22 اکتبر 2024 -توسط براندون هالمارک، آزمایشگاه ملی آیداهو
باتری‌های در مقیاس کاربردی می‌توانند نحوه استفاده از انرژی تجدیدپذیر را متحول کنند. همراه با باد و خورشید، این باتری ها می توانند قابلیت اطمینان انرژی سبز را با ذخیره انرژی اضافی در زمان تولید زیاد و تقاضای کم افزایش دهند. سپس، وقتی تقاضا افزایش می یابد، شرکت های برق می توانند از انرژی ذخیره شده بهره ببرند.
29 درصد از انرژی های تجدیدپذیر تولید شده در ایالات متحده را انرژی آبی تشکیل می دهد. با وجود آن، محققان مطالعات کمی در مورد مزایای هیدرو-هیبریدها، نیروگاه های آبی که از باتری های در مقیاس کاربردی استفاده می کنند، منتشر کرده اند. تولیدکنندگان انرژی های تجدیدپذیر به هیبریدهای آبی علاقه مند هستند، اما درک روشنی از مزایا یا سودآوری آن وجود ندارد.
ونکات دورواسولو، مهندس سیستم های قدرت در آزمایشگاه ملی آیداهو (INL) می گوید: «محدودیت ها و رویه های زیست محیطی زیادی برای ساخت سد جدید وجود دارد.انرژی آبی به سرعت بادی و خورشیدی رشد نمی کند و بیشتر مطالعات انرژی آبی در مورد گسترش زیرساخت های موجود است. ما معتقدیم که اتصال ذخیره باتری با نیروگاه های برق آبی باید بیشتر مورد مطالعه قرار گیرد زیرا آب بسیار مهم است و ما می خواهیم از آن به طور پایدار استفاده کنیم. اضافه کردن باتری به این امر کمک می کند.”
دورواسولو و همکارانش اخیراً به مزایای هیدرو هیبریدها پرداختند. این تحقیق در مجله Renewable and Sustainable Energy Reviews منتشر شده است.
مزایای هیدرو هیبریدها
هیل بالیت، مهندس سیستم های قدرت در INL و مشارکت کننده در مقاله، گفت: «باتری ها انواع مزایایی مانند کاهش هزینه تعمیر و نگهداری، افزایش تولید، و مزایای سرمایه گذاری و مالیات تولید را ارائه می دهند.
هیدرو-هیبریدها همچنین مزایای مختلفی نسبت به انرژی بادی و خورشیدی دارند، یعنی قابلیت پیش بینی آنها. اپراتورهای انرژی خورشیدی هیچ کنترلی بر میزان دریافت نور خورشید به پنل هایشان ندارند. به عنوان مثال، در روزهای ابری، پنل های خورشیدی می توانند تا 70 درصد کاهش در خروجی داشته باشند. در مقابل، اپراتورهای نیروگاه های آبی، به ویژه آنهایی که به مخازن دسترسی دارند، می توانند خروجی آنها را کنترل کنند.
دورواسولو گفت: “با خورشید و باد، شما به پیش بینی گره خورده اید، که همیشه قابل پیش بینی نیست.” با استفاده از نیروگاه های آبی، می توان حدود چند روز را محاسبه کرد که چه مقدار آب به پایین دست می آید و صاحبان نیروگاه های آبی می توانند ایده خوبی از میزان انرژی تولید کنند.
قابل پیش بینی بودن نیروگاه های آبی به این معنی است که باتری های در مقیاس کاربردی متصل به آنها می توانند از فضای اتصال نیروگاه به یکدیگر استفاده بهتری کنند و سودآوری و مزایای شبکه هیدرو-هیبریدها را افزایش دهند.
Headroom تفاوت بین آنچه که یک نیروگاه تولید می کند با آنچه اتصال آن به شبکه برای آن رتبه بندی می شود، است. بهره برداری از یک نیروگاه در فضای اصلی از ارتقاء اتصالات پرهزینه و مطالعات نظارتی جلوگیری می کند.
Balliet گفت: «هیبریدهای هیدرولیکی انرژی اضافی را در هنگام پایین آمدن فضای سر ذخیره می‌کنند و در هنگام بالا رفتن مقدار بیشتری را وارد شبکه می‌کنند. نه تنها این، بلکه افزودن باتری‌ها می‌تواند صدور مجوز مجدد را بسیار آسان‌تر کند.»
