Saya telah melihat ke dalamsimpanan tenagauntuk sementara waktu sekarang, dan jujur? Semuanya mengelirukan sehingga saya terjumpa sistem hibrid. Inilah perjanjian - yang kami telah cuba menyelesaikan storan tenaga dengan penyelesaian tunggal terlalu lama, dan ia tidak berfungsi seperti yang kami perlukan.
Masalah Tiada Siapa Bicarakan
Bateri boleh menyimpan tenaga selama beberapa hari. Hebat. Tetapi apabila anda memerlukan letupan kuasa secara tiba-tiba - seperti apabila panel solar anda berhenti mengeluarkan dan AC anda dihidupkan pada masa yang sama - bateri yang sama mengalami kesukaran. Ia tidak direka untuk itu. Sementara itu, superkapasitor boleh membuang kuasa dalam milisaat, tetapi ia membocorkan tenaga lebih cepat daripada penapis yang menahan air.
Saya masih ingat membaca tentang persediaan SMES (penyimpanan tenaga magnet superkonduktor) yang dipasangkan dengan bank bateri biasa, dan berfikir "tunggu, mengapa tidak ada sesiapa yang melakukan ini sebelum ini?" Ternyata, mereka ada. Cuma tidak cukup orang yang memberi perhatian.
Pendekatan hibrid pada asasnya berkata: mengapa tidak menggunakan kedua-duanya? Biarkan bateri melakukan perkara terbaik yang dilakukan oleh bateri - menyimpan tenaga-jangka panjang. Biarkan supercapacitor mengendalikan pancang kuasa yang gila. Kedengaran jelas apabila anda menyebutnya dengan kuat, bukan?
Apabila Dua Teknologi Sebenarnya Bermakna Bersama
Jadi di sinilah ia menjadi menarik. Keseluruhan idea sistem storan tenaga hibrid bukan hanya tentang menampar dua jenis storan yang berbeza bersama-sama dan memanggilnya sehari. Terdapat pemikiran kejuruteraan sebenar di sebaliknya, walaupun sesetengah pelaksanaan pasti lebih baik daripada yang lain.
Ambil kombinasi SMES/bateri. Bahagian superkonduktor mempunyai ketumpatan kuasa gila - kita bercakap masa tindak balas diukur dalam milisaat. Tetapi ia mahal dan tidak menyimpan banyak tenaga untuk saiznya. Bateri? Selesaikan masalah bertentangan. Pasangkan mereka dan anda mempunyai sesuatu yang boleh mengendalikan kedua-dua turun naik voltan pendek dan-bekalan tenaga jangka panjang. Saya melihat spesifikasi daripada satu sistem yang menunjukkan ia boleh mengurangkan kos pelaburan sebanyak hampir 30% berbanding saiz storan tunggal yang terlalu besar. Itu wang sebenar.
Roda tenaga yang dipasangkan dengan bateri ialah kombinasi lain yang saya rasa menarik, mungkin kerana aspek mekanikal menarik kepada saya lebih daripada elektrokimia tulen. Roda tenaga mengendalikan-turun naik kuasa frekuensi tinggi - fikir sub-bahan kedua - manakala bateri mengurus variasi yang lebih lama dan perlahan. Peraturan kekerapan grid menyukai persediaan ini.
Bahagian Yang Sebenarnya Penting (Kepada Kebanyakan Orang)
Inilah yang saya fikir hilang dalam semua kertas teknikal dan kertas putih: tenaga boleh diperbaharui tidak berguna jika kita tidak dapat menyimpannya dengan betul. Panel solar menjana kuasa apabila matahari bersinar. Pemerhatian pecah tanah, saya tahu. Tetapi anda memerlukan elektrik pada waktu malam juga, dan angin tidak bertiup mengikut jadual yang sesuai dengan rancangan makan malam anda.
Sistem hibrid yang direka dengan betul boleh mengoptimumkan cara kami menangkap dan melepaskan tenaga tersebut. Apabila penjanaan suria tiba-tiba jatuh kerana awan melintas (atau kerana, anda tahu, matahari terbenam berlaku), komponen supercapacitor masuk serta-merta semasa bateri meningkat. Ini menghalang voltan melorot dan memastikan lampu anda menyala tanpa kerlipan yang menjengkelkan itu.
