ग्रिड ऊर्जा भंडारण समाधानों के साथ ग्रिड विश्वसनीयता और धारणा में सुधार करना

ग्रिड ऊर्जा भंडारण समाधान कैसे ग्रिड विश्वसनीयता और धारणा में सुधार करता है

ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ आज की बिजली ग्रिड में लगभग शॉक एब्ज़ॉर्बर्स की तरह काम करती हैं, और वोल्टेज गिरने या उपकरणों की खराबी के समय लगभग तुरंत प्रतिक्रिया देती हैं। ये प्रणालियाँ आवृत्ति को मानक 60 या 50 हर्ट्ज के करीब बनाए रखती हैं, आमतौर पर लगभग आधे हर्ट्ज के भीतर। यह इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि ऐसे नियंत्रण के बिना हम पहले बड़ी समस्याओं का अनुभव कर चुके हैं, जहाँ छोटी समस्याएँ एक साथ कई राज्यों को प्रभावित करने वाले विशाल बिजली आउटेज में बदल गई थीं। इन भंडारण समाधानों को इतना मूल्यवान बनाता है उनकी क्षणभर में बिजली को प्रणाली में वापस भेजने की क्षमता, जो पूरे नेटवर्क को स्थिर रखने में वास्तव में मदद करती है। जब ग्रिड पर समस्याएँ आती हैं, तो इस त्वरित प्रतिक्रिया क्षमता का महत्व अस्पतालों, आपातकालीन सेवाओं और अन्य महत्वपूर्ण संचालन को निर्बाध रूप से चलाने के लिए बिल्कुल आवश्यक हो जाता है।

स्थिर आपूर्ति के लिए ऊर्जा भंडारण का नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के साथ एकीकरण

सौर पैनलों और पवन टर्बाइनों के संयोजन के साथ ऊर्जा भंडारण बहुत अच्छी तरह से काम करता है क्योंकि नवीकरणीय स्रोतों से उत्पादित ऊर्जा वास्तव में लगभग 70% समय तक दिन भर में काफी हद तक उतार-चढ़ाव दर्ज करती है। ऊर्जा कंपनियां रात में जब सूर्य अस्त हो जाता है या जब लगातार कई दिनों तक कोई हवा नहीं चल रही होती, तब भी कोयला या गैस संयंत्रों को बैकअप स्रोत के रूप में न अपनाते हुए बिजली की आपूर्ति जारी रख सकती हैं। भंडारित ऊर्जा उन अंतरों को पूरा करती है जहां उत्पादन में कमी आती है, ताकि लोगों को अभी भी अपने बिजली के सॉकेट से विश्वसनीय बिजली मिलती रहे। इससे हमारे ग्रिड में कुल मिलाकर अधिक स्वच्छ ऊर्जा होना संभव होता है, जिसकी वकालत पर्यावरण समूह वर्षों से कर रहे हैं।

पीक शेविंग और लोड बैलेंसिंग जैसी ऊर्जा भंडारण सेवाओं की व्याख्या की गई

• पीक शेविंग: भंडारण दैनिक मांग के उच्च स्तर (उदाहरण के लिए, शाम 5 से 8 बजे) के दौरान ऊर्जा छोड़ता है, जिससे ट्रांसमिशन लाइनों पर भार कम हो जाता है और महंगे बुनियादी ढांचे के अपग्रेड को स्थगित किया जा सकता है
• लोड बैलेंसिंग: बैटरियां अतिरिक्त ऊर्जा को अत्यधिक आपूर्ति वाले क्षेत्रों से कमी वाले क्षेत्रों में स्थानांतरित कर ग्रिड के उपयोग को अनुकूलित करती हैं और संकीर्णता को कम करती हैं

ये सेवाएं दक्षता में सुधार करती हैं और पुराने बुनियादी ढांचे पर पहनने को कम करती हैं, लंबे समय तक प्रणाली विश्वसनीयता में योगदान देती हैं।

डेटा अंतर्दृष्टि: ग्रिड भंडारण बाहर निकलने की अवधि को 40% तक कम कर देता है (यू.एस. डी.ओ.ई., 2023)

ऊर्जा के अमेरिकी विभाग की 2023 की दृढ़ता रिपोर्ट में पाया गया कि 500 मेगावाट संग्रण क्षमता वाले क्षेत्रों ने भंडारण के बिना ग्रिड की तुलना में तूफानों के दौरान 2.3 घंटे तेजी से बिजली बहाल की। इस आउटेज रिकवरी में 40% सुधार भंडारण की क्षमता से उत्पन्न हुआ:

