बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली (बीईएसएस) वास्तुकला और बैटरी प्रकारों पर चर्चा करने से पहले, हमें पहले इस क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली सबसे आम शब्दावली पर ध्यान देना चाहिए। कई महत्वपूर्ण पैरामीटर बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के व्यवहार का वर्णन करते हैं।
क्षमता [आह]: अधिकतम विद्युत चार्ज जो सिस्टम उचित वोल्टेज पर संलग्न लोड को प्रदान करने में सक्षम है। बैटरी की तकनीक का इस पैरामीटर पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, जिसका मान एक विशेष डिस्चार्ज करंट और तापमान के लिए निर्धारित होता है।
नाममात्र ऊर्जा [Wh]:यह पूर्ण चार्ज और पूर्ण डिस्चार्ज की स्थिति के बीच उत्पन्न होने वाली कुल ऊर्जा है। यह बैटरी वोल्टेज की क्षमता से गुणा के बराबर है। तापमान और धारा का भी प्रभाव पड़ता है, क्योंकि क्षमता इसे निर्धारित करती है।
पावर [डब्ल्यू]:BESS की आउटपुट पावर को परिभाषित करना कठिन है क्योंकि यह संलग्न भार पर निर्भर करता है। फिर भी, नाममात्र शक्ति सबसे विशिष्ट निर्वहन परिदृश्य में शक्ति का प्रतिनिधित्व करती है।
विशिष्ट ऊर्जा [Wh/kg]:यह द्रव्यमान के संबंध में बैटरी की ऊर्जा भंडारण क्षमता को इंगित करता है।
चार्ज और डिस्चार्ज अवधि निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पैमाने को कहा जाता हैटोकरा. डिस्चार्ज करंट 1C पर एक घंटे में बैटरी को पूरी तरह खत्म कर देगा।
चार्ज/डिस्चार्ज/चार्ज हैचक्र. साइकिल क्या है इसकी कोई सर्वसम्मत परिभाषा नहीं है।
एक बैटरी कीचक्र जीवनयह उसके द्वारा उत्पादित चक्रों की कुल संख्या है।
डीओडी: निर्वहन गहराई. पूर्ण निर्वहन 100% है;
राज्य प्रभारी (एसओसी,%):इस संख्या से बैटरी का चार्ज स्तर दर्शाया जाता है।
शब्द "कूलम्बिक दक्षता"चार्ज को कुशलतापूर्वक संचारित करने की बैटरी की क्षमता को संदर्भित करता है। यह डिस्चार्ज चरण के दौरान जारी चार्ज मात्रा (एएच) के लिए चार्ज की मूल स्थिति में लौटने के लिए आवश्यक चार्ज का अनुपात है। लेड-एसिड तकनीक के अपवाद के साथ, सबसे सामान्य बैटरियों की दक्षता इसके बराबर होती है।
इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के मुख्य प्रकार
अनेक बैटरी प्रणालियाँ मौजूद हैं, जिनमें से प्रत्येक रासायनिक घटकों और प्रक्रियाओं के अनूठे संयोजन पर आधारित हैं। लेड-एसिड और ली-आयन बैटरियां वर्तमान में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली प्रकार हैं, लेकिन फ्लो, निकल और सल्फर-आधारित बैटरियां भी इस बाजार में अपना स्थान रखती हैं। हम सबसे लोकप्रिय बैटरी प्रौद्योगिकियों के प्रमुख लाभों की शीघ्र समीक्षा करेंगे।
हम इन बैटरियों का नियमित रूप से उपयोग करते हैं। इस बैटरी का बेस सेल एक बाय-ऑक्साइड या लेड पॉजिटिव इलेक्ट्रोड और एक नेगेटिव लेड इलेक्ट्रोड से बना है। इलेक्ट्रोलाइट पानी में सल्फ्यूरिक एसिड का घोल है।
इन बैटरियों का प्राथमिक लाभ उनकी सामर्थ्य और उन्नत तकनीकी स्थिति है।
निकेल-कैडमियम (Ni-Cd) बैटरियाँ
