क्या बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (BESS) ऑफ-ग्रिड विद्युत प्रणालियों की स्थिरता में सुधार कर सकता है?

ऑफ-ग्रिड स्थिरता के लिए BESS के मूल सिद्धांत

ऑफ-ग्रिड प्रणालियाँ क्यों सुभेद्य होती हैं: ग्रिड जड़त्व की कमी और सीमित दोष सहनशीलता (फॉल्ट राइड-थ्रू)

ग्रिड स्वतंत्र प्रणालियों में उन बड़े घूर्णनशील जनरेटरों से उत्पन्न होने वाली घूर्णन जड़त्व का वही प्रकार का अवसर नहीं होता है, जो सामान्य विद्युत ग्रिड में पाए जाते हैं। यह जड़त्व प्रणाली के लिए कुछ हद तक झटका अवशोषक का कार्य करता है, जो मांग में अचानक परिवर्तन या अप्रत्याशित रूप से विद्युत उत्पादन में कमी आने पर स्थिरता बनाए रखने में सहायता करता है। जब यह प्राकृतिक बफर अनुपस्थित होता है, तो छोटी समस्याएँ तेज़ी से नियंत्रण से बाहर निकल सकती हैं, जिससे आवृत्ति स्तर खतरनाक रूप से तेज़ी से उतार-चढ़ाव करने लगते हैं। मामले को और भी गंभीर बनाने वाली बात यह है कि कई ऑफ-ग्रिड सेटअप इस क्षमता के साथ संघर्ष करते हैं जिसे 'फॉल्ट राइड थ्रू क्षमता' कहा जाता है। मानक सुरक्षा प्रोटोकॉल आमतौर पर वोल्टेज में गिरावट या आवृत्ति में क्षणिक उतार-चढ़ाव के होने पर इन्वर्टर को बंद कर देते हैं या कुछ लोड्स को बिजली की आपूर्ति काट देते हैं, बजाय इसके कि वे संभवतः सब कुछ चलाए रखें। यह विशेष रूप से उन दूरस्थ क्षेत्रों में गंभीर समस्या बन जाता है, जहाँ के पास वैकल्पिक विद्युत स्रोतों की कोई निकटतम उपलब्धता नहीं होती है। परिणामस्वरूप, ये छोटे विच्छेद अक्सर पूर्ण बिजली आपूर्ति विफलता (ब्लैकआउट) में बदल जाते हैं। इन सभी अंतर्निहित कमज़ोरियों के कारण, ऑफ-ग्रिड संचालन को समय के साथ विश्वसनीय और मज़बूत बनाए रखने के लिए विशेष स्थिरीकरण उपायों को शुरुआत से ही शामिल करने की आवश्यकता होती है।

मुख्य बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम क्षमताएँ: तीव्र प्रतिक्रिया, द्विदिशिक शक्ति प्रवाह और ऊर्जा समय-स्थानांतरण

BESS प्रणालियाँ इन समस्याओं का सामना तीन मुख्य तरीकों से करती हैं, जो वास्तव में एक महत्वपूर्ण अंतर लाते हैं। पहली बात, जिस पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है, उनकी प्रतिक्रिया की गति है। हम अधिकांश समय में 100 मिलीसेकंड से कम की प्रतिक्रिया की बात कर रहे हैं। यह गति उन्हें आवृत्तियों के टूटने के तुरंत बाद ही शक्ति को तुरंत इंजेक्ट करने या अवशोषित करने की अनुमति देती है, जिससे संभावित प्रणाली अस्थिरता को नियंत्रण से बाहर होने से पहले ही रोका जा सकता है। एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता उनकी दो-दिशात्मक शक्ति प्रवाह क्षमता है। इसका अर्थ है कि चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के बीच स्वचालित रूप से और वास्तविक समय में स्विच करना संभव हो जाता है, जिससे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के उतार-चढ़ाव को बदलती हुई उपभोक्ता आवश्यकताओं के साथ संतुलित करने में सहायता मिलती है। और फिर यह मामला है कि सौर पैनलों या पवन टरबाइनों से अतिरिक्त ऊर्जा को उन समयों पर संग्रहित किया जाता है, जब बिजली की कोई विशेष आवश्यकता नहीं होती है। यह संग्रहित ऊर्जा चोटी के घंटों के दौरान या तब उपयोगी होती है, जब हवा नहीं चल रही होती है या सूर्य का प्रकाश नहीं होता है। माइक्रोग्रिड इंस्टीट्यूट और NREL द्वारा 2023 में किए गए कुछ हालिया शोध के अनुसार, इस दृष्टिकोण से अपने स्वयं के माइक्रोग्रिड वाले अलग-थलग समुदायों में डीजल जनरेटर के उपयोग में लगभग 30 से 50 प्रतिशत की कमी आती है।

