संपूर्ण विद्युत प्रणाली के दृष्टिकोण से, ऊर्जा भंडारण के अनुप्रयोग को तीन प्रमुख परिदृश्यों में विभाजित किया जा सकता है: उत्पादन-पक्ष ऊर्जा भंडारण, संचरण एवं वितरण-पक्ष ऊर्जा भंडारण, और उपयोगकर्ता-पक्ष ऊर्जा भंडारण। इन तीन परिदृश्यों को ऊर्जा-आधारित माँग और विद्युत ग्रिड के दृष्टिकोण से शक्ति-आधारित माँग में विभाजित किया जा सकता है। ऊर्जा-आधारित माँग के लिए आमतौर पर लंबे डिस्चार्ज समय (जैसे, ऊर्जा समय-शिफ्ट) की आवश्यकता होती है, और इसके लिए उच्च प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता नहीं होती है। इसके विपरीत, शक्ति-आधारित माँग के लिए आमतौर पर तीव्र प्रतिक्रिया क्षमता की आवश्यकता होती है, लेकिन आमतौर पर इसमें लंबा डिस्चार्ज समय (जैसे, सिस्टम FM) नहीं होता है।
व्यवहार में, सबसे उपयुक्त ऊर्जा भंडारण तकनीक खोजने के लिए, विभिन्न परिदृश्यों की माँगों के अनुसार ऊर्जा भंडारण तकनीकों का विश्लेषण करना आवश्यक है। यह आलेख ऊर्जा भंडारण के तीन प्रमुख अनुप्रयोग परिदृश्यों के विश्लेषण पर केंद्रित है।
बिजली उत्पादन पक्ष
उत्पादन पक्ष के दृष्टिकोण से, ऊर्जा भंडारण के लिए मांग का अंतिम बिंदु बिजली संयंत्र है। ग्रिड पर विभिन्न ऊर्जा स्रोतों के अलग-अलग प्रभावों के साथ-साथ लोड पक्ष की अप्रत्याशितता के कारण बिजली उत्पादन और बिजली खपत के बीच गतिशील बेमेल के कारण, बिजली उत्पादन पक्ष में ऊर्जा भंडारण के लिए कई प्रकार के मांग परिदृश्य हैं, जिनमें छह प्रकार के परिदृश्य शामिल हैं, जैसे ऊर्जा समय परिवर्तन, क्षमता इकाई, लोड ट्रैकिंग, सिस्टम आवृत्ति विनियमन, स्टैंडबाय क्षमता, और नवीकरणीय ऊर्जा का ग्रिड एकीकरण।
ऊर्जा समय परिवर्तन
ऊर्जा समय-स्थानांतरण का अर्थ है ऊर्जा भंडारण के माध्यम से पीक और वैली लोड शेविंग को प्राप्त करना, अर्थात, बिजली संयंत्र कम लोड के घंटों के दौरान बैटरी चार्ज करता है और पीक लोड के घंटों के दौरान संग्रहीत बिजली को मुक्त करता है। इसके अतिरिक्त, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से पवन और सौर ऊर्जा का भंडारण करना और फिर उन्हें ग्रिड कनेक्शन के लिए अन्य समय में स्थानांतरित करना भी ऊर्जा समय-स्थानांतरण है।
ऊर्जा समय-स्थानांतरण एक विशिष्ट ऊर्जा-आधारित अनुप्रयोग है, जिसमें चार्जिंग और डिस्चार्जिंग समय पर सख्त आवश्यकताएं नहीं होती हैं, और चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के लिए बिजली की आवश्यकताएं अपेक्षाकृत व्यापक होती हैं, लेकिन उपयोगकर्ता के विद्युत भार और नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन की विशेषताओं के कारण, ऊर्जा समय-स्थानांतरण के आवेदन की आवृत्ति अपेक्षाकृत अधिक होती है, जो प्रति वर्ष 300 से अधिक बार होती है।
क्षमता इकाइयाँ
विभिन्न समयावधियों में विद्युत उपभोग भार में अंतर के कारण, कोयला विद्युत इकाइयों को पीकिंग क्षमता ग्रहण करनी पड़ती है, इसलिए उन्हें संबंधित पीक लोड की क्षमता के रूप में एक निश्चित मात्रा में उत्पादन क्षमता अलग रखनी पड़ती है, जिससे ताप विद्युत इकाइयों के लिए पूर्ण उत्पादन क्षमता प्राप्त करना असंभव हो जाता है और इकाई संचालन की मितव्ययिता प्रभावित होती है। ऊर्जा भंडारण का उपयोग कम विद्युत भार के समय चार्ज किया जा सकता है और विद्युत पीक के समय डिस्चार्ज किया जा सकता है ताकि लोड स्पाइक्स को कम किया जा सके।
