EN
AR
BG
HR
CS
DA
FR
DE
EL
HI
PL
PT
RU
ES
CA
TL
ID
SR
SK
SL
UK
VI
ET
HU
TH
MS
SW
GA
CY
HY
AZ
UR
BN
LO
MN
NE
MY
KK
UZ
KY
Misingi ya BESS kwa Ustahili wa Umeme wa Nje ya Mtandao
Kwa Nini Mifumo ya Nje ya Mtandao Ni Yanayotarajiwa Kuharibika: Ukosefu wa Inertia ya Mtandao na Uwezo Mdogo wa Kusimama Katika Hali ya Kupasuka
Mifumo ya kujitawala kutoka kwenye mtandao (grid independent systems) haina aina ya inertia ya kuzunguka ambayo inatokana na majenereta makubwa yanayozunguka yanayopatikana katika mtandao wa umeme wa kawaida. Inertia hii inafanya kazi kama 'kisukari cha mgando' kwa mfumo, kusaidia kudumisha ustawi wakati wa mabadiliko machache ya mahitaji au wakati umeme unapopungua kwa mchanganyiko. Wakati kipimo hiki cha kawaida cha kudumisha hakipo, matatizo madogo yanaweza kuharibika haraka sana, kusababisha mizani ya mzunguko kubadilika kwa kasi kali sana. Kitu kinachofanya jambo kuwa mbaya zaidi ni kwamba mifumo mingi ya nje ya mtandao inashindwa na uwezo wa kushughulikia mshindo (fault ride through capability). Miongozo ya usalama ya kawaida huwasha upya inverter au kuvunja umeme kwa mzigo fulani wakati wa kupungua kwa voltage au mabadiliko ya mzunguko kwa muda mfupi, badala ya kudumisha kazi kwa uwezo bora zaidi. Hii huwa hasara kubwa sana katika eneo la mbali ambapo hakuna chanzo cha umeme cha mbadala kilichopo karibu. Kwa hiyo, matatizo haya madogo mara nyingi huwa kusharika kabisa. Kwa sababu ya udhaifu huu wa asili, vipengele vya kusimamia kwa ufanisi vinahitajika kuingizwa kuanzia mwanzo ikiwa tunataka kuhakikisha kuwa shughuli za nje ya mtandao zinaweza kudumu na kufanya kazi kwa uaminifu na nguvu kwa muda mrefu.
Uwezo Mkuu wa BESS: Uj response wa Haraka, Mtiririko wa Nishati Kwa Mikaa Mbili, na Kusogeza Muda wa Nishati
Mifumo ya BESS inatatua matatizo haya kwa njia tatu kuu ambazo huzingatia sana. Kitu cha kwanza kinachofaa kuhakikishwa ni uharaka wao wa kujibu. Tunazungumzia majibu chini ya milisekunde 100 mara nyingi. Uharaka huu unawawezesha kuingiza au kumshika nguvu moja kwa moja wakati mzunguko wa mafrekuenzi unapobadilika, kuzuia kutokuwepo kwa ustahili wa mfumo kabla ya kutoa tatizo kubwa. Kipengele kingine muhimu ni uwezo wao wa kusogeza nguvu kwa mbali mbili. Hii inamaanisha kuweka kwa urahisi kati ya kuchakua na kutoa nguvu katika wakati wa kweli, ambacho husaidia kusawazisha mabadiliko ya nguvu ya mabasi ya mazingira dhidi ya mahitaji ya watumiaji yanayobadilika. Na kisha kuna jambo la kuhifadhi nguvu ziada kutoka kwa paneli za jua au mabasi ya uvimbu wakati ambapo hakuna mtu anayehitaji umeme sana. Nguvu hii iliyohifadhiwa inatumika kwa faida wakati wa muda wa juu au wakati uvimbu haupaswi na jua haishanganyi. Kulingana na utafiti wa hivi karibuni wa mwaka 2023 kutoka kwa Microgrid Institute pamoja na NREL, mtazamo huu unapunguza matumizi ya mchakato wa diesel kwa takriban asilimia 30 hadi 50 katika jamii zilizojitenga zenye mikrogridi yao binafsi.
| UWEZO | Wakati wa majibu | Kazi Kuu | Umadhuni kwa Ustahili wa Kudumu wa Mto wa Nje ya Mtandao |
|---|---|---|---|
| Majibu Mwingi | <100 ms | Ondoa mara moja ya mzunguko wa umbo la sasa | Kuzuia migawanyiko ya kushuka kwa mpangilio |
| Mgawanyo wa Mwelekeo Mbili | <500 ms | Kubadilisha kwa urahisi kati ya kuchakua na kutoa nishati | Hudumisha umbo la sasa kwa muda wote wa ubadilishaji |
| Kubadilisha Muda wa Nishati | Saa/siku | Inabadilisha nishati ya ziada kwa muda unaopungua | Inapunguza muda wa kufanya kazi ya kijenereta kwa 30–50% |
Uwekaji wa Usio wa Kifupi na Uwekaji wa Utaratibu wa Voltage kwa Kutumia BESS
Inertia ya Kusimuliwa na Udhibiti wa Droop: Kukamilisha Mikrogridi ambayo inategemea Zana za Kudhibiti
Mikrogridi yanayotegemea mabadilishaji yanakuwa ya kawaida zaidi, hasa katika eneo ambalo mawasiliano ya nishati ya kisasa (renewables) yanadominisha mfumo wa kujitenga na mtandao. Mifumo hii haipatwi na uwezo wa kuzunguka kwa kiasi cha asili (rotational inertia) kama vile mtandao wa jadi, kwa hivyo ni yenye uwezekano mkubwa wa kuharibika kwa mabadiliko ya mshahara (frequency) kwa haraka wakati kuna uburudani kati ya nishati inayotengenezwa na ile inayotumika. Mifumo ya Kuhifadhi Nishati ya Bateri (Battery Energy Storage Systems) husaidia kwa kufanya kazi kama vile 'inertia ya kisynthetiki' (synthetic inertia). Kwa ufupi, vifaa vya umeme vya madhara (power electronics) vinagundua mabadiliko haya ya mshahara (yaliyoitwa RoCoF) kisha kuvuta au kutoa nishati kwenye mfumo kwa haraka sana, ikipunguza kiwango cha RoCoF kwa zaidi ya nusu kuliko mifumo isiyona mamlaka ya udhibiti. Pia kuna kitendo cha 'droop control' ambacho kinaleta uwezo wa vyanzo vya nishati mbalimbali kushirikiana kwa kujitawala katika kutekeleza kazi. Ikiwa mshahara unapungua, bateri zinatoa nishati iliyohifadhiwa ili kusimamisha mfumo. Wakati nishati ni mengi sana, bateri zinakula (soak it up) badala yake. Vipengele hivi vyote vinajitumia pamoja kama vile mashine za zamani za synchronous, kudumisha utendaji wa kawaida hata wakati mashine za kuzalisha nishati zinapofika kwa mafanikio (trip) au wakati mzigo (loads) unabadilika kwa haraka, bila kutakiwa mtu anasimamia kwa mikono kwa wingi la wakati.
Msaada wa Uwezo wa Kurejea wa Kipindi cha Mabadiliko na Utafiti wa Aktifu wa Utaratibu wa Voltage kwa Kutumia BESS EMS
Ustahili wa voltage bado unaharibu mifumo mingi ya nje ya mtandao (off-grid) ambayo hujiendeleza kwa muda mrefu kwenye vyanzo vya nishati ya kisasa kama vile upepo na nuru ya jua. Vipengele vya kawaida vya kudhibiti voltage havijengwa kwa ajili ya kushughulikia mabadiliko ya haraka ambayo mifumo hii inayopitia. Mifumo ya Kuhifadhi Nishati ya Bateri (BESS) pamoja na Mifumo ya Ushirikiano wa Nishati (EMS) yenye uwezo wa juu inasuluhisha tatizo hili kwa ufanisi. Mifumo hii hutoa msaada wa nguvu ya kurejea (reactive power) ambayo inafanya kazi kwa kutegemea mchakato wa kawaida wa umeme. EMS inaangalia mara kwa mara nini kinachotokea kwenye mtandao na inaweza kutumia VAR za uwezekano (capacitive) au za uwezekano wa kuzunguka (inductive) ili kusuluhisha matatizo kama vile upungufu wa voltage, kuongezeka kwa haraka, au miongo ya kibaya (strange waveforms) kwa haraka sana. Wakati wa upungufu wa haraka wa uzalishaji wa nuru ya jua au wakati wa uvimbu wa upepo wa kuvutia, mfumo huo hukumbusha nguvu ya kurejea. Pia hufuta harmonics zisizohitajika na kubadilisha kwa kiotomatiki ili kudumisha ustahili wa voltage karibu na 2% ya kiwango cha kawaida bila kutumia mizinga ya diesel ya mgawanyo. Kwa mujibu wa ripoti kutoka kwa Kamati ya Microgrid ya IEEE PES, vipengele hivi vinapunguza mafuriko ya umeme yanayosababishwa na voltage kwa takriban 70%. Pia, kudumisha ustahili unaleta faida ya kuongeza muda wa maisha wa vifaa vya hasara kwa sababu hayavunjwi na mabadiliko ya mara kwa mara.
Uwezo wa Kufanya Kazi Kwa Ustahimilivu: Kutoka Kukata Mzigo wa Juu hadi Kuanza Tena Baada ya Mfumo Kuanguka
Kusawazisha Mzigo na Kuepuka Matumizi ya Kifaa cha Kuzalisha Umeme kwa Dizeli kupitia Utumishi wa Vituo vya Uhifadhi wa Nishati (BESS) kwa Ujuzi
Wakati uzalishaji wa nishati ya kudumu huongezeka na kupungua na wakati wa hitaji la umeme huwaka kwa namna isiyotarajwa, hii huunda matatizo halisi kwa mifumo ya nje ya mtandao, hasa yale yanayotegemea sana majenereta ya diesel kwa madhumuni ya usalama wa umeme. Mifumo ya Kuhifadhi Nishati ya Betri (BESS) inatumia algoriti zisizofanya kazi kwa hekima ili kutatua matatizo haya, ambayo inaweza kubainisha wakati unaofaa kuhifadhi au kupeleka umeme, ambayo kusaidia kupunguza mstari wa mzigo uliokuwa mkali kwa takriban 60 hadi 80% kulingana na hilo linalotokea bila yake. Mifumo hii huwaka umeme ziada kutoka kwa paneli za jua au turabini za upepo wakati kuna mengi sana, kisha huwapo tena katika mtandao wakati hitaji linapanda. Hii inamaanisha kwamba mashirika hayatahitaji kuyasimamia majenereta yao ya ghali ya diesel kila wakati tu kudumisha kiwango cha umeme kilichosimamika. Shirika moja la kuchimbua lilipata kupungua kwa bei ya mafuta yake kwa mwaka kwa takriban dola milioni moja na sabini baada ya kusakinisha BESS, na iliyoweza kupunguza muda wa kufanya kazi kwa majenereta ya diesel hadi 8% tu ya ile iliyokuwa kabla, bila kuharibu uendeshaji wa shughuli muhimu. Uwezo wa kufuatilia matumizi ya nishati kwa wakati wa kweli na kubadilisha mpangilio kwa njia hiyo pia unamaanisha kwamba majenereta hayajawekwa na kuzimwa mara kwa mara, ambayo kwa kweli inaongeza muda wa maisha yao na inahakikisha kwamba kuna umeme wa usalama kutosha ikiwa kitu chochote kisichofaa kutokea kwa muda mrefu.
Uwezo wa Kuanza Kwa Mwezi: Kurudisha Miundo Muhimu ya Umeme Nje ya Mtandao Bila Msaada wa Nje
Mifumo ya nje ya mtandao (off-grid) mara nyingi huwa na matatizo makubwa, lakini mifumo ya uhifadhi wa nishati ya betri (BESS) inatoa uwezo maalum unaoitwa uwezo wa kuanza kazi moja kwa moja (autonomous black start capability). Mifumo hii inaweza kurejesha umeme kwa miundombinu muhimu bila kutegemea mtandao wa nje au mtu anayewasha kwa mikono mizigo ya umeme. Vifaa vya diesel vya jadi vinahitaji hatua nyingi kama vile kujaza mafuta, kuanza kufanya kazi ya injini, na kusawazisha vitu vyote kwa usahihi. BESS inasita hatua hizo zote za shida na kutoa voltage na frequency zenye ustahili karibu moja kwa moja, ambayo husaidia kuanza upya vitu vya udhibiti wa microgrid na kurejesha kwa hatua kwa majukwaa ya kwanza (priority loads). Chini ya mfano halisi, hospitali moja iliyopo mbali na miji mikubwa. Baada ya kutokea kwa ukoma kamili (total blackout), BESS ilianza kutoa umeme kwa vyanzi vya kuchoma katika vituo vya uchunguzi (surgical lights) na vifaa vya kusaidia maisha (life support systems) tena katika sekunde 28 tu. Jinsi hii inafanya kazi? Utaratibu huanza kwa kuunganisha tena mawasiliano ya udhibiti, kisha kuanzisha kazi kwa majukwaa ya msingi (essential loads) (kwa kawaida ni chini ya asilimia 10 ya uwezo wote). Hatimaye, inarejesha kwa kazi vifaa vya kuzalisha umeme ndani ya eneo hilo. Mifumo ya BESS ya kijana zinazoongezwa na vipengele kama vile mzunguko uliopakuliwa awali (pre-charged circuits), utambulisho wa kujitenga (islanding detection) uliopo ndani yake, na firmware yenye nguvu zaidi ili iwe imara hata wakati inapokaribia kushuka kabisa. Uboresho huu wote unamaanisha kuwa hakuna hitaji la kujitegemea ubunifu wa mafuta na muda wa kuanza kazi upya unapungua sana kutoka kwa saa kadhaa hadi dakika mbili kama juu.
Sehemu ya Maswali yanayotofikiwa
BESS ni nini?
Mifumo ya Kuhifadhi Nishati ya Betri (BESS) ni teknolojia zinazohifadhi nishati kwa matumizi ya baadaye, na kusaidia kustawisha mfumo wa usambazaji wa umeme na kusawazisha uhitaji na uzalisho.
Kwa nini mfumo ya nje ya mtandao inaonekana yenye udhaifu?
Mifumo ya nje ya mtandao haina inertia ya mtandao na mara nyingi hukabiliana na uwezekano wa kushinda mapungufu, ikasababisha ustahili wa umeme kupungua mara kwa mara na kutokuwepo kwa umeme.
BESS husaidia jinsi gani katika kustawisha mfumo ya nje ya mtandao?
BESS inatoa majibu ya haraka, mtiririko wa umeme wa mwelekeo mbili, na kubadilisha wakati wa kutumia nishati, ambayo husaidia kustawisha takwimu ya mzunguko na voltage, pamoja na kupunguza kuwepo kwa mafanikio ya kuzalisha umeme kwa kutumia mizungumzo ya diesel.
Uwezo wa kuanza tena kutoka kwenye hali ya giza ni nini?
Uwezo wa kuanza tena kutoka kwenye hali ya giza unamaanisha uwezo wa BESS kurejesha umeme kwa njia ya kujitegemea kwa miundombinu muhimu ya nje ya mtandao bila msaada yoyote kutoka nje.