BESS-आधारित आवृत्ति और वोल्टेज स्थिरीकरण

कृत्रिम जड़त्व और ड्रूप नियंत्रण: इन्वर्टर-प्रभावित माइक्रोग्रिड्स के लिए क्षतिपूर्ति

इन्वर्टर-आधारित माइक्रोग्रिड्स विशेष रूप से उन क्षेत्रों में अधिक प्रचलित हो रहे हैं, जहाँ ऑफ-ग्रिड सेटअप में नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत प्रमुखता रखते हैं। ये प्रणालियाँ पारंपरिक ग्रिड्स के समान प्राकृतिक घूर्णन जड़त्व (रोटेशनल इनर्शिया) से वंचित होती हैं; अतः जब उत्पादित और उपयोग की गई ऊर्जा के बीच असंतुलन आता है, तो ये अचानक आने वाले आवृत्ति परिवर्तनों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील हो जाती हैं। बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम्स (BESS) सिंथेटिक इनर्शिया (कृत्रिम जड़त्व) का अनुकरण करके इन प्रणालियों की सहायता करते हैं। मूल रूप से, शक्ति इलेक्ट्रॉनिक्स आवृत्ति परिवर्तनों—जिन्हें रेट ऑफ चेंज ऑफ फ्रीक्वेंसी (RoCoF) कहा जाता है—का पता लगाते हैं और फिर बहुत तीव्र गति से प्रणाली में शक्ति प्रविष्ट कराते हैं या प्रणाली से शक्ति निकालते हैं, जिससे RoCoF की दर नियंत्रण रहित प्रणालियों की तुलना में आधी से अधिक कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त, 'ड्रूप कंट्रोल' (झुकाव नियंत्रण) नामक एक और तकनीक भी है, जो विभिन्न शक्ति स्रोतों को स्वचालित रूप से कार्यभार को साझा करने की अनुमति प्रदान करती है। यदि आवृत्ति कम हो जाती है, तो बैटरियाँ स्थिरता बनाए रखने के लिए संग्रहीत ऊर्जा मुक्त करती हैं; जबकि अतिरिक्त शक्ति उपलब्ध होती है, तो वे उसे अवशोषित कर लेती हैं। ये सभी विशेषताएँ एक साथ कार्य करके पारंपरिक सिंक्रोनस मशीनों की तरह व्यवहार करती हैं, जिससे जनरेटर्स के अचानक बंद होने या लोड में अचानक परिवर्तन के बावजूद भी समग्र प्रणाली सुचारू रूप से कार्य करती रहती है—और इसके लिए अधिकांश समय तक किसी मानव हस्तक्षेप या मैनुअल प्रबंधन की आवश्यकता नहीं होती है।

बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (BESS) द्वारा गतिशील प्रतिक्रियाशील शक्ति सहायता और सक्रिय वोल्टेज नियामन