लिथियम बैटरी तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग होने से पहले, इस प्रकार की बैटरी कई वर्षों तक पोर्टेबल उपकरणों के लिए प्राथमिक शक्ति स्रोत के रूप में काम करती थी।
ये बैटरियां उच्च पावर आउटपुट और त्वरित रिचार्जिंग समय प्रदान करती हैं।
इन बैटरियों में सुधार निकेल-मेटल-हाइड्राइड (एनआईएमएच) तकनीक द्वारा दर्शाया गया है, जो मानक एनआईसीडी की तुलना में लगभग 40% अधिक विशिष्ट ऊर्जा प्रदान कर सकता है।
लिथियम-आयन (Li-Ion) बैटरियां
सभी धातुओं में से लिथियम की विशिष्ट ऊर्जा सबसे अधिक है और यह सबसे हल्का है। लिथियम मेटल एनोड रिचार्जेबल बैटरियों में अविश्वसनीय रूप से उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करने की क्षमता होती है।
अन्य प्रतिबंध भी हैं. उदाहरण के लिए, साइकलिंग के दौरान एनोड पर डेन्ड्राइट का विकास एक प्रासंगिक प्रतिबंध है। इसके परिणामस्वरूप बिजली गुल हो सकती है, जिससे तापमान बढ़ सकता है और बैटरी को नुकसान हो सकता है।
BESS की संरचना
विभिन्न "स्तर", तार्किक और भौतिक दोनों, एक BESS बनाते हैं। प्रत्येक अद्वितीय भौतिक भाग को अपनी स्वयं की नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता होती है।
यहां इन प्रमुख चरणों का विवरण दिया गया है:
बैटरी सिस्टम विभिन्न बैटरी पैक और कई बैटरियों से बना है जो वांछित वोल्टेज और वर्तमान स्तर को प्राप्त करने के लिए एक दूसरे से जुड़े हुए हैं।
बैटरी प्रबंधन प्रणाली प्रत्येक सेल की उचित कार्यप्रणाली को नियंत्रित करती है ताकि सिस्टम को वोल्टेज, करंट और तापमान सीमा के भीतर कार्य करने में सक्षम बनाया जा सके जो संपूर्ण सिस्टम के बजाय बैटरी के उत्कृष्ट स्वास्थ्य के लिए सुरक्षित है। इसके अतिरिक्त, ऐसा करने से प्रत्येक सेल में चार्ज की स्थिति को समायोजित और संतुलित किया जाता है।
बिजली को एसी में बदलने के लिए इनवर्टर को बैटरी सिस्टम से जोड़ा जाता है। पीसीएस (पावर रूपांतरण प्रणाली) के रूप में जाना जाने वाला एक विशेष पावर इलेक्ट्रॉनिक स्तर प्रत्येक बीईएसएस में मौजूद होता है। इसे आम तौर पर उचित निगरानी के लिए आवश्यक सभी सहायक सेवाओं के साथ एक रूपांतरण इकाई में समूहीकृत किया जाता है।
प्रणाली और ऊर्जा प्रवाह की निगरानी और नियंत्रण (ऊर्जा प्रबंधन प्रणाली) निम्नलिखित चरण हैं। पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण प्रणाली, या SCADA प्रणाली में अक्सर सामान्य निगरानी और नियंत्रण कार्य शामिल होते हैं। दूसरी ओर, ऊर्जा प्रबंधन प्रणाली विशेष रूप से अनुप्रयोग आवश्यकताओं के अनुसार बिजली प्रवाह की निगरानी के लिए डिज़ाइन की गई है।
मध्यम-वोल्टेज/निम्न-वोल्टेज ट्रांसफार्मर कनेक्शन और, सिस्टम के आकार के आधार पर, एक समर्पित सबस्टेशन पर उच्च-वोल्टेज/मध्यम-वोल्टेज ट्रांसफार्मर अंतिम कनेक्शन हैं।
पीवी मॉड्यूल और बीईएसएस एकीकरण
जैसा कि इस श्रृंखला के पहले भाग में चर्चा की गई है, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत भविष्य में विद्युत प्रणालियों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालने के लिए तैयार हैं। नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के साथ बीईएसएस के एकीकरण से विद्युत प्रणाली और नवीकरणीय ऊर्जा संयंत्र दोनों को लाभ हो सकता है।
