Sut i storio trydan oddi ar y grid?

Dros y 50 mlynedd diwethaf, bu cynnydd parhaus yn y defnydd o drydan byd-eang, gyda defnydd amcangyfrifedig o tua 25,300 terawat-awr yn y flwyddyn 2021. Gyda'r newid tuag at ddiwydiant 4.0, mae cynnydd yn y galw am ynni ledled y byd. Mae'r niferoedd hyn yn cynyddu bob blwyddyn, heb gynnwys gofynion pŵer sectorau diwydiannol a sectorau economaidd eraill. Mae'r newid diwydiannol hwn a'r defnydd pŵer uchel yn gysylltiedig ag effeithiau newid hinsawdd mwy pendant oherwydd allyriadau gormodol o nwyon tŷ gwydr. Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o orsafoedd a chyfleusterau cynhyrchu pŵer yn dibynnu'n fawr ar ffynonellau tanwydd ffosil (olew a nwy) i ddiwallu'r galw hwnnw. Mae'r pryderon hinsawdd hyn yn gwahardd cynhyrchu ynni ychwanegol gan ddefnyddio dulliau confensiynol. Felly, mae datblygu systemau storio ynni effeithlon a dibynadwy wedi dod yn gynyddol bwysig i sicrhau cyflenwad parhaus a dibynadwy o ynni o ffynonellau adnewyddadwy.

Mae'r sector ynni wedi ymateb drwy symud tuag at ynni adnewyddadwy neu atebion "gwyrdd". Mae'r newid wedi cael ei gynorthwyo gan dechnegau gweithgynhyrchu gwell, gan arwain er enghraifft at weithgynhyrchu llafnau tyrbinau gwynt yn fwy effeithlon. Hefyd, mae ymchwilwyr wedi gallu gwella effeithlonrwydd celloedd ffotofoltäig, gan arwain at gynhyrchu ynni gwell fesul ardal ddefnydd. Yn 2021, cynyddodd cynhyrchu trydan o ffynonellau ffotofoltäig solar (PV) yn sylweddol, gan gyrraedd record o 179 TWh a chynrychioli twf o 22% o'i gymharu â 2020. Mae technoleg ffotofoltäig solar bellach yn cyfrif am 3.6% o gynhyrchu trydan byd-eang ac ar hyn o bryd dyma'r drydedd ffynhonnell ynni adnewyddadwy fwyaf ar ôl ynni dŵr a gwynt.

Fodd bynnag, nid yw'r datblygiadau arloesol hyn yn datrys rhai o anfanteision cynhenid systemau ynni adnewyddadwy, yn bennaf argaeledd. Nid yw'r rhan fwyaf o'r dulliau hyn yn cynhyrchu ynni ar alw fel gorsafoedd pŵer glo ac olew. Mae allbynnau ynni solar, er enghraifft, ar gael drwy gydol y dydd gydag amrywiadau yn dibynnu ar onglau ymbelydredd yr haul a lleoliad paneli PV. Ni all gynhyrchu unrhyw ynni yn ystod y nos tra bod ei allbwn yn cael ei leihau'n sylweddol yn ystod tymor y gaeaf ac ar ddiwrnodau cymylog iawn. Mae pŵer gwynt hefyd yn dioddef o amrywiadau yn dibynnu ar gyflymder y gwynt. Felly, mae angen cyplysu'r atebion hyn â systemau storio ynni er mwyn cynnal cyflenwad ynni yn ystod cyfnodau allbwn isel.

Beth yw systemau storio ynni?

Gall systemau storio ynni storio ynni er mwyn ei ddefnyddio'n ddiweddarach. Mewn rhai achosion, bydd rhyw fath o drosi ynni rhwng ynni sydd wedi'i storio a'r ynni a ddarperir. Yr enghraifft fwyaf cyffredin yw batris trydan fel batris lithiwm-ion neu fatris asid plwm. Maent yn darparu ynni trydan trwy adweithiau cemegol rhwng yr electrodau a'r electrolyt.

Batris, neu BESS (system storio ynni batri), yw'r dull storio ynni mwyaf cyffredin a ddefnyddir mewn cymwysiadau bywyd bob dydd. Mae systemau storio eraill yn bodoli fel gorsafoedd ynni dŵr sy'n trosi ynni potensial dŵr sydd wedi'i storio mewn argae yn ynni trydanol. Bydd y dŵr sy'n disgyn i lawr yn troi olwyn hedfan tyrbin sy'n cynhyrchu ynni trydanol. Enghraifft arall yw nwy cywasgedig, wrth ei ryddhau bydd y nwy yn troi olwyn y tyrbin gan gynhyrchu pŵer.