یکی دیگر از مزیت های اصلی هیدرو-هیبریدها این است که می توانند یک شبکه را پس از خاموشی مجدد راه اندازی کنند.
Balliet گفت: “اگر باتری را به یک نیروگاه آبی اضافه کنید، می توانید از خاموشی راه اندازی کنید و برق را برای خدمات مهم مانند پلیس، ایستگاه های آتش نشانی و بیمارستان ها تامین کنید، که با انرژی خورشیدی و باد امکان پذیر نیست.”
ملاحظات تاثیر
بهره برداران نیروگاه های برق آبی باید نیازهای همه و همه پایین دست را در نظر بگیرند. این شامل سایر نیروگاه های آبی نیز می شود. هر کسی که برای نوشیدن، تفریح یا آبیاری به آب جمعیت های بومی؛ و حیات وحش محلی متکی است.
دورواسولو گفت: «رودخانه‌ها برای زندگی ضروری هستند و با میراث بسیاری از جمعیت‌های بومی مرتبط هستند. “سازمان های فدرال باید از حفظ اکولوژی رودخانه اطمینان حاصل کنند. اگر به درستی نگهداری نشود، نیروگاه های برق آبی می توانند بر محتوای اکسیژن و دمای آب پایین دست تاثیر بگذارند که می تواند به آسیب های زیست محیطی کمک کند.”
مدیریت این نیازها می تواند برای دارندگان نیروگاه های برق آبی گران تمام شود و به طور متوسط 5 تا 10 درصد هزینه های برق را شامل می شود. اپراتورهای برق آبی با افزودن باتری‌هایی در مقیاس کاربردی، می‌توانند بخشی از درآمد از دست رفته را جبران کنند. هنگامی که آنها نمی توانند به طور کامل از رودخانه در زمان اوج تقاضا استفاده کنند، داشتن باتری هایی که در دوره کم تقاضا شارژ می شوند به این معنی است که آنها همچنان می توانند برق را به شبکه تامین کنند.
Balliet گفت: «باتری‌ها سطحی از انعطاف‌پذیری را اضافه می‌کنند که می‌تواند به اپراتورهای برق آبی کمک کند تا نیازهای همه گروه‌های مختلفی را که به آب متکی هستند، برآورده کنند.
موانع تحقیق
یک مانع عمده برای تحقیقات هیدرو هیبریدی این است که مدل‌های موجود هزینه‌های اجتناب‌شده مانند کاهش تعمیر و نگهداری، فرسودگی، پایداری شبکه برق، تنظیم ولتاژ، اعتبار مالیاتی تولید، اعتبار کربن و موارد دیگر را در نظر نمی‌گیرند.
به عنوان بخشی از این مطالعه، Durvasulu، Balliet و همکارانشان Hydro + Storage Sizing را توسعه دادند، ابزاری آنلاین که به کاربران تخمینی از سودآوری اندازه های مختلف باتری را می دهد.
هزینه ها را در نظر بگیرید
بالیت گفت: «ارزش ها و فرصت های دست نخورده دیگری نیز وجود دارد، مشاغل بیشتر، ظرفیت حمل بار بهبود یافته، هزینه های عملیاتی و زیست محیطی کمتر، مدیریت بهتر آب و سود بیشتر».
بدون این ابزار یا سایر ابزارهای مشابه، تصمیمات هیبریداسیون نیروگاه های آبی به احتمال زیاد ارزیابی های یکباره خواهد بود که منجر به از دست رفتن فرصت ها برای افزایش ارزش نیروگاه های آبی برای مالکان، شبکه، ذینفعان و محیط زیست می شود.
دورواسولو گفت: «در پایان، این موضوع در مورد محیط زیست و مدیریت آب است.شما باید پول در بیاورید تا در تجارت بمانید، اما باید آن را با همه موجودات زنده دیگری که به آب متکی هستند و باتری ها به آن کمک می کنند، متعادل کنید. ما می خواهیم این ایده را روشن کنیم؛ مهم است که در مورد این نوع چیزها فکر کنیم.
