आधुनिक ऊर्जा भंडारण उपकरण, ऊर्जा भंडारण का सबसे आम प्रकार
ऊर्जा भंडारण उपकरण ऐसी प्रणालियाँ हैं जो ऊर्जा को विभिन्न रूपों में संग्रहीत करती हैं, जैसे कि विद्युत रासायनिक, गतिज, क्षमता, विद्युत चुम्बकीय, रासायनिक और तापीय, उदाहरण के लिए ईंधन सेल, बैटरी, कैपेसिटर, फ्लाईव्हील, संपीड़ित हवा, हाइड्रोलिक संचायक, सुपरमैग्नेट्स, हाइड्रोजन, आदि का उपयोग करना। .
ऊर्जा भंडारण उपकरण एक महत्वपूर्ण संसाधन हैं और अक्सर बहुत कम अवधि की अस्थिरता के दौरान निर्बाध शक्ति प्रदान करने या बिजली व्यवस्था का समर्थन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे स्टैंड-अलोन नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए आवश्यक ऊर्जा भंडारण उपकरणों के लिए मुख्य मानदंड हैं:
- विशिष्ट ऊर्जा (Wh · किग्रा -1 में) और ऊर्जा घनत्व (Wh · किग्रा -1 या Wh · l -1 में) के संदर्भ में ऊर्जा की मात्रा;
- विद्युत शक्ति, अर्थात्। आवश्यक विद्युत भार;
- मात्रा और द्रव्यमान;
- विश्वसनीयता;
- स्थायित्व;
- सुरक्षा;
- कीमत;
- पुन: प्रयोज्य;
- पर्यावरण पर प्रभाव।
ऊर्जा भंडारण उपकरणों का चयन करते समय, निम्नलिखित विशेषताओं पर विचार किया जाना चाहिए:
- विशिष्ट शक्ति;
- भंडारण क्षमता;
- विशिष्ट ऊर्जा;
- समय की प्रतिक्रिया;
- क्षमता;
- स्व-निर्वहन दर / चार्जिंग चक्र;
- गर्मी के प्रति संवेदनशीलता;
- चार्ज-डिस्चार्ज जीवन;
- पर्यावरण पर प्रभाव;
- पूंजी / परिचालन लागत;
- सेवा।
विद्युत ऊर्जा भंडारण उपकरण दूरसंचार उपकरणों (मोबाइल फोन, टेलीफोन, वॉकी-टॉकी, आदि), बैक-अप पावर सिस्टम और भंडारण घटकों (बैटरी, सुपरकैपेसिटर और ईंधन सेल) के रूप में हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों का एक अभिन्न अंग हैं।
ऊर्जा भंडारण उपकरणों, चाहे बिजली या थर्मल, को मुख्य स्वच्छ ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के रूप में पहचाना जाता है।
लंबी अवधि के ऊर्जा भंडारण में एक ऐसी दुनिया के लिए काफी संभावनाएं हैं जहां पवन और सौर ऊर्जा नए बिजली संयंत्रों को जोड़ने पर हावी हैं और धीरे-धीरे बिजली के अन्य स्रोतों को प्रतिस्थापित करते हैं।
पवन और सौर केवल निश्चित समय पर उत्पादन करते हैं, इसलिए उन्हें अंतराल को भरने में सहायता के लिए अतिरिक्त तकनीक की आवश्यकता होती है।
एक ऐसी दुनिया में जहां आंतरायिक, मौसमी और अप्रत्याशित बिजली उत्पादन का हिस्सा बढ़ रहा है और खपत के साथ डीसिंक्रनाइज़ेशन का जोखिम बढ़ रहा है, भंडारण ऊर्जा उत्पादन और खपत के बीच सभी चरण के अंतर को अवशोषित करके सिस्टम को अधिक लचीला बनाता है।
Accumulators मुख्य रूप से एक बफर के रूप में काम करते हैं और ग्रिड और इमारतों दोनों में अक्षय ऊर्जा स्रोतों के आसान प्रबंधन और एकीकरण की अनुमति देते हैं, हवा और सूरज की अनुपस्थिति में कुछ स्वायत्तता प्रदान करते हैं।
जनरेटर सिस्टम में, वे ईंधन की बचत कर सकते हैं और जनरेटर की कम से कम कुशल होने पर कम बिजली की मांग की अवधि के दौरान लोड की सेवा करके जनरेटर की अक्षमताओं से बचने में मदद करते हैं।
नवीकरणीय उत्पादन में उतार-चढ़ाव को बफ़र करके, ऊर्जा भंडारण भी जनरेटर स्टार्ट-अप की आवृत्ति को कम कर सकता है।
उच्च मर्मज्ञ शक्ति (जहां स्थापित पवन ऊर्जा औसत भार से अधिक है) के साथ पवन और डीजल प्रणालियों में, यहां तक कि बहुत कम मात्रा में भंडारण नाटकीय रूप से डीजल स्टार्ट-अप की आवृत्ति को कम कर देता है।
