فن آوری های ذخیره سازی باتری برای سرعت بخشیدن به جایگزینی سوخت های فسیلی با انرژی های تجدید پذیر یکی از ضرورت های امروز جهان است.
سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری نقش محوری فزاینده‌ای بین منابع انرژی سبز* و پاسخگویی به نیازهای برق ایفا خواهند کرد. باتری های سیلد اسیدی یکی از پرکاربرد ترین انواع باتری مورد استفاده در نیروگاه های مختلف به ویژه نیروگاه های برق هستند.
* منابع انرژی سبز : انرژی های مشتق شده از منابع طبیعی است که با سرعت بیشتری نسبت به مصرف آن ها دوباره پر می شوند. به عنوان مثال، نور خورشید و باد منابعی هستند که دائماً در حال تکمیل شدن هستند. منابع انرژی تجدیدپذیر فراوان و در اطراف ما هستند.
ذخیره‌سازی باتری یا سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی، دستگاه‌هایی هستند که انرژی را ذخیره می کننده و سپس در زمانی که مشتریان بیشترین نیاز را به برق دارند، آزاد می کنند.
فناوری ذخیره سازی در باتری نیروگاهی نقش کلیدی ایفا می کند تا اطمینان حاصل شود که خانه ها و مشاغل می توانند با انرژی سبز تغذیه شوند، حتی زمانی که خورشید نمی تابد یا وزش باد متوقف شده است.
مثلا سیستم ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی یک راه‌حل تکنولوژیکی است که در آن باتری‌ها در طول روز که خورشید می‌تابد شارژ می‌شوند و انرژی را برای مصرف در شبانه‌روز یا در روزهای ابری ذخیره و آزاد می‌کنند.
به عنوان مثال، بریتانیا دارای بزرگترین ظرفیت نصب شده باد دریایی در جهان است، اما توانایی جذب این انرژی و استقرار هدفمند آن می تواند ارزش این انرژی پاک را افزایش دهد. با افزایش تولید و کاهش بالقوه هزینه ها.
هر روز مهندسان در شبکه ملی و شبکه های برق در سراسر جهان باید عرضه را با تقاضا مطابقت دهند.
مدیریت این عرضه و تقاضا زمانی چالش برانگیزتر می شود که هدف کاهش استفاده از منابع انرژی تجدید ناپذیر باشد، با حذف تدریجی کارخانه های سوخت فسیلی که به طور سنتی به عنوان پشتیبان برای ارائه یک منبع قابل اعتماد و پایدار انرژی استفاده می شدند.
دولت بریتانیا تخمین می‌زند که فناوری‌هایی مانند سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری – که از ادغام فناوری‌های انرژی کم کربن، گرما و حمل و نقل بیشتر پشتیبانی می‌کنند – می‌توانند تا سال ۲۰۵۰ تا ۴۰ میلیارد پوند (۴۸ میلیارد دلار) در سیستم انرژی بریتانیا صرفه‌جویی کنند و در نهایت هزینه‌های انرژی مردم را کاهش دهند.
ساده ترین و کم هزینه ترین نوع باتری های چرخه عمیق، باتری های اسید سرب عادی (FLA) هستند. تصویر این باتری ها در زیر نشان داده شده است که متشکل شده اند صفحات سربی استوانه ای غوطه ور در حمام الکترولیت آب و اسید.
باطری های سرب اسیدی غوطه ور در آب
هشت باتری سرب اسیدی 6 ولتی یک بانک 48 ولتی را تشکیل داده اند.
باتری‌های FLA (Flooded deep cycle lead-acid batteries) ممکن است ارزان باشند، اما مراقبت از آنها نیز پیچیده است، زیرا الکترولیت داخل قاب باتری با گذشت زمان تبخیر می‌شود و نیاز به اضافه کردن آب مقطر در فواصل زمانی معین دارد. اگر آب را به اندازه کافی اضافه نکنید، طول عمر باتری بسیار کاهش می یابد.
از آنجایی که باتری‌های FLA برای باز شدن ساخته شده‌اند، باید در حالت عمودی نگهداری شوند و تهویه مناسبی برای جلوگیری از تجمع گاز هیدروژنی که هنگام تخلیه باتری آزاد می‌شود، در اختیار آنها قرار گیرد.
این بدان معنی است که نگه داشتن یک بانک از باتری های FLA چرخه عمیق مناسب برای ذخیره انرژی خانه می تواند فضای زیادی را اشغال کند، همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است.
اگر به طور منظم از باتری‌های FLA مراقبت شود و تا بیش از نیمی از ظرفیت خود تخلیه شوند، می‌توانند از 5 تا 8 سال در یک مجموعه ذخیره‌سازی انرژی خانگی دوام بیاورند.
باتری های اسید سرب مهر و موم شده
همانطور که از نام آن پیداست، باتری های اسید سرب مهر و موم شده (SLA) قابل باز شدن نیستند و نیازی به پر کردن مجدد آب ندارند.
باتری های سرب اسیدی نوع باتری ذخیره ای هستند که بیشتر در نیروگاه های برق استفاده می شود.