1. संचरण विफलताओं के दौरान महत्वपूर्ण सुविधाओं - अस्पतालों, डेटा केंद्रों, जल उपचार संयंत्रों के संचालन को बनाए रखें
2. भंडारित भंडार का उपयोग करके तेज "ब्लैक स्टार्ट" ग्रिड पुनरारंभ सक्षम करें, पूर्ण पुनर्स्थापना को तेज करें

चरम मौसमी घटनाओं के रूप में इस क्षमता की बढ़ती आवश्यकता ग्रिड दृढ़ता को चुनौती दे रही है।

आधुनिक ग्रिड अनुप्रयोगों को संचालित करने वाली प्रमुख ऊर्जा भंडारण तकनीकें

ऊर्जा संग्रहण प्रौद्योगिकियों का अवलोकन और उनकी अवधि और कार्य के आधार पर वर्गीकरण

आधुनिक ग्रिड ऊर्जा संग्रहण समाधान विभिन्न प्रौद्योगिकियों का उपयोग करते हैं, जिनमें से प्रत्येक विशिष्ट अवधि और कार्यों के लिए उपयुक्त हैं:

प्रौद्योगिकी प्रकार	अवधि	मुख्य अनुप्रयोग
लिथियम आयन बैटरी	अल्प-मध्यम अवधि	आवृत्ति नियमन, चोटी समर्थन
प्रवाह बैटरी	मध्यम-दीर्घ अवधि	भार स्थानांतरण, नवीकरणीय ऊर्जा का एकीकरण
पंपेड हाइड्रो स्टोरेज	दीर्घकालिक	थोक ऊर्जा संग्रहण, मौसमी संतुलन
थर्मल स्टोरेज	अल्प-दीर्घ अवधि	औद्योगिक ऊष्मा प्रबंधन, सह-जनन प्रणाली

जैसा कि स्थायी ऊर्जा प्रणालियों में अनुसंधान दर्शाता है, यह वर्गीकरण उपयोगिताओं को प्रौद्योगिकी विकल्पों को संचालन आवश्यकताओं के साथ संरेखित करने में सहायता करता है - अल्पकालिक प्रणालियां जैसे सुपरकैपेसिटर क्षणिक असंतुलन को संभालते हैं, जबकि प्रवाह बैटरियां नवीकरणीय उत्पादन में कई घंटों के स्थानांतरण का प्रबंधन करती हैं।

लिथियम-आयन बनाम फ्लो बैटरियाँ: ग्रिड ऊर्जा भंडारण समाधानों में प्रदर्शन

लघुकालिक भंडारण आवश्यकताओं के लिए लिथियम आयन बैटरी वास्तव में जाने-माने विकल्प हैं, क्योंकि इनकी दोहरी दिशा में ऊर्जा दक्षता दर 90% से 95% के बीच होती है, और प्रतिक्रिया समय 100 मिलीसेकंड से भी कम होता है। लेकिन जब लंबे समय तक चलने वाले समाधानों की बात आती है, तो फ्लो बैटरियाँ उभरकर सामने आती हैं। इन प्रणालियों का जीवनकाल लगभग 20 से 30 वर्ष तक होता है, जबकि लिथियम का सामान्य जीवनकाल लगभग 10 से 15 वर्ष होता है। इसके अतिरिक्त, फ्लो तकनीक को सौर पैनलों या पवन टर्बाइनों जैसे नवीकरणीय स्रोतों के साथ कई दिनों तक जोड़े जाने पर आवश्यक 4 से 12 घंटे के डिस्चार्ज चक्र के लिए आसानी से बढ़ाया जा सकता है। यह तथ्य कि उनके इलेक्ट्रोलाइट समय के साथ नष्ट नहीं होते, वास्तव में रखरखाव खर्चों को कम करने में मदद करता है, भले ही इकाई आयतन के अनुसार ये लिथियम विकल्पों की तुलना में कम ऊर्जा संग्रहित करते हों।

