Je BESS inaweza kutumika katika kupunguza mizinga ya mitandao ya umma ya miji?

Kuelewa kupunguza mizinga na mgogoro wa mitandao ya miji

Mitandao ya umma ya miji inakabiliwa na ukorofu msingi kati ya usambazaji na mahitaji. Umatumizi wa umeme unapanda juu wakati wa asubuhi na jioni pale walimu wa biashara, mfumo wa usafiri, na watumiaji wa nyumbani wanapokuja pamoja kuchukua umeme. Utofu kati ya mzigo wa msingi na mahitaji haya ya juu unafanya watoa huduma kuhifadhi uwezo wa kusimama — nguvu za kuzunguka zinazotumika kwa uchumi wa sehemu ya uchumi, kuchoma mafuta wakisubiri kushuka kwa mahitaji ambayo yanaweza au hayawezi kutokea.

Kupunguza kipindi cha juu (peak shaving) kinatatua uhaba huu kwa kupunguza nguvu ya juu zaidi ambazo zinapopatikana kutoka kwenye mtandao wakati wa muda wa kipindi cha juu cha matumizi. Badala ya kuongeza uzalishaji, mashirika ya umeme au watumiaji wakuu hufanya matumizi ya nishati iliyohifadhiwa ili kufunga tofauti hiyo. Kesi ya kiuchumi ya kupunguza kipindi cha juu inaongezeka kwa nguvu zaidi kama vile bei za umeme kulingana na wakati (time-of-use) zinazostahiliwa katika masoko ya miji, ambapo bei za kipindi cha juu zinaweza kuzidisha bei za kipindi cha chini kwa sababu ya tatu au zaidi.

Bess — Mifumo ya Hifadhi ya Nishati ya Bateri (Battery Energy Storage Systems) — imekuja kuwa teknolojia inayotumika zaidi kwa matumizi haya. Tokea na hifadhi ya umeme ya maji iliyopandwa (pumped hydro storage) ambayo inahitaji jiografia maalum, au mifumo ya viti vya kuzunguka (flywheel systems) ambayo inakwamisha kwa muda mfupi tu, hifadhi ya bateri inaweza kusimamia kutoka kwa matumizi ya jengo la biashara hadi kwa mifumo ya ukubwa wa shirika la umeme linalohudhuria mitaa yote ya mji.

Jinsi ya MFUNZO YA HIFADHI YA NISHATI YA BATERI (BESS) inavyofanya kupunguza kipindi cha juu katika mazingira ya miji

Mkataba wa kuchakua-na-kutoa umeme

A bess uwanja wa kufunga uliounganishwa na kituo cha chini cha mji huchakua nishati wakati wa masaa ya kushindwa — kawaida kati ya saa ya 00:00 na 06:00 asubuhi, wakati uhamisho wa msingi wa nishati unazidisha kiasi zaidi kuliko mahitaji. Nishati iliyohifadhiwa inatumika tena kwenye mtandao wa umeme wakati wa kushindwa asubuhi (07:00–10:00) na wakati wa kushindwa mwa jioni (17:00–21:00), ikifanya mstari wa mzigo wa jumla wa mtandao wa juu wa uhamisho usio na mbegu za kushindwa.

Bateri za lithium iron phosphate (LiFePO4) zinadamia matumizi ya BESS ya mji kwa sababu nyingi. Ustahili wao wa joto unapunguza hatari ya moto katika eneo zilizojaa watu sana, ambapo hitaji la joto linaweza kuwa na matokeo yasiyo ya kufaa. Muda wa maisha wa mzunguko unaopita 6,000 mzunguko ya kuchakua na kutumia nishati kwa kina cha 80% inamaanisha mfumo uliofugwa leo utakuwa bado unaofanya faida ya kiuchumi kwa miaka 15–20 ya uendeshaji wa kila siku wa kushindwa kwa kipekee.