वोल्टेज अस्थिरता अभी भी कई ऑफ-ग्रिड प्रणालियों को प्रभावित कर रही है, जो पवन और सौर ऊर्जा जैसे नवीकरणीय स्रोतों पर भारी निर्भरता रखती हैं। पारंपरिक वोल्टेज नियामक प्रणालियाँ इन प्रणालियों में आने वाले तीव्र परिवर्तनों को संभालने के लिए डिज़ाइन नहीं की गई हैं। बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (BESS) को उन्नत एनर्जी मैनेजमेंट सिस्टम (EMS) के साथ जोड़कर इस समस्या का प्रभावी ढंग से समाधान किया जा सकता है। ये प्रणालियाँ नियमित शक्ति प्रवाह के स्वतंत्र रूप से कार्य करने वाला गतिशील प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन प्रदान करती हैं। EMS ग्रिड पर क्या हो रहा है, इस पर लगातार नज़र रखता है और वोल्टेज गिरावट, चोटी (स्पाइक्स) या विचित्र तरंग रूपों जैसी समस्याओं को लगभग तुरंत ठीक करने के लिए धारिता (कैपेसिटिव) या प्रेरक (इंडक्टिव) VARs का उपयोग कर सकता है। सौर उत्पादन में अचानक कमी या प्रबल पवन झोंकों के दौरान, प्रणाली प्रतिक्रियाशील शक्ति को अस्थायी रूप से संग्रहित करती है। यह अवांछित हार्मोनिक्स को भी फ़िल्टर करती है और स्वचालित रूप से सामान्य स्तर से लगभग 2% के भीतर वोल्टेज को स्थिर रखने के लिए समायोजित हो जाती है, बिना बैकअप डीज़ल जनरेटरों को चालू किए। IEEE PES माइक्रोग्रिड समिति की रिपोर्ट्स के अनुसार, इन विशेषताओं से वोल्टेज से संबंधित बिजली आउटेज़ में लगभग 70% की कमी आई है। इसके अतिरिक्त, स्थिरता बनाए रखने से संवेदनशील उपकरणों का जीवनकाल बढ़ जाता है, क्योंकि ये निरंतर उतार-चढ़ाव के कारण तनावग्रस्त नहीं होते हैं।

संचालनात्मक लचीलापन: शिखर काटने से लेकर ब्लैक स्टार्ट तक

बुद्धिमान BESS डिस्पैच के माध्यम से लोड संतुलन और डीजल जनरेटर से बचना

जब नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन में उतार-चढ़ाव आता है और विद्युत मांग अप्रत्याशित रूप से घटती-बढ़ती है, तो यह ऑफ-ग्रिड प्रणालियों के लिए वास्तविक समस्याएँ पैदा करता है, विशेष रूप से उन प्रणालियों के लिए जो अभी भी बैकअप बिजली के लिए डीजल जनरेटरों पर भारी निर्भरता रखती हैं। बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (BESS) इन समस्याओं का सामना स्मार्ट एल्गोरिदम का उपयोग करके करते हैं, जो यह भविष्यवाणी कर सकते हैं कि बिजली को कब संग्रहित किया जाए या कब छोड़ा जाए, जिससे बिना BESS के होने वाली तुलना में उन अत्यधिक अस्थिर लोड वक्रों को लगभग 60 से 80 प्रतिशत तक समतल करने में सहायता मिलती है। ये प्रणालियाँ तब सौर पैनलों या पवन टरबाइनों से अतिरिक्त विद्युत को अवशोषित कर लेती हैं जब उसकी आपूर्ति अधिक होती है, और फिर जब मांग में तेजी से वृद्धि होती है तो उसे ग्रिड में वापस प्रवाहित कर देती हैं। इसका अर्थ है कि कंपनियों को स्थिर बिजली स्तर बनाए रखने के लिए अपने महंगे डीजल जनरेटरों को लगातार चलाने की आवश्यकता नहीं होती है। एक खनन कंपनी ने BESS स्थापित करने के बाद अपने वार्षिक ईंधन बिल में लगभग 7 लाख अमेरिकी डॉलर की कमी देखी, और उन्होंने डीजल इंजन के संचालन के समय को पूर्व में था जो था, उसके केवल 8% तक कम कर दिया, जबकि महत्वपूर्ण संचालन अभी भी चिकनी तरीके से जारी रहे। ऊर्जा उपयोग की वास्तविक समय में निगरानी करने और इसके अनुसार अनुसूची समायोजित करने की क्षमता के कारण जनरेटरों को इतनी बार-बार चालू और बंद करने की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे उनका जीवनकाल वास्तव में बढ़ जाता है और यह सुनिश्चित किया जाता है कि कोई भी दिक्कत लंबे समय तक चलने पर पर्याप्त बैकअप बिजली उपलब्ध रहे।

काला प्रारंभ क्षमता: बाहरी सहायता के बिना महत्वपूर्ण ऑफ-ग्रिड अवसंरचना को पुनर्स्थापित करना