निम्नलिखित उन विभिन्न तरीकों की व्याख्या करता है जिनसे BESS एक बिजली संयंत्र की सहायता कर सकता है:
अधिक स्थिर और पूर्वानुमेय पीढ़ी वक्र प्राप्त करने के लिए, यह क्लाउड कवर या बिजली में अचानक बढ़ोतरी के तहत पीढ़ी प्रोफ़ाइल की "अस्थिरता" को संतुलित करेगा। बादल वाले दिन में पीवी संयंत्र के उत्पादन वक्र और साफ आसमान वाले दिन में पीवी संयंत्र के उत्पादन वक्र के बीच का अंतर चित्र 4 में प्रदर्शित किया गया है। बीईएसएस के एकीकरण के साथ पीढ़ी कम "झिलमिलाहट" प्रदर्शित करेगी, जिससे अधिक नियमित वक्र प्राप्त होगा।
पीक शेविंग के परिणामस्वरूप जेनरेशन कर्व "स्मूथ" हो जाएगा (पीक शेविंग के बारे में अधिक जानकारी के लिए, पिछला लेख पढ़ें)।
ग्रिड समर्थन और सहायक सेवाओं के संबंध में, बीईएसएस विद्युत प्रणाली पर काफी कम प्रभाव के साथ आवृत्ति विनियमन और वोल्टेज प्रबंधन (प्रतिक्रियाशील बिजली मुआवजे के साथ) की पेशकश करके बिजली संयंत्र के विद्युत ग्रिड में एकीकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।
उपर्युक्त सेवाओं के अलावा, फोटोवोल्टिक मॉड्यूल और बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के बीच अधिक संभावित सहयोग मौजूद हैं, जो कनेक्शन बिंदु (पीओसी) के आदान-प्रदान से शुरू होता है। चूंकि पीवी मॉड्यूल को "पूरक" करने के लिए अक्सर BESS स्थापित किया जाता है, इसलिए इसकी उपस्थिति के लिए POC पर अतिरिक्त शक्ति की आवश्यकता नहीं हो सकती है।
अतिरिक्त संभावित सहयोग पीवी मॉड्यूल बीईएसएस से कैसे जुड़ते हैं इसकी वास्तुकला में किए गए निर्णयों से उपजा है। कम से कम तीन प्राथमिक विकल्प मौजूद हैं:
डीसी युग्मन: इस विकल्प में, वोल्टेज को स्थिर करने के लिए बैटरी और पीवी मॉड्यूल के डीसी पक्ष पर बीईएसएस और पीवी को जोड़ने के लिए एक विशेष डीसी/डीसी कनवर्टर का उपयोग किया जाता है। इस पद्धति के साथ, संयंत्र के सभी एसी पक्ष पीवी मॉड्यूल और बीईएसएस के बीच इनवर्टर साझा करेंगे (इस परिदृश्य में इन्वर्टर पीक्यू आरेख के सभी 4 चतुर्थांशों में काम करने में सक्षम होगा)। यह विकल्प आवासीय के लिए काफी आम है अनुप्रयोगों, या एक छोटे संयंत्र (किलोवाट) के मामले में। बड़े पैमाने के संयंत्र के मामले में, BESS को पूरे क्षेत्र में वितरित किया जाएगा। हालाँकि, डीसी वोल्टेज और प्रत्येक बैटरी पैक के चार्ज को नियंत्रित करने के लिए विशिष्ट और महंगे तर्क की आवश्यकता होगी।
इन्वर्टर के बाद एसी कपलिंग: यह विधि पिछले वाले से तुलनीय है, लेकिन यह इनवर्टर के बाद बीईएसएस और पीवी मॉड्यूल युग्मन बिंदु रखती है। इस उदाहरण में, BESS और PV मॉड्यूल में से प्रत्येक के पास अपना स्वयं का समर्पित इन्वर्टर होगा। क्योंकि डीसी कपलिंग के लिए अतिरिक्त नियंत्रण तर्क की कोई आवश्यकता नहीं है, यह विधि आवासीय अनुप्रयोगों के लिए भी लोकप्रिय है और वितरित बीईएसएस बनाने के लिए बड़े संयंत्रों में इसका उपयोग किया जा सकता है।
पीओसी पर एसी कपलिंग:इस समाधान में, पीवी मॉड्यूल और बीईएसएस केवल इंटरकनेक्शन सुविधा साझा करते हैं, जबकि उन्होंने संयंत्र स्तर पर अनुभागों को पूरी तरह से अलग कर दिया है।