Yr hyn sy'n gwahanu batris oddi wrth y dulliau storio eraill yw eu meysydd gweithredu posibl. O ddyfeisiau bach a chyflenwad pŵer ceir i gymwysiadau cartref a ffermydd solar mawr, gellir integreiddio batris yn ddi-dor i unrhyw gymhwysiad storio oddi ar y grid. Ar y llaw arall, mae dulliau ynni dŵr ac aer cywasgedig yn gofyn am seilweithiau mawr a chymhleth iawn ar gyfer storio. Mae hyn yn arwain at gostau uchel iawn sy'n gofyn am gymwysiadau mawr iawn er mwyn iddo gael ei gyfiawnhau.

Achosion defnydd ar gyfer systemau storio oddi ar y grid.

Fel y soniwyd yn flaenorol, gall systemau storio oddi ar y grid hwyluso'r defnydd a'r dibyniaeth ar ddulliau ynni adnewyddadwy fel ynni'r haul a'r gwynt. Serch hynny, mae cymwysiadau eraill a all elwa'n fawr o systemau o'r fath.

Nod gridiau pŵer dinasoedd yw darparu'r swm cywir o bŵer yn seiliedig ar gyflenwad a galw pob dinas. Gall y pŵer sydd ei angen amrywio drwy gydol y dydd. Defnyddiwyd systemau storio oddi ar y grid i liniaru amrywiadau a darparu mwy o sefydlogrwydd mewn achosion o alw brig. O safbwynt gwahanol, gall systemau storio oddi ar y grid fod yn fuddiol iawn i wneud iawn am unrhyw nam technegol annisgwyl yn y prif grid pŵer neu yn ystod cyfnodau cynnal a chadw wedi'u hamserlennu. Gallant ddiwallu gofynion pŵer heb orfod chwilio am ffynonellau ynni amgen. Gellir dyfynnu er enghraifft storm iâ Texas ddechrau mis Chwefror 2023 a adawodd tua 262,000 o bobl heb bŵer, tra bod atgyweiriadau wedi'u gohirio oherwydd yr amodau tywydd anodd.

Mae cerbydau trydan yn gymhwysiad arall. Mae ymchwilwyr wedi gwneud llawer o ymdrech i optimeiddio gweithgynhyrchu batris a strategaethau gwefru/rhyddhau er mwyn ymestyn oes a dwysedd pŵer batris. Mae batris lithiwm-ion wedi bod ar flaen y gad yn y chwyldro bach hwn ac wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn ceir trydan newydd ond hefyd mewn bysiau trydan. Gall batris gwell yn yr achos hwn arwain at filltiroedd hirach ond hefyd amseroedd gwefru byrrach gyda'r technolegau cywir.

Mae datblygiadau technolegol eraill fel UAVs a robotiaid symudol wedi elwa'n fawr o ddatblygiad batris. Mae eu strategaethau symud a'u strategaethau rheoli yn dibynnu'n fawr ar gapasiti a phŵer y batri a ddarperir.

Beth yw BESS

Mae BESS neu system storio ynni batri yn system storio ynni y gellir ei defnyddio i storio ynni. Gall yr ynni hwn ddod o'r prif grid neu o ffynonellau ynni adnewyddadwy fel ynni gwynt ac ynni solar. Mae'n cynnwys nifer o fatris wedi'u trefnu mewn gwahanol gyfluniadau (cyfres/cyfochrog) a'u meintiau yn seiliedig ar y gofynion. Maent wedi'u cysylltu â gwrthdröydd a ddefnyddir i drosi'r pŵer DC i bŵer AC i'w ddefnyddio.system rheoli batri (BMS)yn cael ei ddefnyddio i fonitro cyflwr y batri a'r gweithrediad gwefru/dadwefru.

O'u cymharu â systemau storio ynni eraill, maent yn arbennig o hyblyg i'w gosod/cysylltu ac nid oes angen seilwaith drud iawn arnynt, ond maent yn dal i fod yn gostus iawn ac angen cynnal a chadw mwy rheolaidd yn seiliedig ar y defnydd.

Maint a arferion defnydd BESS

Pwynt hollbwysig i'w drafod wrth osod system storio ynni batri yw maint. Faint o fatris sydd eu hangen? Ym mha gyfluniad? Mewn rhai achosion, gall y math o fatri chwarae rhan hanfodol yn y tymor hir o ran arbedion cost ac effeithlonrwydd.

Gwneir hyn fesul achos gan y gall cymwysiadau amrywio o gartrefi bach i blanhigion diwydiannol mawr.