Penyimpanan tenaga udara termampat (CAES) dengan superkapasitor juga liar, walaupun saya akan akui saya tidak melihatnya digunakan sebanyak mana. CAES menyimpan tenaga dengan secara literal memampatkan udara ke dalam gua atau tangki bawah tanah. Ia mekanikal, ia pelik, dan apabila anda memasangkannya dengan supercaps untuk tindak balas pantas... sebenarnya berfungsi dengan baik untuk penstabilan grid. Walaupun mencari geologi yang sesuai untuk CAES berskala besar-adalah mimpi ngerinya sendiri.
Kemestian Sedunia-Sebenar
Saya perlu menyebut sesuatu yang tidak melibatkan kebanyakan perbincangan teknikal: sistem ini rumit untuk diuruskan. Sungguh rumit. Anda memerlukan sistem kawalan yang canggih untuk memutuskan komponen storan yang mengendalikan beban pada saat itu. Silap faham, dan anda hanya membazirkan wang dan kecekapan.
Sistem pengurusan tenaga - mari kita panggil EMS kerana ia lebih pendek - perlu memantau permintaan kuasa dalam masa nyata-dan membahagikan beban dengan sewajarnya. Kuasa tinggi, tempoh pendek? Halakannya ke supercapacitor atau roda tenaga. Beban yang berterusan? Bateri mengendalikannya. Kedengaran mudah. bukan.
Terdapat juga perkara ini di mana teknologi storan yang berbeza mempunyai corak degradasi yang berbeza. Bateri litium-tidak suka dilepaskan sepenuhnya. Supercapacitors boleh mengendalikan berjuta-juta kitaran tetapi perlahan-lahan kehilangan kapasiti. Sistem kawalan anda perlu mengambil kira perkara ini, mengimbangi prestasi hari ini dengan umur panjang esok. Ia seperti... anda boleh pecut ke mana-mana dan lutut anda lesu, atau kayuh sendiri. EMS perlu membuat keputusan itu beribu-ribu kali setiap hari.
Mengapa Penjagaan Kenderaan Elektrik (Mungkin Lebih Daripada Yang Anda Fikirkan)
EV pada dasarnya menghadapi masalah yang sama yang kita lihat dalam storan grid, hanya dikecilkan dan mudah alih. Anda mahukan julat - yang memerlukan bateri ketumpatan tenaga tinggi. Tetapi anda juga mahukan pecutan dan brek regeneratif yang boleh menyerap sejumlah besar kuasa dengan cepat. Satu jenis bateri tidak boleh melakukan kedua-duanya secara optimum.
Sesetengah pengeluar EV sedang bereksperimen dengan storan hibrid - pek litium-yang besar untuk julat, ditambah dengan supercapacitor untuk letupan kuasa. Supercaps menangkap tenaga brek regeneratif yang sebaliknya akan hilang (kerana bateri tidak boleh mengecas sepantas itu), dan ia memberikan tendangan tambahan untuk pecutan tanpa menekankan pek bateri utama.
Adakah ia menjadikan EV lebih murah? Tidak. Sebenarnya menjadikannya lebih mahal terlebih dahulu. Tetapi kemerosotan bateri menjadi perlahan dengan ketara, yang melebihi jangka hayat 10 tahun... mungkin berbaloi? Matematik masih dipertikaikan.
Semakan Realiti Kos
Mari kita bercakap tentang wang kerana berpura-pura kos tidak penting adalah bodoh. Sistem hibrid lebih mahal pada mulanya. Anda membeli dua atau lebih teknologi storan dan bukannya satu, serta sistem kawalan untuk mengurusnya. Di Australia, mereka memasang apa yang nampaknya akan menjadi sistem bateri hibrid berganding DC{3}} terbesar dalam Pasaran Elektrik Nasional mereka. Skalanya cukup besar - untuk menggerakkan 120,000 rumah.
Projek semacam itu masuk akal ekonomi kerana skala dan nilai perkhidmatan kestabilan grid. Untuk kediaman? Lebih sukar untuk dibenarkan melainkan anda benar-benar komited atau mempunyai keperluan kebolehpercayaan khusus. Walaupun saya mengesyaki perubahan ini apabila kos komponen menurun dan kadar elektrik meningkat.
