परिचय
रेंज विस्तारित ऊर्जा भंडारण किसी भी भंडारण विन्यास को संदर्भित करता है जहां एक माध्यमिक ऊर्जा रूपांतरण उपकरण निर्वहन चक्र के दौरान प्राथमिक भंडारण माध्यम की भरपाई करता है। इस परिभाषा में बैटरी जनरेटर सिस्टम के साथ-साथ बैटरी ईंधन सेल संयोजन भी शामिल हैं। हाइब्रिड स्टोरेज से मुख्य अंतर यह है कि सेकेंडरी डिवाइस लगातार नहीं बल्कि चार्ज की स्टोरेज स्थिति के आधार पर रुक-रुक कर काम करता है। इंजेट हैनकांग ने पांच अलग-अलग तैनाती स्थलों पर रेंज विस्तारित ऊर्जा भंडारण की प्रदर्शन बेंचमार्किंग आयोजित की है। यह आलेख इन बेंचमार्क से तकनीकी रूपरेखा, दक्षता मेट्रिक्स और एप्लिकेशन विशिष्ट परिणाम प्रस्तुत करता है।
रेंज विस्तारित ऊर्जा भंडारण के लिए तकनीकी ढांचा
सीमा विस्तारित ऊर्जा भंडारण के लिए तकनीकी ढांचा तीन सिद्धांतों पर आधारित है। पहला सिद्धांत यह है कि प्राथमिक भंडारण सभी लोड क्षणिक और छोटी अवधि के उतार-चढ़ाव को संभालता है। दूसरा सिद्धांत यह है कि रेंज एक्सटेंडर केवल अपने सबसे कुशल पावर स्तर पर ही काम करता है। तीसरा सिद्धांत यह है कि रेंज एक्सटेंडर लोड परिमाण के आधार पर नहीं, बल्कि चार्ज थ्रेशोल्ड की स्थिति के आधार पर शुरू और बंद होता है। ये सिद्धांत समानांतर हाइब्रिड प्रणालियों से विस्तारित भंडारण को अलग करते हैं जहां दोनों स्रोत एक साथ लोड की आपूर्ति कर सकते हैं। इंजेट हैनकांग चार्ज हिस्टैरिसीस बैंड की प्रोग्रामयोग्य स्थिति के साथ एक नियंत्रक का उपयोग करता है। जेनरेटर स्टार्ट के लिए निचले बैंड को आम तौर पर तीस प्रतिशत चार्ज स्थिति पर सेट किया जाता है। जनरेटर को रोकने के लिए ऊपरी बैंड को सत्तर प्रतिशत पर सेट किया गया है। चालीस प्रतिशत अंक का यह हिस्टैरिसीस बैंड तेजी से साइकिल चलाने से रोकता है।
दक्षता माप पद्धति
सीमा विस्तारित ऊर्जा भंडारण में दक्षता मापने के लिए कई ऊर्जा मार्गों के लिए लेखांकन की आवश्यकता होती है। जब रेंज एक्सटेंडर सक्रिय होता है तो प्राथमिक दक्षता मीट्रिक ईंधन से बिजली दक्षता होती है। इस मीट्रिक की गणना लोड पर वितरित विद्युत ऊर्जा को उपभोग किए गए ईंधन की रासायनिक ऊर्जा सामग्री से विभाजित करके की जाती है। जब बैटरी को ग्रिड से चार्ज किया जाता है तो दूसरी मीट्रिक राउंड ट्रिप दक्षता होती है। एक तीसरा मीट्रिक स्टैंडबाय लॉस है, जो सिस्टम निष्क्रिय होने पर नियंत्रक और बैटरी प्रबंधन प्रणाली द्वारा खपत की गई बिजली को मापता है। इंजेट हैनकांग ने इन मेट्रिक्स को बारह प्रणालियों के बेड़े में मापा। सभी प्रणालियों में ईंधन से बिजली दक्षता का औसत तैंतीस प्रतिशत था। राउंड ट्रिप ग्रिड दक्षता औसतन उन्यासी प्रतिशत थी। प्रति घंटे रेटेड सिस्टम पावर का स्टैंडबाय नुकसान औसतन एक दशमलव दो प्रतिशत था।
घटक चयन मानदंड
