند:
چگالی انرژی بالا
باتریهای لیتیوم-یونی چگالی انرژی بسیار بالایی دارند. چگالی انرژی بالا به این معنی است که باتریها میتوانند مقدار زیادی انرژی را در فضای کمی ذخیره کنند و آنها را برای کاربردهایی که فضا در آنها کم است، مانند خودروهای الکتریکی یا سیستمهای ذخیره انرژی، ایدهآل میکند.
بازده و نرخ شارژ / دشارژ
باتریهای لیتیوم-یونی هم در شارژ و هم در دشارژ کارآمد هستند و میتوانند نرخهای نسبتاً بالایی را برای هر دو فرآیند تحمل کنند. این امر آنها را برای کاربردهایی که انرژی باید به سرعت تخلیه یا ذخیره شود، عالی میکند.
طول عمر بالا و دوام چرخهای
باتریهای لیتیوم-یون در مقایسه با بسیاری از فناوریهای باتری دیگر، طول عمر نسبتاً طولانی دارند. آنها میتوانند چرخههای شارژ و دشارژ زیادی را تحمل کنند. این طول عمر چرخهای طولانی، آنها را در طول عمرشان مقرونبهصرفه میکند.
فناوری اثباتشده
فناوری لیتیوم-یون بالغ و شناختهشده است، که آن را به انتخابی کمخطرتر از فناوریهای جدیدتر و کمتر اثباتشده تبدیل میکند.
با وجود این مزایا، باتریهای لیتیوم-یون با چالشهایی مانند سیستمهای مدیریت باتری پیچیده برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و حفظ سلامت بهینه باتری مواجه هستند. انتخاب تأمینکننده مناسب هنگام بررسی سیستمهای ذخیره انرژی مبتنی بر لیتیوم-یون مهم است. سیستمهای ذخیره انرژی باتری EVESCO از یک سیستم مدیریت باتری هوشمند سه سطحی استفاده میکنند و دارای گواهینامه UL 9450 برای محافظت نهایی و عملکرد بهینه باتری هستند.
باتریهای سرب-اسید
باتریهای سرب-اسید یک فناوری بالغ هستند که مدت زمان بسیار طولانی وجود داشتهاند. آنها اغلب در کاربردهایی استفاده میشوند که باتری به طور مکرر چرخه شارژ ندارد، مانند روشن کردن ماشینها یا برق اضطراری پشتیبان.
SLA قابل اعتماد، نسبتاً ارزان و به طور گسترده در دسترس است، در عین حال قدرت بالایی نیز ارائه میدهد. با این حال، باتریهای سرب-اسید در مقایسه با باتریهای لیتیوم-یون چگالی انرژی کمتری دارند و طول عمر مفید آنها، به ویژه در چرخههای شارژ طولانی، کوتاهتر است. آنها همچنین برای حفظ عملکرد به نگهداری منظم نیاز دارند و در صورت عدم بازیافت صحیح میتوانند به محیط زیست آسیب برسانند.
باتریهای سرب-کربن
باتریهای سرب-کربن نوعی باتری سرب-اسیدی هستند، اما شامل یک لایه کربن در الکترود منفی هستند که عملکرد آنها را افزایش میدهد.
آنها قابلیتهای نرخ C بالای باتریهای سرب-اسیدی را با خواص فوق خازنی کربن ترکیب میکنند و آنها را قادر میسازند تا به سرعت انرژی زیادی را تحویل یا جذب کنند. افزودن کربن همچنین به کاهش اثرات مضر عملکرد حالت شارژ جزئی کمک میکند و طول عمر چرخه را در مقایسه با باتریهای سرب-اسیدی سنتی بهبود میبخشد. آنها میتوانند برای سیستمهای ذخیره انرژی در مقیاس شبکه که محدود به فضا نیستند، به دلیل هزینه کمتر و ویژگیهای عملکردی قابل قبول، مقرون به صرفه باشند.
در حالی که آنها در مقایسه با باتریهای سرب-اسیدی سنتی، طول عمر چرخه بهبود یافتهای را ارائه میدهند، اما هنوز با طول عمر باتریهای لیتیوم-یون مطابقت ندارند. آنها همچنین نگرانیهای زیستمحیطی باتریهای سرب-اسیدی را به اشتراک میگذارند و نیاز به دفع دقیق برای جلوگیری از آلودگی سرب دارند. علاوه بر این، در حالی که افزودن کربن عملکرد آنها را بهبود میبخشد، اما همچنان چگالی انرژی کمتری نسبت به باتریهای لیتیوم-یون دارند.
باتریهای جریانی
در باتریهای جریانی، قابلیت شارژ مجدد از دو جزء شیمیایی حل شده در مایعات درون سیستم ناشی میشود. رایجترین نوع، باتری جریانی وانادیوم-اکسید-اکسید است.
باتریهای جریانی میتوانند مقادیر زیادی انرژی ذخیره کنند و نسبت به تغییرات دما حساسیت کمتری دارند. آنها طول عمر بالایی دارند و ظرفیت انرژی آنها (کیلووات ساعت) را میتوان به راحتی با استفاده از مخازن ذخیرهسازی الکترولیت بزرگتر افزایش داد. باتریهای جریانی نسبت به باتریهای لیتیوم-یونی، نصب و نگهداری پیچیدهتر و گرانتری دارند. کمیابی و نوسانات قیمت وانادیوم نیز میتواند نگرانکننده باشد.