Penjimatan operasi datang daripada hayat peralatan yang dilanjutkan dan kecekapan yang lebih baik. Jika bateri anda tidak dibelasah oleh kitaran nyahcas-pantas, ia bertahan lebih lama. Jika superkapasitor anda mengendalikan pancang kuasa yang direka bentuk untuknya daripada cuba menyediakan storan jangka-panjang (yang pasti bodoh), keseluruhan sistem berjalan dengan lebih baik. Tetapi anda perlu mengendalikannya cukup lama untuk mendapatkan semula premium awal itu.
Spesifikasi Teknikal Yang Penting
Ketumpatan kuasa berbanding ketumpatan tenaga ialah pertukaran asas yang menjadikan sistem hibrid berfungsi. Fikirkan ketumpatan kuasa sebagai seberapa pantas anda boleh mengakses tenaga tersimpan - yang diukur dalam watt per kilogram. Ketumpatan tenaga ialah jumlah tenaga yang boleh anda simpan - diukur dalam watt-jam setiap kilogram.
Superkapasitor: Ketumpatan kuasa tinggi (10,000+ W/kg), ketumpatan tenaga rendah (~5 Wj/kg). Mereka pelari pecut.
Bateri litium-ion: Sederhana-ketumpatan kuasa tinggi (~300-500 W/kg), ketumpatan tenaga tinggi (~250 Wh/kg). Mereka pelari maraton.
Anda memerlukan kedua-dua jenis atlet dalam pasukan anda, bergantung pada perlumbaan.
Kadar pelepasan-sendiri juga penting. Bateri menahan pengecasannya selama beberapa minggu atau bulan. Superkapasitor membocorkan tenaga dengan cepat - anda akan kehilangan peratusan yang ketara setiap hari jika tidak disambungkan kepada beban. Inilah sebabnya anda tidak akan menggunakan superkapasitor untuk-kuasa sandaran jangka panjang, walaupun sesetengah orang dalam talian kelihatan keliru tentang perkara ini.
Strategi Kawalan
Okay, bahagian ini mungkin teknikal, tetapi ia agak penting. Strategi kawalan menentukan cara kuasa mengalir antara komponen storan yang berbeza, beban dan sumber kuasa (grid atau boleh diperbaharui atau apa sahaja).
Pencukuran puncak ialah satu pendekatan - sistem hibrid melancarkan lonjakan permintaan kuasa supaya sumber kuasa utama melihat beban yang lebih malar. Komponen storan kuasa-tinggi menyerap puncak,-komponen tenaga tinggi mengendalikan garis dasar. Ini sangat besar untuk penyepaduan boleh diperbaharui kerana ia menjadikan angin dan suria kelihatan lebih seperti loji kuasa boleh hantar konvensional ke grid.
Penapisan -rendah ialah kaedah lain. Variasi kuasa frekuensi tinggi-(perubahan pantas) dialihkan ke storan padat-kuasa. Variasi frekuensi-rendah (perubahan perlahan) pergi ke storan padat-tenaga. Ia elegan secara matematik, walaupun pelaksanaan boleh menjadi rumit.
Sesetengah sistem menggunakan algoritma ramalan berdasarkan corak beban sejarah. Jika sistem mengetahui bahawa kemudahan anda biasanya mempunyai lonjakan kuasa setiap hari pada pukul 2 petang, ia boleh pra-menempatkan tenaga dalam komponen storan yang sesuai. Berfungsi dengan baik sehingga corak penggunaan anda berubah dan algoritma tiba-tiba mengoptimumkan untuk senario yang salah.
Di Mana Kita Sekarang
Teknologi ini cukup matang sehingga pemasangan besar masuk akal dalam aplikasi tertentu. Perkhidmatan grid, kemudahan perindustrian dengan keperluan kuasa yang mendesak,-penyepaduan boleh diperbaharui berskala besar - ini adalah kes penggunaan yang terbukti. Perisian GEMS Wärtsilä dan platform pengurusan tenaga yang serupa telah menjadi agak canggih dalam menyesuaikan pelbagai teknologi storan.
Aplikasi kediaman berskala lebih kecil-masih menemui tapaknya. Ekonomi masih belum berfungsi untuk kebanyakan orang, walaupun pengguna awal dan orang yang mempunyai sambungan grid yang tidak boleh dipercayai sedang memasangnya. Harga bateri terus menurun, yang membantu, tetapi sistem kawalan dan kerumitan pemasangan mengekalkan jumlah kos yang tinggi.