Udhibiti wa mji wa Asia ya Kusini-Katikati uliweka mfumo wa kuhifadhi umeme wa 20MW/40MWh katika kituo cha chini cha mji kilichopandwa sana ambapo ufunguo wa nafasi ya kisasa ulizima uwezo wa kuongeza transforma ya tatu. Mfumo wa betri ulichukua peak ya umeme ya 15MW ya mchana ya vitakatishi vya hewa, kuzidisha kwa takriban miardadi 12 ya gharama za kuboresha kituo cha chini kwa miaka saba.

Uunganisho na Miundombinu ya Kituo cha Chini Iliyopo

Uwanja wa BESS wa mji huunganishwa kwa kawaida kwenye kiwango cha juu cha umeme (10–35kV) kupitia transforma za kuongeza ambazo zimejumuishwa katika chombo cha betri au zimepangwa karibu nayo. Systamu ya kubadilisha umeme (PCS) inasimamia mtiririko wa umeme wa mbili-mwendo, kubadilisha kutoka kufanya kazi ya kuchakulia wakati wa kujaza hadi kufanya kazi ya kutoa umeme wakati wa kutoa umeme kwa milisekunde chache baada ya kupokea ishara ya kuteleza kutoka kwenye mtandao.

Mifumo ya BESS inayoweza kugeuzwa kwenye rafu inafaa kwa uwekaji wa ndani ya mstari wa chini ambapo eneo la ukuta ni kikubwa. Mifumo ya BESS inayoweza kugeuzwa kwa upande inaruhusu watoa huduma za umeme kukuza uwezo kwa njia ya hatua — kuanza na kontena ya 5MWh na kuongeza vitengo kama vile mtazamo wa mahitaji unavyobadilika. Mbinu hii ya vitengo inapunguza malipo ya awali ya mali kuliko kujenga kituo cha BESS cha kipekee.

Mahitaji ya Teknolojia kwa Uwekaji wa BESS katika Miji

Mazingira na Usalama

Mistari ya chini ya miji hawana ardhi isiyojumuishwa kwa uwekaji mkubwa wa betri. Suluhisho la BESS kwenye kontena linatatua hili kwa kujenga mchakato wote — betri, PCS, usimamizi wa joto, na kupanga moto — kwenye fomu ya kontena za usafirishaji zinazotumika kwa kawaida ambazo zinaweza kugeuzwa kwenye vinyo vya mistari ya chini vilivyopo.

Mashauri ya usalama wa moto inahitaji ulinzi wa nguzo mbili: ufuatiliaji wa kieli kwa kutambua mabadiliko ya voltage kabla ya kuanza kwa kipindi cha joto kali, ufuatiliaji wa gesi kwenye kituo cha kuchakata kutoa upepo kabla ya kusukumwa kwa gesi za kutia moto kutokana na likuidi ya kuchakata, na mfumo wa kupunguza moto kwenye chombo cha kuhifadhi kinachofanya kazi moja kwa moja. NFPA 855 inatoa standardi ya kusakinisha mfumo wa kuhifadhi ya nishati, ikitoa umbizo la umbizo kati ya vituo na mahitaji ya upepo ambayo vituo vya miji vinapaswa kujitimiza kwa sababu yake yanapopandwa karibu na majengo yaliyo na watu.

Standardi za Kuunganisha kwenye Mfumo wa Umeme

IEEE 1547 inasimamia uunganishaji wa rasilimali za nishati zinazotengenezwa, ikiwemo BESS, na mtandao. Kwa mazingira ya miji, lazima kuthibitishwe uwezo wa kusimama kwenye mtandao wakati wa kupungua kwa mfumo wa umeme kwa muda mfupi badala ya kutoa uunganisho, ambalo lingeweza kuongeza ukovu wa mtandao wakati wa matukio ya juu zaidi ambayo mfumo ulikuwa umeanzishwa ili kupunguza. PCS lazima iweze kufanana na taksi ya mtandao kwa kipengele cha ±0.5 Hz na kujibu ishara za utawala wa mtandao kupitia uunganisho wa SCADA.

Maswali Yanayoulizwa Marahaba

Ukubwa gani wa BESS unahitajika kwa kuchukua kilele katika miji?