این باطری ها نسبت به سایر مدل ها مقرون به صرفه تر هستند و جریان الکتریکی ثابتی را برای مدت زمان قابل توجهی ارائه می دهد.
باتری اسید سرب نوعی باتری قابل شارژ است که انرژی الکتریکی را با استفاده از واکنش های شیمیایی بین سرب، آب و اسید سولفوریک ذخیره می کند. فناوری پشت این باتری ها بیش از 160 سال قدمت دارد، اما دلیل محبوبیت آنها هنوز این است که قوی، قابل اعتماد و ارزان برای ساخت و استفاده هستند.
ساده ترین نسخه باتری سرب اسید از سه چیز تشکیل شده است:
صفحه منفی آند، صفحه مثبت کاتد و مخلوط آب/اسید الکترولیت نامیده می شود.
هنگامی که صفحات در مخلوط الکترولیت معلق شده و به سیم متصل می شوند، باتری آماده تامین برق است!
هنگامی که الکترون ها از باتری خارج می شوند، اسید موجود در الکترولیت شروع به چسبیدن به سرب روی الکترودها می کند و سطوح بیرونی آنها را به سولفات سرب تبدیل می کند و یون های هیدروژن اضافی را در آب شناور می کند.
شارژ باتری، الکترون ها را دوباره به داخل اضافه می کند و پیوندهای الکتروشیمیایی بین سرب و سولفات را می شکند. سولفات با یون های هیدروژن آزاد موجود در الکترولیت دوباره ترکیب می شود تا دوباره اسید سولفوریک بسازد.
یک اشکال در طراحی اسید سرب وجود دارد. اگر باتری بیش از حد تخلیه شود، مقداری از سولفات سرب نمی تواند تجزیه شود و با هیدروژن آزاد ترکیب شود، که منجر به یک پوشش دائمی روی صفحات سربی به نام سولفاته می شود. سولفاته شدن به میزان زیادی طول عمر باتری را کاهش می دهد.
برای اینکه باتری های اسید سرب برای مدت زمان طولانی کار کنند، باید بیش از نیمی از ظرفیت باتری خود را به طور منظم تخلیه کنند.
اگر به دنبال ذخیره انرژی تولید شده توسط صفحات جذب انرژی خورشیدی هستید، باتری های اسید سرب می توانند انتخاب خوبی باشند، اما فناوری های جدیدتر نیز در سالهای اخیر وارد بازار شده اند.
باتری‌های قابل شارژ نیکل کادمیوم، که اغلب به عنوان باتری‌های NiCd یا NiCad شناخته می‌شوند، در تجهیزات کوچکی که با باتری کار می‌کنند مانند دوربین‌های فیلم‌برداری، مته‌ها و رایانه‌های قابل حمل که نیاز به تخلیه یکنواخت برق دارند، استفاده می‌شوند.
برای دستگاه های کم مصرف مانند ساعت، هشدار دود، چراغ قوه، و کنترل از راه دور برای تلویزیون، باتری های روی کربن منبع انرژی قابل اعتمادی هستند.
باتری های نیکل-کادمیوم و روی-کربن در نیروگاه ها کاربرد ندارند.
باتری نیروگاهی
سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری بسیار پیشرفته‌تر از باتری‌هایی هستند که در کشوی آشپزخانه خود نگه می‌دارید یا در اسباب‌بازی‌های کودکان خود قرار می‌دهید. یک سیستم ذخیره سازی باتری را می توان با برق تولید شده از انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی باد و خورشید شارژ کرد.
نرم‌افزار باتری هوشمند از الگوریتم‌هایی برای هماهنگ کردن تولید انرژی استفاده می‌کند و از سیستم‌های کنترل رایانه‌ای برای تصمیم‌گیری در مورد زمان نگهداری انرژی برای تامین ذخایر یا رهاسازی آن به شبکه استفاده می‌شود.
انرژی از سیستم ذخیره‌سازی باتری در زمان‌های اوج تقاضا آزاد می‌شود و هزینه‌ها را پایین نگه می‌دارد و برق جریان پیدا می‌کند. و مجددا در زمان وصل شدن منبعی که انرژی باطری را تامین می کند (انرژی باد، خورشید و …) باتری شروع به شارژ شدن می کند.
ذخیره انرژی تجدیدپذیر نیازمند فناوری‌های کم‌هزینه‌ای است که عمر طولانی دارند – هزاران بار شارژ و تخلیه می‌شوند – ایمن هستند و می‌توانند به اندازه کافی انرژی را به‌طور مؤثر ذخیره کنند تا با تقاضا مطابقت داشته باشد.
باتری‌های لیتیوم یونی توسط یک دانشمند بریتانیایی در دهه 1970 ساخته شد و برای اولین بار توسط سونی در سال 1991 به صورت تجاری برای ضبط ویدیوی دستی این شرکت استفاده شد. در حال حاضر آنها مقرون به صرفه ترین راه حل ذخیره انرژی هستند.
باتری سربی – اسیدی
اگر باتری بیش از حد تخلیه شود، مقداری از سولفات سرب نمی تواند تجزیه شود و با هیدروژن آزاد ترکیب شود، که منجر به یک پوشش دائمی روی صفحات سربی به نام سولفاته می شود.
دیدگاه ها