Kenderaan elektrik mungkin di mana kita akan melihat gelombang inovasi seterusnya. Kekangan berat dan ruang memaksa reka bentuk yang cekap, dan potensi pengeluaran besar-besaran mendorong pengurangan kos. Apa yang berfungsi dalam EV akhirnya akan mengalir ke aplikasi pegun.
Soalan Kecekapan
Jadi kembali kepada soalan asal: bolehkah sistem penyimpanan tenaga hibrid mengoptimumkan kecekapan?
ya. Tetapi tidak secara universal, tidak secara automatik, dan tidak selalu dari segi ekonomi.
Sistem hibrid-yang direka dengan baik dengan kawalan yang betul boleh mencapai-kecekapan pergi balik sebanyak 85-90% atau lebih baik - setanding atau melebihi penyelesaian teknologi tunggal. Lebih penting lagi, ia boleh mengendalikan julat keadaan operasi yang lebih luas dengan berkesan. Fleksibiliti itu selalunya lebih berharga daripada kecekapan puncak.
Keuntungan kecekapan datang daripada menggunakan setiap teknologi storan dalam julat operasi optimumnya. Bateri tidak boleh dibelasah dengan berbasikal pantas. Superkapasitor tidak terbiar kecuali semasa pancang kuasa. Keseluruhan sistem beroperasi dengan lebih lancar, yang bermaksud kurang haba buangan, kurang degradasi dan prestasi jangka panjang-yang lebih baik.
Tetapi - dan ini penting - sistem hibrid yang direka dengan buruk sebenarnya boleh menjadi kurang cekap daripada teknologi storan terpilih-telaga tunggal. Jika algoritma kawalan anda berlawan antara satu sama lain, jika anda mempunyai saiz komponen yang tidak sepadan, jika elektronik kuasa anda memperkenalkan kerugian penukaran yang berlebihan... anda baru sahaja membelanjakan lebih banyak wang untuk mendapatkan prestasi yang lebih teruk.
Apa Sebenarnya Perlu Berlaku
Industri memerlukan penyeragaman. Pada masa ini, setiap sistem hibrid agak - tersuai-dicipta untuk aplikasi khususnya. Itu bagus untuk pemasangan skala-grid dengan pasukan jurutera, tetapi ia menghalang penggunaan yang lebih luas. Kami memerlukan reka bentuk modular, berskala yang boleh digunakan tanpa mencipta semula roda setiap kali.
Pengurangan kos, jelas. Superkapasitor masih mahal setiap watt-jam storan, walaupun kami hanya memerlukannya untuk ketumpatan kuasanya. Skala pembuatan akan membantu di sini. Begitu juga teknologi supercapacitor alternatif (reka bentuk berasaskan-graphene kelihatan menjanjikan tetapi kebanyakannya masih dalam makmal).
Algoritma kawalan yang lebih baik yang boleh menyesuaikan diri dengan keadaan yang berubah-ubah tanpa campur tangan manusia. Pembelajaran mesin sebenarnya mungkin berguna di sini, tidak seperti kebanyakan aplikasi yang hanya gembar-gembur. Sistem yang mempelajari corak penggunaan khusus anda dan mengoptimumkan dengan sewajarnya boleh meningkatkan prestasi dengan ketara berbanding pengaturcaraan statik.
Dan secara jujur? Pendidikan yang lebih baik. Kebanyakan kontraktor dan pemasang elektrik tidak begitu memahami sistem storan hibrid. Kebanyakan pengguna pasti tidak. Sehingga sistem hibrid menjadi biasa seperti "sandaran bateri" dalam kesedaran umum, penggunaan akan kekal terhad kepada pakar dan peminat.
Pemerhatian Rawak
Saya terus memikirkan bagaimana kami sampai di sini - cuba menyelesaikan storan tenaga dengan penyelesaian tunggal selama beberapa dekad, dan baru-baru ini menerima pendekatan hibrid secara berskala. Ia serupa dengan cara kami beralih daripada-teras tunggal kepada pemproses berbilang-teras apabila kami mencapai had penskalaan kekerapan. Kadangkala jawapannya tidak menjadikan satu perkara lebih baik, ia menggunakan pelbagai perkara bersama secara bijak.