उभरती प्रौद्योगिकियाँ: ठोस-अवस्था और गुरुत्वाकर्षण-आधारित भंडारण प्रणालियाँ

ठोस अवस्था की बैटरियाँ सामान्य लिथियम आयन सेल की तुलना में दोगुनी ऊर्जा संग्रहित करने में सक्षम हो सकती हैं, और आग लगने का बहुत कम जोखिम होता है। इसका अर्थ है कि इन्हें शहरी क्षेत्रों के ठीक बगल में छोटे स्थानों पर विस्फोट के डर के बिना सुरक्षित रूप से स्थापित किया जा सकता है। फिर गुरुत्वाकर्षण आधारित भंडारण समाधान जैसे Energy Vault के बड़े यांत्रिक टावर हैं। वे मूल रूप से अतिरिक्त बिजली उपलब्ध होने पर भारी संयुक्त ब्लॉकों को ऊपर उठाते हैं और आवश्यकता पड़ने पर उन्हें नीचे लाते हैं, इस तरह वर्षों तक ऊर्जा का भंडारण करते हैं। इस प्रणाली में भंडारित ऊर्जा का लगभग 15% नुकसान होता है, जो इतने लंबे समय तक चलने के मद्देनजर काफी अच्छा है। ये सभी नई तकनीकें ऐसे स्थानों में संभावनाएँ खोलती हैं जहाँ पारंपरिक बैटरी तकनीक सुरक्षा मुद्दों या सीमित सामग्री के कारण ठीक से काम नहीं करती है।

प्रवृत्ति विश्लेषण: 2030 तक लंबी अवधि के ऊर्जा भंडारण (LDES) की ओर वैश्विक स्थानांतरण

बाजार पूर्वानुमानों के अनुसार, लंबी अवधि के ऊर्जा भंडारण (LDES) क्षेत्र इस दशक के अंत तक लगभग 120 बिलियन डॉलर के मूल्य तक पहुंच सकता है। इसका मुख्य कारण उन प्रणालियों की बढ़ती मांग है जो लगातार दस घंटे से अधिक समय तक बिजली छोड़ सकती हैं, जो पूरे ग्रिड में कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए आवश्यक है। आजकल नए नवीकरणीय ऊर्जा स्थापना का लगभग आधा हिस्सा कुछ न कुछ LDES वादे के साथ आता है, जिसका कारण मुख्य रूप से आयरन-एयर बैटरियों और संपीड़ित वायु भंडारण समाधान जैसी प्रौद्योगिकियों की कीमतों में गिरावट है। यहाँ जो हम देख रहे हैं, वह केवल अल्पकालिक आउटेज के दौरान लाइट्स चालू रखने के बारे में नहीं है। इसके बजाय, कंपनियां अब अपनी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की योजना बनाते समय कई दिनों आगे, यहां तक कि महीनों आगे सोचना शुरू कर रही हैं, चाहे वह सप्ताह भर की गर्मी की लहर हो या आपूर्ति और मांग में मौसमी उतार-चढ़ाव का सामना करना हो।

ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का ग्रिड एकीकरण और संचालन प्रदर्शन

आज की विद्युत ग्रिड में ऊर्जा संग्रहण प्रणालियों (ESS) को शामिल करना कोई आसान काम नहीं है। इन प्रणालियों से सर्वोत्तम संभव प्रदर्शन प्राप्त करने के प्रयास में कई तकनीकी बाधाओं को पार करना पड़ता है। बैटरियों के तेजी से चार्ज और डिस्चार्ज होने पर आने वाले परेशान करने वाले वोल्टेज स्पाइक्स से निपटना कुछ वास्तविक सिरदर्द उत्पन्न करता है। इसके अलावा मिश्रित नवीकरणीय ऊर्जा स्थापना में दोनों दिशाओं में बिजली के प्रवाह को संभालना भी एक जटिल समस्या है। पावर सोर्सेज जर्नल में पिछले साल प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, पुरानी ग्रिड अवसंरचना में बड़ी बैटरी पैक स्थापित करने की इच्छा रखने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए दो बड़ी समस्याएं सामने आती हैं। पहली समस्या आवृत्ति को स्थिर रखना है, जो उन सभी बैटरियों के ऑनलाइन और ऑफलाइन होने से जटिल हो जाती है। दूसरी समस्या इन विशाल स्थापना में उत्पन्न होने वाली ऊष्मा के प्रबंधन की है, जो समय के साथ बैटरी सरणियों के बड़ा होने पर अधिकाधिक कठिन होती जाती है।

ऊर्जा संग्रहण प्रणालियों के ग्रिड में एकीकरण में तकनीकी चुनौतियाँ

पुराने ग्रिड डिज़ाइन को लिथियम-आयन बैटरियों और फ्लो बैटरी सिस्टम की तेज़ी से प्रतिक्रिया करने की क्षमता के साथ बने रहने में काफी परेशानी होती है। आम वोल्टेज नियंत्रण उपकरणों के साथ उल्टा दिशा में काम करने वाले समय को प्राप्त करने के लिए आमतौर पर सबस्टेशनों में बड़े पैमाने पर काम करना पड़ता है। कुछ क्षेत्रीय रिपोर्टों के अनुसार, उत्तरी अमेरिका में हर चौथी ट्रांसमिशन कंपनी को ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए पुराने सबस्टेशनों को अपग्रेड करते समय इन्वर्टर्स के साथ समस्याओं का सामना करना पड़ता है। इस बात की ओर संकेत करता है कि ग्रिड से इन नई तकनीकों को जोड़ने के लिए हमें बेहतर मानक नियमों की बहुत आवश्यकता है।