ऑफ-ग्रिड प्रणालियाँ कभी-कभी पूरी तरह से विफल हो सकती हैं, लेकिन बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ (BESS) एक विशेष क्षमता प्रदान करती हैं, जिसे स्वायत्त ब्लैक स्टार्ट क्षमता कहा जाता है। ये प्रणालियाँ वास्तव में महत्वपूर्ण अवसंरचना को बिना किसी बाहरी ग्रिड सहायता या किसी व्यक्ति द्वारा जनरेटर को मैनुअल रूप से शुरू किए बिना, स्वतः ही बिजली पुनः प्रदान कर सकती हैं। पारंपरिक डीजल इकाइयों को ईंधन प्राइमिंग, इंजन क्रैंकिंग और सब कुछ उचित रूप से सिंक्रोनाइज़ करने जैसे कई चरणों की आवश्यकता होती है। BESS इन सभी झंझटों को छोड़ देती हैं और लगभग तुरंत स्थिर वोल्टेज और आवृत्ति प्रदान करती हैं, जिससे माइक्रोग्रिड नियंत्रकों को पुनः आरंभ करने और क्रमिक रूप से प्राथमिकता वाले भार (प्रायोरिटी लोड्स) को पुनः सक्रिय करने में सहायता मिलती है। एक वास्तविक दुनिया के उदाहरण के रूप में, बड़े शहरों से दूर स्थित एक अस्पताल का उल्लेख किया जा सकता है। एक पूर्ण बिजली आपूर्ति विफलता के बाद, BESS ने केवल 28 सेकंड में ही शल्य चिकित्सा लाइट्स और जीवन रक्षक प्रणालियों को पुनः सक्रिय कर दिया। यह कैसे काम करता है? इस प्रक्रिया की शुरुआत नियंत्रण संचार को पुनः जोड़ने से होती है, फिर उन भारों को सक्रिय किया जाता है जिन्हें हम आवश्यक भार (एसेंशियल लोड्स) कहते हैं (जो आमतौर पर कुल क्षमता से 10% से कम होते हैं)। अंत में, यह स्थानीय ऊर्जा उत्पादन संपत्तियों को पुनः ऑनलाइन कर देता है। नवीनतम BESS मॉडलों में पूर्व-चार्ज सर्किट, अंतर्निर्मित आइलैंडिंग डिटेक्शन और गहन डिस्चार्ज की स्थिति में भी विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए मजबूत फर्मवेयर जैसी विशेषताएँ शामिल हैं। ये सभी सुधार ईंधन की आपूर्ति पर निर्भरता को कम करते हैं और पुनः प्रारंभ के समय को कई घंटों से घटाकर अधिकतम दो मिनट तक कम कर देते हैं।

सामान्य प्रश्न अनुभाग

BESS क्या है?

बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (BESS) ऐसी तकनीकें हैं जो बाद में उपयोग के लिए ऊर्जा का भंडारण करती हैं, जिससे बिजली आपूर्ति प्रणालियों को स्थिर करने और मांग को उत्पादन के साथ संतुलित करने में सहायता मिलती है।

ऑफ-ग्रिड प्रणालियाँ क्यों सुभेद्य होती हैं?

ऑफ-ग्रिड प्रणालियों में ग्रिड जड़त्व का अभाव होता है और अक्सर दोष सहन क्षमता (फॉल्ट राइड-थ्रू कैपेबिलिटी) में कठिनाई होती है, जिसके कारण बार-बार बिजली अस्थिरता और आउटेज होते हैं।

BESS ऑफ-ग्रिड प्रणालियों को स्थिर करने में कैसे सहायता करता है?

BESS तीव्र प्रतिक्रिया, द्विदिशिक शक्ति प्रवाह और ऊर्जा के समय-शिफ्टिंग की सुविधा प्रदान करता है, जिससे आवृत्ति और वोल्टेज को स्थिर करने में सहायता मिलती है तथा डीजल जनरेटरों पर निर्भरता कम होती है।

ब्लैक स्टार्ट क्षमता क्या है?

ब्लैक स्टार्ट क्षमता से तात्पर्य BESS की उस क्षमता से है जिसके द्वारा बिना किसी बाहरी सहायता के महत्वपूर्ण ऑफ-ग्रिड अवसंरचना को स्वायत्त रूप से बिजली पुनः प्रदान की जा सके।