Seluruh aliran-gandingan DC untuk storan-tambah-berkait dengan ini. Daripada menukar DC solar kepada AC dan kemudian kembali ke DC untuk penyimpanan bateri (yang membazirkan tenaga dalam kedua-dua penukaran), gandingan DC-menyimpan segala-galanya dalam DC sehingga ia perlu pergi ke grid AC. Mengurangkan kerugian sebanyak beberapa mata peratusan. Pengoptimuman peringkat sistem-inilah yang menjadikan pendekatan hibrid berbaloi.
Juga perlu diberi perhatian: cabaran pengurusan terma dalam sistem hibrid adalah bukan-remeh. Bateri menjana haba semasa operasi. Supercapacitors menjana haba. Roda tenaga menjana haba daripada geseran galas. Bungkus semuanya bersama-sama, dan anda memerlukan penyejukan yang serius. Saya telah melihat pemasangan di mana sistem penyejukan memperoleh kuasa yang mencukupi untuk mengurangkan kecekapan keseluruhan dengan ketara. Sesuatu untuk dipertimbangkan.
Bahagian Masa Depan (Diperlukan Tetapi Spekulatif)
Bateri keadaan pepejal-mungkin mengubah permainan sepenuhnya. Jika kita mendapat bateri dengan kedua-dua ketumpatan tenaga tinggi DAN ketumpatan kuasa tinggi dengan hayat kitaran yang panjang... mungkin sistem hibrid menjadi tidak diperlukan. Atau mungkin ia menjadi lebih canggih, menggandingkan-bateri keadaan pepejal dengan teknologi lain untuk prestasi yang lebih baik. susah nak cakap.
Penyimpanan hidrogen bersembunyi di latar belakang juga. Sesetengah sistem hibrid sedang meneroka kuasa-ke-penukaran gas untuk-storan jangka masa panjang (minggu atau bulan), berpasangan dengan bateri dan supercapacitor untuk keperluan-jangka pendek. Ia rumit dan mempunyai kehilangan kecekapan, tetapi untuk storan yang benar-benar bermusim, ia mungkin satu-satunya pilihan yang berdaya maju pada skala.
Grid itu sendiri menjadi sistem tenaga hibrid - bukan sahaja storan, tetapi penjanaan, penghantaran, pengedaran, semuanya beroperasi bersama-sama dengan peningkatan kecanggihan. Penyepaduan-kenderaan ke-grid menambah lapisan lain. Akhirnya, mungkin kita berhenti memikirkan "sistem" diskret dan mula memikirkan ekosistem tenaga bersepadu sepenuhnya.
Tetapi saya mungkin semakin mendahului diri saya sendiri. Pada masa ini, kami masih memikirkan cara memasangkan bateri dengan kapasitor super dengan pasti tanpa sistem kawalan mengalami masalah.
Kesimpulan
Sistem penyimpanan tenaga hibrid berfungsi. Mereka mengoptimumkan kecekapan dengan cara yang-tidak dapat dipadankan oleh penyelesaian teknologi tunggal. Teknologi ini terbukti, faedahnya adalah nyata, dan aplikasinya semakin berkembang.
Sama ada ia masuk akal untuk mana-mana situasi tertentu bergantung pada keperluan teknikal, faktor ekonomi, dan secara jujurnya betapa kerumitan yang anda sanggup hadapi. Untuk penyepaduan boleh diperbaharui skala grid-dan aplikasi industri, ia semakin menjadi pilihan lalai. Untuk kediaman dan komersial kecil, kami masih belum sampai ke sana.
Wawasan asas - yang menggabungkan teknologi pelengkap menghasilkan hasil yang lebih baik daripada cuba menyempurnakan satu penyelesaian - nampaknya jelas apabila dilihat semula. Kebanyakan idea-idea yang baik. Cabarannya sekarang ialah menjadikan sistem hibrid lebih murah, mudah dan lebih mudah diakses supaya mereka boleh menyampaikan faedahnya dengan lebih meluas.
Dan jika anda berfikir untuk memasangnya, berbincang dengan seseorang yang benar-benar memahami elektronik kuasa dan sistem pengurusan tenaga. Bukan sekadar jurujual. Perkara ini rumit, dan tersilap adalah mahal.