स्मार्ट इन्वर्टर और उन्नत नियंत्रण सुविधाएं नवीकरणीय एकीकरण को सुगम बनाती हैं

अगली पीढ़ी के स्मार्ट इन्वर्टर विद्युत ग्रिड को स्थिर रखने में मदद करते हैं क्योंकि वे ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को आकस्मिक सौर उत्पादन वृद्धि या पवन उपलब्धता में गिरावट के समय अपनी प्रतिक्रियाशील शक्ति को समायोजित करने की अनुमति देते हैं। जब ये उपकरण उन कृत्रिम बुद्धिमत्ता नियंत्रणों के साथ काम करते हैं जो आगे क्या होने वाला है, यह भविष्यवाणी करते हैं, तो पिछले साल मध्यपश्चिम में अपव्ययित नवीकरणीय ऊर्जा में लगभग 18 प्रतिशत की गिरावट देखी गई। कैलिफोर्निया की CAISO प्रणाली को एक अच्छे उदाहरण के रूप में लें। उन्होंने 3.2 गीगावाट की बैटरियों और सौर पैनलों के बीच समन्वय को प्रबंधित करने के लिए वास्तविक समय में माप का उपयोग करके कुछ वास्तव में प्रभावी तरीके लागू किए हैं। इससे तब भी सब कुछ सुचारू रूप से चलता रहता है जब नवीकरणीय स्रोतों से आने वाली बिजली की मात्रा लगातार बदल रही होती है और लोगों के उपभोग प्रतिरूप भी दिन भर में बदलते रहते हैं।

केस अध्ययन: सौर अतिप्रवाह का समर्थन करने वाले कैलिफोर्निया के ग्रिड-स्केल बैटरी तैनाती

मई 2024 में, जब सौर ऊर्जा के स्तर ने रिकॉर्ड तोड़ दिया, कैलिफोर्निया की 4 घंटे की लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों की प्रणाली ने दिन के मध्य उत्पादित लगभग 1.7 गीगावाट घंटे की अतिरिक्त बिजली को संग्रहीत कर लिया। इससे वास्तव में लगभग 125 हजार घरों को बिजली दी जा सकती है। इस तरह संग्रहीत ऊर्जा ने शाम के समय बिजली की आवश्यकता में आए बड़े उछाल का लगभग 89 प्रतिशत हिस्सा पूरा किया। इससे यह स्पष्ट होता है कि जब ऊर्जा भंडारण प्रणाली (ESS) को उन स्थानों पर स्थापित किया जाता है जहाँ इसकी वास्तविक आवश्यकता होती है, तो वे अतिरिक्त ऊर्जा को, जो अन्यथा बर्बाद हो जाती, कुछ उपयोगी और विश्वसनीय चीज में बदल देते हैं। ऐसा करके, यह ऊर्जा की बर्बादी को कम करता है और साथ ही उन महंगे प्राकृतिक गैस संयंत्रों पर निर्भरता को भी कम करता है जो चरम समय के दौरान सक्रिय हो जाते हैं। इस दृष्टिकोण से न केवल बजट को लाभ होता है बल्कि पर्यावरण को भी लाभ होता है।

ग्रिड ऊर्जा भंडारण समाधानों के आर्थिक और पर्यावरणीय लाभ

ऊर्जा भंडारण को नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के साथ एकीकरण के माध्यम से अपवर्जन को कम करना

ऊर्जा संग्रहण सौर और पवन ऊर्जा के अतिरिक्त उत्पादन को कम मांग वाली अवधि के दौरान संग्रहित करके नवीकरणीय ऊर्जा के अपशिष्ट को कम करता है। 2023 में, कैलिफोर्निया ने लक्षित बैटरी तैनाती के माध्यम से अपनी ऊर्जा कटौती को 34% तक कम किया। पीक घंटों के दौरान इस संग्रहित ऊर्जा की आपूर्ति करके नवीकरणीय ऊर्जा के उपयोग को अधिकतम किया जाता है और जीवाश्म ईंधन से चलने वाले पीकर संयंत्रों पर निर्भरता कम हो जाती है, जिससे ग्रिड की स्थायित्वता और लागत-दक्षता में सुधार होता है।