Matumizi ya viwanja vya biashara mara nyingi hahitaji 500kWh–2MWh ili kuchukua kilele cha kiwango cha kituo. Kuchukua kilele cha kiwango cha kituo cha usambazaji kinahitaji 10–50MWh kulingana na michoro ya mzigo wa mikondo. Matumizi ya kikatiba kwa kilele cha mji huwakilisha kiasi kutoka 100MWh na zaidi. Ukubwa unaeleweka kulingana na ukubwa wa kilele, muda wake, na asilimia ya kilele kinachotarajiwa kuchukuliwa, si kwa formula moja kwa moja.

Muda gani BESS inaweza kudumu kuchukua kilele kwa kutoa nishati?

Mizani ya kuchukua mzigo wa mji zinazotumika kwa ajili ya kupunguza peak inaleta muda wa kuchukua mzigo wa 2–4 saa kwa muda mrefu kwa nguvu iliyowekwa. Hii inasaidia kufikia kipindi cha peak cha asubuhi au ya mchana. Mizani ya kuchukua mzigo ya muda mrefu (6–8 saa) yanapatikana lakini yana gharama kubwa kwa kila kWh ambayo haina sababu ya kujitolea kwa ajili ya kupunguza peak pekee, ingawa inaongeza thamani kupitia huduma za ziada kama vile urembo wa mara kwa mara.

Je, kuchukua mzigo wa BESS unafanya kazi pamoja na uingiliano wa nishati ya kisasa?

Ndiyo. Kuchanganya BESS na jenereta za jua juu ya nyumba au ya uwindi wa mji unazalisha mfumo wa mchanganyiko ambapo nishati ya ziada ya kisasa inachakua betri kwa ajili ya kuchukua mzigo wa mchana. Hii inasaidia kutatua tatizo la "duck curve" ambapo uzalishaji wa jua unapungua wakati maalum pale mahitaji ya mchana yanapanda. Wakaguzi kama vile Liaoning Sinotech Group watoa suluhisho za BESS na jua zinazochanganyika kwa ajili ya matumizi haya.

Ni tofauti gani kati ya kufunga BESS kwenye rafu na kufunga BESS kwa njia ya kusimama moja juu ya moja?

BESS ya kufungwa kwenye rafu inafiti katika rafu za serba ya kawaida za 19-inch kwa mafunzo ya ndani yenye mazingira ya kudhibitiwa. BESS ya kuzidisha inatumia makabati ya nje ya kujilinda kutoka kwa hali ya hewa ambayo huunganishwa kibeletriki na kuzungumzia kupitia kiongozi mkuu. Kufungwa kwenye rafu unafaa kwa majengo ya udhibiti wa substation; kuzidisha unafaa kwa uwekaji wa nje wa pad-mounted ambapo adhara ya ndani haipatikani.

Jinsi ya BESS ya kuchukua kilele kinafafanua gharama za umeme?

Watumiaji wa biashara na viwanda wenye tarifa za wakati-wakati wanobainisha malipo ya mahitaji kwa kutumia BESS wakati wa mipaka ya bei ya juu. Malipo ya mahitaji — yanoyotolewa kulingana na kipindi cha dakika 15 cha juu zaidi kila mwezi — yanaweza kuwa 30–70% ya bills ya jumla ya umeme ya kituo. Kuchukua kilele kinaondoa au kupunguza malipo haya bila kupunguza matumizi halisi ya nishati.

Mafunzo ya BESS ya miji inahitaji usafi gani?

Uchunguzi wa mfumo wa usimamizi wa joto kila robo mwaka, mtihani wa uwezo kila miezi sita, na ufuatiliaji wa mbali kwa muda wote kupitia mfumo wa usimamizi wa betri. Kimia ya LiFePO4 ha hitaji upanuzi wa elektroliti kama ilivyo katika chaguo za ubora wa chuma cha udongo, ambalo linatumika kama chaguo la pili. Usawa wa seli huendelea kiotomatiki kupitia BMS wakati wa uendeshaji wa hali ya malipo ya sehemu, ambayo ni kawaida katika mzunguko wa kujifungua kwa ajili ya kupunguza mzigo.