Y ffynhonnell ynni adnewyddadwy fwyaf cyffredin ar gyfer aelwydydd bach, yn enwedig mewn ardaloedd trefol, yw solar gan ddefnyddio paneli ffotofoltäig. Yn gyffredinol, byddai'r peiriannydd yn ystyried y defnydd pŵer cyfartalog o'r aelwyd ac yn asesu ymbelydredd yr haul ar draws y flwyddyn ar gyfer y lleoliad penodol. Dewisir nifer y batris a'u cyfluniad grid i gyd-fynd â gofynion yr aelwyd yn ystod y cyflenwad pŵer solar isaf o'r flwyddyn heb ddraenio'r batris yn llwyr. Mae hyn yn tybio datrysiad i gael annibyniaeth pŵer llwyr o'r prif grid.

Mae cadw cyflwr gwefr cymharol gymedrol neu beidio â rhyddhau'r batris yn llwyr yn rhywbeth a allai fod yn groes i'r disgwyl ar y dechrau. Wedi'r cyfan, pam defnyddio system storio os na allwn ei hecsbloetio'n llawn? Mewn theori mae'n bosibl, ond efallai nad dyma'r strategaeth sy'n sicrhau'r enillion mwyaf posibl ar fuddsoddiad.

Un o brif anfanteision BESS yw cost gymharol uchel batris. Felly, mae dewis arfer defnyddio neu strategaeth gwefru/gollwng sy'n cynyddu oes y batri i'r eithaf yn hanfodol. Er enghraifft, ni ellir gollwng batris asid plwm islaw 50% o gapasiti heb ddioddef difrod anadferadwy. Mae gan fatris lithiwm-ion ddwysedd ynni uwch, bywyd cylch hir. Gellir eu gollwng hefyd gan ddefnyddio ystodau mwy, ond mae hyn yn dod ar gost o bris uwch. Mae amrywiad mawr mewn cost rhwng gwahanol gemegau, gall batris asid plwm fod yn gannoedd i filoedd o ddoleri yn rhatach na batri lithiwm-ion o'r un maint. Dyma pam mai batris asid plwm yw'r rhai a ddefnyddir fwyaf mewn cymwysiadau solar mewn gwledydd y trydydd byd a chymunedau tlawd.

Mae perfformiad y batri yn cael ei effeithio'n fawr gan ddirywiad yn ystod ei oes, nid oes ganddo berfformiad cyson sy'n gorffen gyda methiant sydyn. Yn lle hynny, gall y capasiti a ddarperir pylu'n raddol. Yn ymarferol, ystyrir bod oes batri wedi dod i ben pan fydd ei gapasiti'n cyrraedd 80% o'i gapasiti gwreiddiol. Mewn geiriau eraill, pan fydd yn profi pylu capasiti o 20%. Yn ymarferol, mae hyn yn golygu y gellir darparu llai o ynni. Gall hyn effeithio ar gyfnodau defnydd ar gyfer systemau cwbl annibynnol a faint o filltiroedd y gall cerbyd trydan eu teithio.

Pwynt arall i'w ystyried yw diogelwch. Gyda datblygiadau mewn gweithgynhyrchu a thechnoleg, mae batris diweddar wedi bod yn fwy sefydlog yn gemegol yn gyffredinol. Fodd bynnag, oherwydd hanes dirywiad a cham-drin, gall celloedd fynd i redeg thermol a all arwain at ganlyniadau trychinebus ac mewn rhai achosion beryglu bywyd y defnyddwyr.

Dyma pam mae cwmnïau wedi datblygu meddalwedd monitro batris (BMS) gwell i reoli defnydd batris ond hefyd i fonitro cyflwr iechyd er mwyn darparu cynnal a chadw amserol ac osgoi canlyniadau gwaethygol.

Casgliad

O'r grid, mae systemau storio ynni yn gyfle gwych i gyflawni annibyniaeth pŵer o'r prif grid ond maent hefyd yn darparu ffynhonnell pŵer wrth gefn yn ystod cyfnodau segur a chyfnodau llwyth brig. Byddai'r datblygiad hwn yn hwyluso'r symudiad tuag at ffynonellau ynni mwy gwyrdd, gan gyfyngu felly ar effaith cynhyrchu ynni ar newid hinsawdd tra'n dal i fodloni'r gofynion ynni gyda thwf cyson mewn defnydd.

Systemau storio ynni batri yw'r rhai a ddefnyddir amlaf a'r hawsaf i'w ffurfweddu ar gyfer gwahanol gymwysiadau bob dydd. Mae eu hyblygrwydd uchel yn cael ei wrthbwyso gan gost gymharol uchel, gan arwain at ddatblygu strategaethau monitro i ymestyn eu hoes gymaint â phosibl. Ar hyn o bryd, mae diwydiant ac academia yn gwneud llawer o ymdrech i ymchwilio i ddirywiad batris a'i ddeall o dan wahanol amodau.