सबसे आम प्रकार के औद्योगिक ऊर्जा भंडारण उपकरण:
विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण उपकरण
बैटरी, विशेष रूप से लेड-एसिड बैटरी, प्रमुख ऊर्जा भंडारण उपकरण हैं।
कई प्रतिस्पर्धी बैटरी प्रकार (निकल-कैडमियम, निकल-मेटल हाइड्राइड, लिथियम-आयन, सोडियम सल्फर, मेटल-एयर, फ्लो-थ्रू बैटरी) जीवन, दक्षता, ऊर्जा घनत्व जैसे प्रदर्शन के एक या अधिक पहलुओं में लीड-एसिड बैटरी से बेहतर प्रदर्शन करते हैं। चार्ज और डिस्चार्ज की दर, ठंड के मौसम में प्रदर्शन या आवश्यक रखरखाव।
ज्यादातर मामलों में, हालांकि, उनकी कम लागत प्रति किलोवाट-घंटे की क्षमता लीड-एसिड बैटरी को सबसे अच्छा विकल्प बनाती है।
चक्का, अल्ट्राकैपेसिटर या हाइड्रोजन स्टोरेज जैसे विकल्प भविष्य में व्यावसायिक रूप से सफल हो सकते हैं, लेकिन आज दुर्लभ हैं।
लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरी अब सभी आधुनिक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए एक आधुनिक ऊर्जा स्रोत हैं। पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए प्रिज्मीय लिथियम-आयन बैटरी का वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व पिछले 15 वर्षों में दोगुना होकर तीन गुना हो गया है।
चूंकि ली-आयन बैटरी के लिए कई नए अनुप्रयोग उभर रहे हैं, जैसे कि इलेक्ट्रिक वाहन और ऊर्जा भंडारण प्रणाली, सेल डिजाइन और प्रदर्शन आवश्यकताएं लगातार बदल रही हैं और पारंपरिक बैटरी निर्माताओं के लिए अनूठी चुनौतियां पेश करती हैं।
इस प्रकार, उच्च-ऊर्जा, उच्च-शक्ति-घनत्व लिथियम-आयन बैटरी के सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन की उच्च मांग अपरिहार्य हो जाती है।
बिजली उद्योग में विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण उपकरणों का अनुप्रयोग:
संचायक संयंत्र, विद्युत ऊर्जा को संग्रहित करने के लिए बैटरियों का उपयोग
इलेक्ट्रोकेमिकल सुपरकैपेसिटर
सुपरकैपेसिटर विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण उपकरण हैं जिन्हें सेकंड में पूरी तरह से चार्ज या डिस्चार्ज किया जा सकता है।
अपने उच्च शक्ति घनत्व, कम रखरखाव लागत, व्यापक तापमान सीमा और माध्यमिक बैटरी की तुलना में लंबे समय तक कार्य चक्र के साथ, सुपरकैपेसिटर ने पिछले एक दशक में महत्वपूर्ण शोध का ध्यान आकर्षित किया है।
उनके पास पारंपरिक विद्युत ढांकता हुआ कैपेसिटर की तुलना में उच्च ऊर्जा घनत्व भी है।एक सुपरकैपेसिटर की भंडारण क्षमता इलेक्ट्रोलाइट आयनों और बड़े सतह क्षेत्र इलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक पृथक्करण पर निर्भर करती है।
लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में सुपरकैपेसिटर की कम विशिष्ट ऊर्जा उनके व्यापक उपयोग में बाधा है।
पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों और बड़े औद्योगिक उपकरणों तक, भविष्य की प्रणालियों की जरूरतों को पूरा करने के लिए सुपरकैपेसिटर के प्रदर्शन में सुधार आवश्यक है।
सुपरकैपेसिटर विस्तार से:
आयनिस्ट (सुपरकैपेसिटर) - उपकरण, व्यावहारिक अनुप्रयोग, फायदे और नुकसान
संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण
संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण एक समय में उत्पादित ऊर्जा को किसी अन्य समय उपयोग के लिए संग्रहीत करने का एक तरीका है। एक उपयोगिता पैमाने पर, कम ऊर्जा मांग (ऑफ-पीक) की अवधि के दौरान उत्पन्न ऊर्जा को उच्च मांग (पीक लोड) की अवधि को पूरा करने के लिए जारी किया जा सकता है।
कंप्रेस्ड एयर इज़ोटेर्मल स्टोरेज (CAES) एक नई तकनीक है जो पारंपरिक (डायबेटिक या एडियाबेटिक) सिस्टम की कुछ सीमाओं को दूर करने का प्रयास करती है।
क्रायोजेनिक ऊर्जा भंडारण
ब्रिटेन ने 250 मेगावॉट के तरलीकृत वायु भंडारण का निर्माण करने की योजना बनाई है। इसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के एक पार्क के साथ जोड़ा जाएगा और उनकी रुकावटों की भरपाई की जाएगी।
कमीशनिंग 2022 के लिए निर्धारित है। क्रायोजेनिक ऊर्जा भंडारण इकाइयां मैनचेस्टर के पास ट्रैफर्ड एनर्जी पार्क के साथ मिलकर काम करेंगी, जहां बिजली उत्पादन का हिस्सा फोटोवोल्टिक पैनलों और पवन टर्बाइनों से आता है।
यह भंडारण सुविधा इन नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के उपयोग में आने वाली रुकावटों की भरपाई करेगी।
इस स्थापना के संचालन का सिद्धांत एयर कंडीशनर को बदलने के दो चक्रों पर आधारित होगा।
विद्युत ऊर्जा का उपयोग हवा में खींचने और फिर इसे तरल बनने तक बहुत कम तापमान (-196 डिग्री) तक ठंडा करने के लिए किया जाएगा। इसके बाद इसे विशेष रूप से इस उपयोग के लिए अनुकूलित बड़े, इन्सुलेटेड, कम दबाव वाले टैंकों में संग्रहित किया जाएगा।
दूसरा चक्र तब होगा जब विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होगी। वाष्पीकरण जारी रखने और इसे गैसीय अवस्था में वापस लाने के लिए क्रायोजेनिक तरल को हीट एक्सचेंजर द्वारा गर्म किया जाता है।
क्रायोजेनिक तरल के वाष्पीकरण से गैस की मात्रा का विस्तार होता है, जो बिजली उत्पन्न करने वाली टर्बाइनों को चलाती है।
काइनेटिक ऊर्जा भंडारण उपकरण
एक चक्का एक घूर्णन यांत्रिक उपकरण है जिसका उपयोग घूर्णी ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है। चक्का समय के साथ आंतरायिक ऊर्जा स्रोतों से ऊर्जा प्राप्त कर सकता है और ग्रिड को विद्युत ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति प्रदान कर सकता है।
चक्का ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ इनपुट विद्युत ऊर्जा का उपयोग करती हैं जिसे गतिज ऊर्जा के रूप में संग्रहित किया जाता है।
यद्यपि यांत्रिक प्रणालियों की भौतिकी अक्सर काफी सरल होती है (जैसे कि चक्का को मोड़ना या वजन उठाना), ऐसी प्रौद्योगिकियां जो इन बलों को प्रभावी ढंग से और कुशलता से उपयोग करने में सक्षम बनाती हैं, विशेष रूप से उन्नत हैं।
उच्च तकनीक सामग्री, नवीनतम कंप्यूटर नियंत्रण प्रणाली और अभिनव डिजाइन इन प्रणालियों को वास्तविक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाते हैं।
वाणिज्यिक काइनेटिक स्टोरेज के लिए यूपीएस सिस्टम में तीन सबसिस्टम होते हैं:
- ऊर्जा भंडारण उपकरण, आमतौर पर एक चक्का;
- वितरण उपकरण;
- एक अलग जनरेटर जिसे ऊर्जा भंडारण क्षमता पर दोष-सहिष्णु शक्ति प्रदान करने के लिए शुरू किया जा सकता है।
चक्का एक बैकअप जनरेटर के साथ एकीकृत किया जा सकता है, जो यांत्रिक प्रणालियों को सीधे जोड़कर विश्वसनीयता में सुधार करता है।
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