ग्रीन ऊर्जा अपनाने को प्रेरित करने वाला संग्रहण की समानीकृत लागत (एलसीओएस) में सुधार

बैटरी तकनीक में सुधार के साथ-साथ बड़े उत्पादन के कारण लिथियम आयन सिस्टम के लिए संग्रहण की स्तरीकृत लागत (LCOS) 2018 के बाद से लगभग 52% तक कम हो गई है। आजकल पावर कंपनियां ऊर्जा भंडारण समाधानों का उपयोग न केवल ग्रिड स्थिरता बनाए रखने के लिए बल्कि आवश्यकता पड़ने पर विश्वसनीय बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए भी कर रही हैं, अक्सर ऐसी लागतों पर जो प्राकृतिक गैस संयंत्रों की पेशकश से भी कम हो सकती हैं। 2023 में MIT से आई एक नवीनतम रिपोर्ट में सुधार की संभावना जताई गई है, जिसमें यह भविष्यवाणी की गई है कि इस दशक के अंत तक चार घंटे की अवधि वाली प्रणालियों के लिए LCOS प्रति मेगावाट घंटा 50 डॉलर से भी कम हो सकती है। इस तरह की प्रगति से निश्चित रूप से हमारे स्वच्छ ऊर्जा ग्रिड की ओर प्रगति तेज होती है, जो किसी भी तरह की परिस्थिति से निपट सकते हैं।

पर्यावरण पर प्रभाव: ऊर्जा भंडारण कैसे समर्थन करता है कार्बन मुक्त लक्ष्यों को

ग्रिड ऊर्जा भंडारण हमारी बिजली प्रणालियों में अधिक नवीकरणीय ऊर्जा के एकीकरण में सहायता करता है, जिससे केवल संयुक्त राज्य अमेरिका के भीतर प्रति वर्ष लगभग 12 से 18 मिलियन टन तक कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन में कमी आती है। यह तकनीक तब बिजली ग्रिड पर दबाव होने पर मीथेन-युक्त गैस टर्बाइनों पर निर्भरता को कम करती है। इस भंडारण क्षमता को नवीकरणीय संकर सुविधाओं के साथ जोड़ दें और हम पेरिस समझौते के ढांचे के तहत कई जलवायु मॉडलों द्वारा सुझाई गई बिजली उत्पादन से उत्सर्जन में 72% की महत्वाकांक्षी कटौती की ओर वास्तविक प्रगति की ओर बढ़ रहे हैं। इस प्रकार, विश्व स्तर पर ग्रीनहाउस गैसों में कमी लाने और विश्वसनीय बिजली आपूर्ति बनाए रखने के लिए किसी भी गंभीर प्रयास में ये भंडारण समाधान मूलभूत घटक के रूप में उभरते हैं।

सामान्य प्रश्न

ग्रिड विश्वसनीयता में ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की क्या भूमिका है?

ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ झटके के अवशोषक की तरह काम करती हैं, वोल्टेज में गिरावट या उपकरण खराबी के प्रति त्वरित प्रतिक्रिया देकर ग्रिड को स्थिर रखती हैं, जिससे महत्वपूर्ण सेवाओं को लगातार बिजली प्रदान की जा सके।

ऊर्जा भंडारण प्रणाली नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के साथ कैसे एकीकृत होती है?

ऊर्जा भंडारण प्रणाली नवीकरणीय स्रोतों द्वारा उत्पन्न अतिरिक्त बिजली को संग्रहीत करती है, उतार-चढ़ाव को कम करती है और तब भी स्थिर बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करती है जब नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन कम हो जाता है।

ग्रिड में ऊर्जा भंडारण समाधानों द्वारा प्रदान की जाने वाली सेवाओं के प्रकार क्या हैं?

ये समाधान उच्च मांग के दौरान ऊर्जा छोड़कर शिखर मांग को कम करते हैं और अतिरिक्त ऊर्जा को अधिक आपूर्ति वाले क्षेत्रों से कमी वाले क्षेत्रों में स्थानांतरित करके भार संतुलन प्रदान करते हैं।

ऊर्जा भंडारण समाधानों के आर्थिक लाभ क्या हैं?

ऊर्जा भंडारण समाधान भंडारण की समतुल्य लागत (LCOS) को कम करते हैं, जीवाश्म ईंधन से चलने वाले बिजली संयंत्रों पर निर्भरता कम करते हैं और नवीकरणीय ऊर्जा के अपव्यय को रोकते हैं, जिससे लागत-कुशल और स्थायी बिजली ग्रिड की स्थापना होती है।