ऊर्जा भंडारण प्रणाली के प्रतिस्थापन प्रभाव का उपयोग कोयला ऊर्जा की क्षमता इकाइयों को मुक्त करने के लिए किया जाता है, जिससे ताप विद्युत इकाइयों की उपयोग दर में सुधार होता है और उनकी अर्थव्यवस्था बढ़ती है। क्षमता इकाइयाँ विशिष्ट ऊर्जा-आधारित अनुप्रयोगों से संबंधित हैं, जिनमें चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के समय की सख्त आवश्यकताएँ नहीं होती हैं, और चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के लिए बिजली की आवश्यकताएँ अपेक्षाकृत व्यापक होती हैं, लेकिन उपयोगकर्ता के विद्युत भार और नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन की विशेषताओं के कारण, क्षमता समय-शिफ्ट के अनुप्रयोग की आवृत्ति अपेक्षाकृत अधिक होती है, जो प्रति वर्ष लगभग 200 बार होती है।
लोड ट्रैकिंग
लोड ट्रैकिंग, धीमी गति से बदलते निरंतर भार के लिए एक सहायक सेवा है, जिसे वास्तविक समय संतुलन प्राप्त करने के लिए गतिशील रूप से समायोजित किया जाता है। जनरेटर संचालन की वास्तविक स्थिति के अनुसार, धीरे-धीरे बदलते निरंतर भार को मूल भार और आरोही भार में विभाजित किया जा सकता है, और लोड ट्रैकिंग मुख्य रूप से आरोही भार पर लागू होती है, अर्थात, आउटपुट के आकार को समायोजित करके, पारंपरिक ऊर्जा इकाइयों की आरोही दर को कम से कम किया जा सकता है, ताकि वे यथासंभव शेड्यूलिंग निर्देशों के स्तर पर सुचारू रूप से संक्रमण कर सकें। क्षमता इकाइयों की तुलना में, लोड ट्रैकिंग में डिस्चार्ज प्रतिक्रिया समय के लिए उच्च आवश्यकताएं होती हैं, जिसके लिए संबंधित समय को मिनट स्तर पर होना आवश्यक है।
सिस्टम आवृत्ति विनियमन
आवृत्ति विनियमन महत्वपूर्ण है क्योंकि आवृत्ति में परिवर्तन बिजली उत्पादन और बिजली उपभोग करने वाले उपकरणों के सुरक्षित और कुशल संचालन और जीवन को प्रभावित करते हैं। पारंपरिक ऊर्जा संरचना में, ग्रिड के अल्पकालिक ऊर्जा असंतुलन को पारंपरिक इकाइयाँ (मुख्यतः चीन में ताप विद्युत और जल विद्युत) AGC सिग्नल पर प्रतिक्रिया देकर नियंत्रित करती हैं। हालाँकि, ग्रिड में नए ऊर्जा स्रोतों के एकीकरण के साथ, पवन और प्रकाश की अस्थिरता और स्थैतिकता ग्रिड के ऊर्जा असंतुलन को अल्पावधि में तीव्र बना देती है।
पारंपरिक ऊर्जा स्रोत (विशेषकर तापीय ऊर्जा) एफएम की धीमी गति, ग्रिड शेड्यूलिंग निर्देशों पर प्रतिक्रिया देने में देरी और कभी-कभी रिवर्स रेगुलेशन जैसी गलत कार्रवाइयों के कारण नई मांग को पूरा नहीं कर पाते। इसके विपरीत, ऊर्जा भंडारण (विशेषकर विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण) आवृत्ति विनियमन गति, बैटरी को चार्जिंग और डिस्चार्जिंग अवस्था के बीच लचीला रूप से परिवर्तित कर सकता है, और एक बहुत अच्छा आवृत्ति विनियमन संसाधन बन सकता है।
स्टैंडबाय क्षमता
स्टैंडबाय क्षमता, अपेक्षित लोड मांग को पूरा करने के अलावा, आपात स्थिति में बिजली की गुणवत्ता और सिस्टम के सुरक्षित एवं स्थिर संचालन की गारंटी के लिए आरक्षित सक्रिय पावर रिजर्व को संदर्भित करती है। सामान्यतः, स्टैंडबाय क्षमता सिस्टम की सामान्य बिजली आपूर्ति क्षमता का 15-20% होनी चाहिए, और न्यूनतम मान सिस्टम में सबसे बड़ी एकल-मशीन स्थापित क्षमता वाली इकाई की क्षमता के बराबर होना चाहिए।
चूंकि स्टैंडबाय क्षमता अप्रत्याशित स्थितियों के लिए है, सामान्य वार्षिक परिचालन आवृत्ति कम है, अगर बैटरी का उपयोग अकेले स्टैंडबाय क्षमता सेवा करने के लिए किया जाता है, तो अर्थव्यवस्था की गारंटी नहीं दी जा सकती है, इसलिए वास्तविक प्रतिस्थापन प्रभाव को निर्धारित करने के लिए मौजूदा स्टैंडबाय क्षमता की लागत के साथ इसकी तुलना करना आवश्यक है।
नवीकरणीय ऊर्जा ग्रिड कनेक्शन
पवन ऊर्जा, फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन आउटपुट यादृच्छिकता, आंतरायिक विशेषताओं के कारण, पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों की तुलना में इसकी बिजली की गुणवत्ता खराब है, अक्षय ऊर्जा विद्युत उत्पादन में उतार-चढ़ाव (आवृत्ति में उतार-चढ़ाव, आउटपुट में उतार-चढ़ाव, आदि) के कारण बिजली-प्रकार के अनुप्रयोगों के साथ-साथ ऊर्जा-प्रकार के अनुप्रयोगों के बीच कुछ सेकंड से लेकर कुछ घंटों तक का अंतर होता है, जिसे आम तौर पर तीन प्रकार के अनुप्रयोगों में वर्गीकृत किया जा सकता है: अक्षय ऊर्जा ऊर्जा समय-शिफ्ट, अक्षय ऊर्जा विद्युत उत्पादन क्षमता इलाज, और अक्षय ऊर्जा आउटपुट चौरसाई
इस अनुप्रयोग को सामान्यतः तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: नवीकरणीय ऊर्जा समय परिवर्तन, नवीकरणीय ऊर्जा क्षमता उपचार और नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन समकारी। उदाहरण के लिए, फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन में परित्यक्त प्रकाश की समस्या के लिए, दिन में उत्पन्न शेष विद्युत को रात में निर्वहन हेतु संग्रहित करना आवश्यक है, जो नवीकरणीय ऊर्जा के ऊर्जा समय परिवर्तन से संबंधित है। पवन ऊर्जा के संबंध में, पवन ऊर्जा की अप्रत्याशितता पवन ऊर्जा उत्पादन में बड़े उतार-चढ़ाव का कारण बनती है, जिसे समकारी बनाने की आवश्यकता होती है, और इस प्रकार यह विद्युत-आधारित अनुप्रयोगों में प्रमुखता से व्याप्त है।
ट्रांसमिशन और वितरण पक्ष
पारेषण और वितरण पक्ष में ऊर्जा भंडारण का अनुप्रयोग मुख्य रूप से पारेषण और वितरण रुकावट को कम करने, पारेषण और वितरण उपकरणों के विस्तार में देरी करने और प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन तीन श्रेणियों के लिए है, पीढ़ी पक्ष के अनुप्रयोग की तुलना में, अनुप्रयोग प्रकार का पारेषण और वितरण पक्ष कम है, एक ही समय में प्रभाव के दृष्टिकोण से एक प्रतिस्थापन प्रभाव का अधिक है।
पारेषण और वितरण अवरोध का निवारण