باتریهای سدیم-گوگرد (NaS)
باتریهای سدیم-گوگرد در دماهای بالا کار میکنند و قادر به چرخههای عمیق روزانه هستند. معمولاً میتوان از آنها برای کاربردهای ذخیرهسازی شبکه استفاده کرد. به دلیل دمای عملیاتی بالای آنها (معمولاً حدود ۳۵۰ درجه سانتیگراد)، به اقدامات ایمنی قابل توجه و سیستمهای مدیریت حرارتی نیاز دارند. به دلیل اندازه و پیچیدگی آنها، برای کاربردهای در مقیاس بزرگ (چندین مگاوات ساعت) مناسبتر از استفاده تجاری یا مسکونی در مقیاس کوچک هستند. باتریهای NaS در حال حاضر انتخاب محبوبی در بازار نیستند.
باتریهای حالت جامد
باتری حالت جامد یک فناوری باتری نوظهور است که از الکترودهای جامد و یک الکترولیت جامد به جای الکترولیتهای مبتنی بر مایع موجود در سایر باتریها استفاده میکند. آنها چگالی انرژی قابل توجهی بالاتر، ایمنی بهبود یافته (به دلیل الکترولیت جامد غیر قابل اشتعال) و طول عمر طولانیتر را تضمین میکنند. آنها همچنین پتانسیل زمان شارژ سریعتر را دارند. با این حال، در حال حاضر، آنها هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند و هنوز در مقیاس بزرگ در دسترس نیستند. فرآیند تولید نیز در حال حاضر پیچیده و پرهزینه است.
هر یک از این انواع باتری مزایا و معایب خود را دارد. بهترین انتخاب فناوری به نیازهای خاص یک پروژه خاص، از جمله عواملی مانند هزینه، ظرفیت مورد نیاز، مدت زمان تخلیه و فضای فیزیکی موجود بستگی دارد.
سیستمهای ذخیره انرژی باتری را میتوان در مقیاسهای مختلف مسکونی، تجاری و خدماتی یافت. هر کدام نیازها، ظرفیتها و کاربردهای متفاوتی دارند.
ذخیره انرژی باتری مسکونی
برای خانوارهای تکی، ظرفیت ذخیرهسازی باتری مسکونی معمولاً بین ۵ تا ۱۵ کیلووات ساعت است - که برای جبران دورههای اوج مصرف یا تأمین پشتیبان در هنگام قطع برق کافی است. آنها معمولاً با تأسیسات خورشیدی پشت بام جفت میشوند و به صاحبان خانه اجازه میدهند انرژی خورشیدی اضافی را برای استفاده در طول شب یا روزهای ابری ذخیره کنند. یک سیستم ذخیره انرژی باتری مسکونی میتواند در صورت نیاز، انرژی خورشیدی ذخیره شده یا پشتیبان اضطراری را برای خانه فراهم کند.
ذخیره انرژی باتری تجاری
سیستمهای ذخیرهسازی انرژی تجاری بزرگتر هستند، معمولاً از 30 کیلووات ساعت تا 2000 کیلووات ساعت، و در مشاغل، شهرداریها، خانههای چند واحدی یا سایر ساختمانها و کاربردهای تجاری استفاده میشوند. این سیستمها میتوانند با کاهش هزینههای تقاضا (هزینهها بر اساس بالاترین نرخ مصرف انرژی در طول دوره صورتحساب)، تغییر بار (از قیمتهای بالای برق در زمان اوج مصرف به قیمتهای پایینتر در زمان غیر اوج مصرف)، ارائه برق پشتیبان و اجازه دادن به مشاغل برای شرکت در برنامههای پاسخگویی به تقاضا، هزینههای انرژی را کاهش دهند. به عنوان مثال، سیستم ذخیره باتری 500 کیلووات ساعتی EVESCO که در Power Sonic در نیجکرک، هلند نصب شده است، میتواند با انرژی خورشیدی در محل ادغام شود و به طور هوشمندانه مصرف انرژی را در سراسر ساختمان و بارهای تجاری مدیریت کند، تقاضای اوج مصرف را کاهش دهد و در هزینههای انرژی صرفهجویی کند.
ذخیره انرژی باتری در مقیاس صنعتی
در انتهای طیف، ذخیره انرژی باتری در مقیاس صنعتی قرار دارد که به باتریهایی اشاره دارد که مگاواتهای زیادی (MW) برق را ذخیره میکنند، معمولاً برای کاربردهای شبکه. این سیستمهای در مقیاس بزرگ میتوانند خدماتی مانند تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ، ترازبندی بار و ذخیره انرژی تجدیدپذیر اضافی برای استفادههای بعدی ارائه دهند. نمونه بارز این مورد، ذخیره انرژی Hornsdale در استرالیای جنوبی است. این نصب ۱۵۰ مگاوات / ۱۹۴ مگاوات ساعت، پایداری را برای شبکه منطقه به ارمغان آورده و میلیونها دلار در هزینههای نگهداری شبکه صرفهجویی کرده است
ظرفیت و کاربردهای خاص یک سیستم ذخیره انرژی باتری را میتوان متناسب با نیازهای کاربر، چه برای یک خانه تکخانواری، چه برای ایستگاههای شارژ خودروهای برقی یا برای یک شبکه برق ملی، سفارشیسازی کرد.
پیشبینیها حاکی از رشد عظیم تاسیسات ذخیرهسازی انرژی باتری با همگرایی فناوریها و بازارهای نوظهور است. یک تخمین نشان میدهد که ظرفیت ذخیرهسازی باتری نصبشده در مقیاس شبکه، بین سالهای 2022 تا 2030، 35 برابر افزایش یافته و به تقریباً 970 گیگاوات میرسد. سیستمهای ذخیرهسازی باتری محققشده با پتانسیل عظیم خود برای فعال کردن انرژیهای تجدیدپذیر و تقویت شبکهها، برای آیندهای پاکتر و برقیتر، اهمیت بیشتری خواهند یافت.
منابع: