ऊर्जा भंडारण डिज़ाइन: ऊर्जा भंडारण वास्तव में क्या है? भाग एक

सीधे शब्दों में कहें तो ऊर्जा भंडारण अप्रयुक्त ऊर्जा को संग्रहित करने और जरूरत पड़ने पर उसका पुन: उपयोग करने की प्रक्रिया है। ऊर्जा के क्षेत्र में, ऊर्जा भंडारण तकनीक एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है क्योंकि यह सौर और पवन ऊर्जा जैसे अस्थिर नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के स्थिर उत्पादन को सक्षम बनाती है, जिससे हमारे दैनिक जीवन और काम के लिए बिजली की निरंतर आपूर्ति होती है। उनमें से, लिथियम-आयन इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण अपने उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबे जीवनकाल और तेज प्रतिक्रिया गति के कारण सबसे तेजी से विकसित होने वाली ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों में से एक बन गया है।

1 मूल परिचय

ऊर्जा भंडारण प्रणाली में एक बैटरी, विद्युत घटक, यांत्रिक समर्थन, ताप और शीतलन प्रणाली (थर्मल प्रबंधन प्रणाली), द्विदिश ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली, ऊर्जा प्रबंधन प्रणाली और बैटरी प्रबंधन प्रणाली शामिल होती है। बैटरी को बैटरी मॉड्यूल में व्यवस्थित, कनेक्ट और असेंबल किया जाता है, और फिर बैटरी कैबिनेट बनाने के लिए कैबिनेट के अंदर अन्य घटकों के साथ फिक्स और असेंबल किया जाता है।

सामान्यीकृत परिभाषा: ऊर्जा भंडारण से तात्पर्य ऊर्जा के भंडारण से है। यह एक माध्यम या उपकरण के माध्यम से ऊर्जा को संग्रहीत करने और भविष्य की अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर इसे एक विशिष्ट रूप में जारी करने की चक्रीय प्रक्रिया को संदर्भित करता है।

संकीर्ण रूप से परिभाषित: विद्युत ऊर्जा के भंडारण के लिए। प्रौद्योगिकियों और उपायों की एक श्रृंखला जो उत्पन्न ऊर्जा को संग्रहीत करने और आवश्यकता पड़ने पर इसे विद्युत ऊर्जा के रूप में जारी करने के लिए रासायनिक या भौतिक तरीकों का उपयोग करती है। (बाद के सभी परिचय विद्युत ऊर्जा भंडारण की संकीर्ण परिभाषा तक ही सीमित हैं)

1. शब्दावली एवं परिभाषाएँ

बैटरी: नई ऊर्जा भंडारण के लिए प्रमुख तकनीकी मार्गों में से एक के रूप में, नई ऊर्जा भंडारण बैटरियां नवीकरणीय ऊर्जा खपत के अनुपात को बढ़ाने और बिजली प्रणाली के सुरक्षित और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। प्रमुख ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में लिथियम बैटरी, "केंद्र" हैं जो विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण की प्रगति को निर्धारित करती हैं। लिथियम बैटरियों को विभिन्न सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों के अनुसार लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी और टर्नरी लिथियम बैटरी में विभाजित किया जाता है। ऊर्जा भंडारण बाजार में मुख्य रूप से लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों का वर्चस्व है, और दिन और रात के बीच चरम घाटी के अंतर को खत्म करना ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य है। उत्पाद उपयोग का समय सीधे परियोजना राजस्व को प्रभावित करता है। ऊर्जा भंडारण इकाइयां, आमतौर पर बैटरियों को संदर्भित करती हैं, विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने और जारी करने के लिए ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली बुनियादी उपकरण हैं।

सेल: एक बैटरी, बैटरी की सबसे छोटी इकाई।

बैटरी मॉड्यूल/पैक: व्यक्तिगत बैटरियों की श्रृंखला के लिए एक मानक पैकेज।

बैटरी रैक/क्लस्टर: बैटरी मॉड्यूल की एक श्रृंखला से बनी एक ऊर्जा भंडारण इकाई।

बैटरी कलेक्शन पैनल (बीसीपी): फोटोवोल्टिक डीसी कंबाइनर बॉक्स के समान, बैटरी रैक और ऊर्जा भंडारण इन्वर्टर के बीच स्थित होता है।

विद्युत रूपांतरण प्रणाली (पीसीएस): एक द्विदिशात्मक डीसी/एसी इन्वर्टर।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस): ओवरचार्जिंग और ओवरडिस्चार्जिंग को रोकने, बैटरी जीवन का विस्तार करने और बैटरी की स्थिति की निगरानी करने के लिए विभिन्न बैटरी इकाइयों का बुद्धिमान प्रबंधन और रखरखाव।

सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री: बैटरी का वह भाग जो ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं से गुजरता है। सामान्य सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LiCoO2), लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4), लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड (NMC), आदि शामिल हैं।

नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री: बैटरी का वह भाग जो कमी प्रतिक्रिया से गुजरता है। सामान्य नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों में ग्रेफाइट, सिलिकॉन, टिन आदि शामिल हैं। इलेक्ट्रोलाइट: बैटरी में आयन परिवहन के लिए माध्यम, जो तरल या ठोस (ठोस इलेक्ट्रोलाइट) हो सकता है। इलेक्ट्रोलाइट्स आयनों को सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं, जिससे चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया पूरी होती है।

डायाफ्राम: सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच स्थित, इसका कार्य आयनों को गुजरने की अनुमति देते हुए, सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच सीधे संपर्क को शॉर्ट सर्किट होने से रोकना है।

करंट कलेक्टर: आमतौर पर तांबे और एल्यूमीनियम जैसी धातुओं से बना होता है, जिसका उपयोग बैटरी सेल के करंट को बाहरी सर्किट में संचारित करने के लिए किया जाता है।

बैटरी आवरण: बैटरी की बाहरी संरचना जिसका उपयोग आंतरिक घटकों की सुरक्षा और यांत्रिक सहायता प्रदान करने के लिए किया जाता है।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस): बैटरियों की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया की निगरानी और प्रबंधन, उनके सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने और उनके प्रदर्शन और जीवनकाल को अनुकूलित करने के लिए जिम्मेदार है।

ऊर्जा प्रबंधन प्रणाली (ईएमएस): यह एक बुद्धिमान प्रणाली है जो सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर को एकीकृत करती है, जिसका उपयोग ऊर्जा प्रणालियों में ऊर्जा प्रवाह और खपत की निगरानी, ​​​​नियंत्रण और अनुकूलन के लिए किया जाता है। यह डेटा संग्रह, विश्लेषण और निर्णय समर्थन तकनीक पर आधारित है, जो वास्तविक समय में ऊर्जा उपकरणों की परिचालन स्थिति, ऊर्जा खपत और पर्यावरणीय स्थितियों की निगरानी कर सकता है, जिससे ऊर्जा का कुशल प्रबंधन और अनुकूलन प्राप्त किया जा सकता है।

हीटिंग, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग (एचवीएसी) प्रणाली: आमतौर पर बैटरी कंटेनरों में वेंटिलेशन, गर्मी अपव्यय और बैटरी के इन्सुलेशन को सुनिश्चित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

बैटरी क्षमता: चार्ज Q की वह मात्रा जिसे रोका या छोड़ा जा सकता है, यानी, बैटरी क्षमता (Ah)=करंट (A) x डिस्चार्ज टाइम (h), आमतौर पर Ah (एम्पीयर घंटे) में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, यदि ऊर्जा भंडारण बैटरी को 96Ah के रूप में लेबल किया गया है, तो सैद्धांतिक रूप से इसे 96A की कार्यशील धारा पर 1 घंटे तक उपयोग किया जा सकता है।

बैटरी ऊर्जा: बैटरी में संग्रहित ऊर्जा, जिसे Wh (वाट घंटे) में मापा जाता है, जहां Wh वोल्टेज (V) को बैटरी क्षमता (Ah) से गुणा करने के बराबर होता है। उदाहरण के लिए, एक 3.2V/96Ah बैटरी की ऊर्जा 307.2Wh है, और यदि हम श्रृंखला में चार ऐसी बैटरियों को जोड़ते हैं, तो हम 12.8V के वोल्टेज और 96Ah की क्षमता वाला एक बैटरी पैक बनाते हैं। हालाँकि बैटरी की क्षमता नहीं बढ़ी है, कुल ऊर्जा चार गुना बढ़ गई है।

चार्ज डिस्चार्ज दर (सी-रेट): डिस्चार्ज दर एक निर्दिष्ट समय के भीतर इसकी रेटेड क्षमता को डिस्चार्ज करने के लिए आवश्यक वर्तमान मूल्य को संदर्भित करती है, जो संख्यात्मक रूप से बैटरी की रेटेड क्षमता के गुणक के बराबर होती है। अर्थात्, चार्ज और डिस्चार्ज करंट (ए) को रेटेड क्षमता (एएच) से विभाजित किया जाता है, जिसकी इकाई आम तौर पर सी (सी-रेट के लिए संक्षिप्त) होती है, जैसे कि 0.5सी, 1सी, आदि।

गारंटीशुदा बिजली क्षमता (जीपीसी): एक निर्दिष्ट उपयोग अवधि के भीतर ऊर्जा भंडारण प्रणाली द्वारा जारी न्यूनतम क्षमता।

राउंड ट्रिप दक्षता (आरटीई): बैटरी पूरी तरह चार्ज होने पर एसी टर्मिनल से निकलने वाली बिजली की कुल मात्रा और एसी टर्मिनल को पूरी तरह चार्ज करने के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा का अनुपात, चार्जिंग के दौरान उपकरण के नुकसान और स्वयं की खपत को ध्यान में रखते हुए और निर्वहन.

चक्र जीवन: बैटरी के जीवनकाल को दो मापदंडों में विभाजित किया गया है: चक्र जीवन और कैलेंडर जीवन। चक्र जीवन से तात्पर्य है कि बैटरी कितनी बार चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के माध्यम से चक्र कर सकती है। आदर्श तापमान और आर्द्रता की स्थिति में, रेटेड करंट पर चार्ज और डिस्चार्ज करें, और जब बैटरी की क्षमता 80% तक कम हो जाती है, तो बैटरी द्वारा अनुभव किए जाने वाले चक्रों की संख्या की गणना करें। कैलेंडर जीवनकाल उस समय अवधि को संदर्भित करता है जिसके दौरान एक बैटरी विशिष्ट उपयोग की शर्तों के तहत अपने जीवनकाल की स्थिति (क्षमता में 80% तक गिरावट) के अंत तक पहुंचती है। आम तौर पर, दोनों के छोटे मूल्य का आकलन किया जा सकता है।