लाइन अवरोध का अर्थ है लाइन लोड का लाइन क्षमता से अधिक होना। ऊर्जा भंडारण प्रणाली लाइन के अपस्ट्रीम में स्थापित होती है। जब लाइन अवरोध उत्पन्न होता है, तो यह उस शक्ति को संग्रहीत कर सकता है जिसे ऊर्जा भंडारण उपकरण में वितरित नहीं किया जा सकता है, और जब लाइन लोड लाइन क्षमता से कम होता है, तो ऊर्जा भंडारण प्रणाली लाइन में डिस्चार्ज कर देती है। आम तौर पर, ऊर्जा भंडारण प्रणाली के लिए डिस्चार्ज समय घंटे के स्तर पर होना चाहिए, और संचालन में लगभग 50 से 100 बार तक। ये ऊर्जा-आधारित अनुप्रयोग हैं। प्रतिक्रिया समय की कुछ आवश्यकताएँ होती हैं और प्रतिक्रिया समय मिनट स्तर पर होना चाहिए।
पारेषण और वितरण उपकरणों के विस्तार को स्थगित करना
पारंपरिक ग्रिड योजना या ग्रिड उन्नयन और विस्तार महंगे होते हैं। एक पारेषण और वितरण प्रणाली में, जहाँ भार उपकरण की क्षमता के करीब होता है, यदि भार आपूर्ति वर्ष के अधिकांश समय पूरी की जा सकती है, और वर्ष के केवल कुछ निश्चित समयों पर जब इसकी अपनी क्षमता कुछ व्यस्त घंटों में भार से कम होगी, तो ऊर्जा भंडारण प्रणाली का उपयोग कम स्थापित क्षमता के माध्यम से ग्रिड की पारेषण और वितरण क्षमता को प्रभावी ढंग से बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है, जिससे नई पारेषण और वितरण सुविधाओं की लागत कम हो जाती है और मूल उपकरण का सेवा जीवन बढ़ जाता है।
ट्रांसमिशन और वितरण रुकावट से राहत देने की तुलना में, ट्रांसमिशन और वितरण उपकरणों के विस्तार को स्थगित करना कम बार काम करता है, और बैटरी की उम्र बढ़ने पर विचार करते हुए, वास्तविक परिवर्तनीय लागत अधिक होती है, इसलिए यह बैटरी की अर्थव्यवस्था के लिए उच्च आवश्यकताओं को सामने रखता है।
प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन
रिएक्टिव पावर सपोर्ट, ट्रांसमिशन और वितरण लाइनों पर रिएक्टिव पावर को इंजेक्ट या अवशोषित करके ट्रांसमिशन वोल्टेज का नियमन है। रिएक्टिव पावर की कमी या अधिकता ग्रिड में वोल्टेज में उतार-चढ़ाव का कारण बन सकती है, जिससे बिजली की गुणवत्ता प्रभावित होती है और यहाँ तक कि बिजली का उपयोग करने वाले उपकरणों की क्षमता भी कम हो जाती है। बैटरियाँ डायनेमिक इन्वर्टर, संचार और नियंत्रण उपकरणों की सहायता से रिएक्टिव पावर आउटपुट के परिमाण को समायोजित करके ट्रांसमिशन और वितरण लाइनों के वोल्टेज को नियंत्रित कर सकती हैं। रिएक्टिव पावर सपोर्ट एक विशिष्ट पावर-आधारित अनुप्रयोग है जिसका डिस्चार्ज समय अपेक्षाकृत कम होता है लेकिन संचालन की आवृत्ति अधिक होती है।
बिजली की खपत पक्ष
बिजली की खपत वाला पक्ष बिजली के उपयोग का अंतिम बिंदु है, और उपयोगकर्ता बिजली का उपभोक्ता और उपयोगकर्ता होता है। बिजली उत्पादन, पारेषण और वितरण पक्ष की लागत और राजस्व टैरिफ के रूप में व्यक्त किए जाते हैं, जो उपयोगकर्ता की लागत में परिवर्तित हो जाते हैं, और इसलिए टैरिफ का स्तर उपयोगकर्ता की मांग को प्रभावित करता है।
उपयोग-समय टैरिफ प्रबंधन
बिजली क्षेत्र दिन के 24 घंटों को पीक, फ्लैट और लो अवधियों में विभाजित करता है, और इनमें से प्रत्येक अवधि के लिए अलग-अलग टैरिफ, यानी टाइम-शेयरिंग टैरिफ, निर्धारित करता है। उपभोग-समय टैरिफ प्रबंधन, ऊर्जा टाइम-शिफ्टिंग के समान है, सिवाय इसके कि उपभोग-समय टैरिफ प्रबंधन, बिजली भार को नियंत्रित करने के लिए उपभोग-समय टैरिफ प्रणाली पर आधारित है, जबकि ऊर्जा टाइम-शिफ्टिंग, बिजली उत्पादन को नियंत्रित करने के लिए बिजली भार वक्र पर आधारित है।
क्षमता टैरिफ प्रबंधन
चीन ने बिजली आपूर्ति क्षेत्र में बड़े औद्योगिक उद्यमों के लिए दो-भागीय टैरिफ प्रणाली लागू की है: वॉल्यूम टैरिफ, लेनदेन में उत्पादित बिजली की वास्तविक मात्रा के अनुसार बिल किए गए टैरिफ को संदर्भित करता है, जबकि क्षमता टैरिफ मुख्य रूप से ग्राहक द्वारा उपयोग की जाने वाली बिजली के अधिकतम मूल्य पर निर्भर करता है। क्षमता शुल्क प्रबंधन, सामान्य उत्पादन को प्रभावित किए बिना अधिकतम बिजली खपत को कम करके क्षमता शुल्क में कमी को संदर्भित करता है। उपयोगकर्ता ऊर्जा भंडारण प्रणाली का उपयोग बिजली की खपत की निम्न घाटी में ऊर्जा संग्रहीत करने और उच्च शिखर पर नकारात्मक भार को कम करने के लिए कर सकते हैं, इस प्रकार समग्र भार को कम करके क्षमता शुल्क को कम करने का उद्देश्य प्राप्त कर सकते हैं।
बिजली की गुणवत्ता में सुधार
विद्युत प्रणाली संचालन भार की परिवर्तनशील प्रकृति, उपकरण भार की अरैखिकता और अन्य समस्याओं के कारण, जब विद्युत की गुणवत्ता खराब होती है, तो उपयोगकर्ता को वोल्टेज, धारा परिवर्तन या आवृत्ति विचलन आदि की शक्ति प्राप्त करने में कठिनाई होती है। सिस्टम आवृत्ति विनियमन और प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन, उत्पादन पक्ष और संचरण एवं वितरण पक्ष पर विद्युत गुणवत्ता में सुधार के तरीके हैं। उपयोगकर्ता पक्ष पर, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का उपयोग वोल्टेज और आवृत्ति में उतार-चढ़ाव को सुचारू करने के लिए भी किया जा सकता है।
उदाहरण के लिए, वितरित फोटोवोल्टिक प्रणालियों में वोल्टेज वृद्धि, गिरावट और झिलमिलाहट जैसी समस्याओं को हल करने के लिए ऊर्जा भंडारण का उपयोग करके। बिजली की गुणवत्ता में सुधार एक विशिष्ट शक्ति-आधारित अनुप्रयोग है, विशिष्ट डिस्चार्ज बाज़ार और संचालन आवृत्ति वास्तविक अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार भिन्न होती है, लेकिन आम तौर पर इसके लिए मिलीसेकंड का प्रतिक्रिया समय आवश्यक होता है।
बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता में सुधार
ऊर्जा भंडारण का उपयोग माइक्रोग्रिड बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता में सुधार के लिए किया जाता है, जिसका अर्थ है कि बिजली की विफलता की स्थिति में, ऊर्जा भंडारण अंतिम उपयोगकर्ता को आरक्षित ऊर्जा प्रदान कर सकता है, जिससे खराबी की मरम्मत प्रक्रिया के दौरान बिजली की आपूर्ति बाधित होने से बचा जा सके और बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता सुनिश्चित हो सके। इस अनुप्रयोग में ऊर्जा भंडारण उपकरणों में उच्च गुणवत्ता और उच्च विश्वसनीयता की आवश्यकताएँ होनी चाहिए, और विशिष्ट निर्वहन अवधि मुख्य रूप से स्थापना स्थान से संबंधित होती है।
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