विस्तारित ऊर्जा भंडारण के लिए घटक का चयन प्रदर्शन और दीर्घायु दोनों को प्रभावित करता है। बैटरी रसायन शास्त्र को चार्ज ऑपरेशन की आंशिक स्थिति में अच्छा चक्र जीवन प्रदर्शित करना चाहिए। इंजेट हैनकांग लिथियम आयरन फॉस्फेट कोशिकाओं का चयन करता है क्योंकि वे न्यूनतम त्वरित उम्र बढ़ने के साथ बीस और अस्सी प्रतिशत चार्ज अवस्था के बीच संचालन को सहन करते हैं। जनरेटर को बैटरी की इष्टतम चार्जिंग शक्ति से मेल खाने के लिए परिवर्तनीय गति संचालन में सक्षम होना चाहिए। एक स्थिर आरपीएम पर चलने वाले निश्चित गति जनरेटर की आंशिक भार पर कम दक्षता होती है। जनरेटर को डीसी बस से जोड़ने वाले रेक्टिफायर की अपेक्षित परिचालन शक्ति पर नब्बे प्रतिशत से अधिक दक्षता होनी चाहिए। इंजेट हैनकांग एक सौ किलोवाट से ऊपर के सिस्टम के लिए सिलिकॉन कार्बाइड आधारित रेक्टिफायर का उपयोग करता है।
एक खनन अनुप्रयोग से परिचालन डेटा
पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में एक ऑफ ग्रिड खनन स्थल पर तैनात एक विस्तारित ऊर्जा भंडारण प्रणाली ने अठारह महीने की अवधि में विस्तृत परिचालन डेटा प्रदान किया। साइट पर औसत भार दो सौ पचास किलोवाट और अधिकतम भार सात सौ किलोवाट था। बैटरी बैंक का आकार एक हजार किलोवाट घंटा था। जनरेटर की रेटिंग दो सौ पचास किलोवाट थी। इस अवधि के दौरान सिस्टम ने तीन सौ बीस जनरेटर चालू किए। औसत दौड़ अवधि तीन घंटे थी। बैटरी ने एक सौ चालीस पूर्ण चक्र समतुल्य पूरा किया। क्षमता क्षरण तीन दशमलव दो प्रतिशत मापा गया। जनरेटर ने बारह हजार लीटर डीजल ईंधन की खपत की। ऐतिहासिक डेटा के आधार पर, उसी साइट पर संचालित होने वाले एक जनरेटर समाधान ने अनुमानित पैंतीस हजार लीटर की खपत की होगी। रेंज विस्तारित वास्तुकला से सीधे तौर पर 66 प्रतिशत की ईंधन बचत हुई।
सतत संचालन के तहत थर्मल प्रदर्शन
रेंज विस्तारित ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ ग्रिड कनेक्शन के बिना विस्तारित अवधि तक काम कर सकती हैं। ऐसे आयोजनों के दौरान थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण हो जाता है। इंजेट हैनकांग ने बहत्तर घंटे के निरंतर संचालन परीक्षण के दौरान थर्मल प्रदर्शन को मापा। परीक्षण में बैटरी के लिए तरल शीतलन और जनरेटर डिब्बे के लिए मजबूर वायु शीतलन के साथ दो सौ किलोवाट प्रणाली का उपयोग किया गया। परीक्षण के दौरान परिवेश का तापमान अट्ठाईस से छत्तीस डिग्री सेल्सियस के बीच था। बैटरी सेल का तापमान छब्बीस से चौंतीस डिग्री के बीच रहा। किन्हीं दो कोशिकाओं के बीच अधिकतम तापमान का अंतर तीन डिग्री था। जनरेटर डिब्बे का तापमान चौवन डिग्री पर पहुंच गया, जो निर्माता द्वारा निर्दिष्ट पैंसठ डिग्री की सीमा के भीतर है। तरल शीतलन प्रणाली ने औसतन तीन दशमलव पाँच किलोवाट की खपत की, जो औसत सिस्टम थ्रूपुट का एक दशमलव आठ प्रतिशत दर्शाता है।
नियंत्रण एल्गोरिथम प्रदर्शन तुलना
नियंत्रण एल्गोरिदम जो यह निर्धारित करता है कि रेंज एक्सटेंडर को कब शुरू और बंद करना है, सिस्टम दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। इंजेट हैनकांग ने तीन महीने की अवधि में एक ही हार्डवेयर प्लेटफॉर्म पर तीन नियंत्रण एल्गोरिदम की तुलना की। पहले एल्गोरिदम में बिना किसी पूर्वानुमान के चार्ज थ्रेशोल्ड की सरल स्थिति का उपयोग किया गया था। दूसरे एल्गोरिदम में पिछले छह घंटों की चलती औसत का उपयोग करके लोड प्रवृत्ति विश्लेषण जोड़ा गया। तीसरे एल्गोरिदम ने भविष्य की ऊर्जा जरूरतों की भविष्यवाणी करने के लिए सात दिवसीय लोड प्रोफ़ाइल मेमोरी का उपयोग किया। सरल थ्रेशोल्ड एल्गोरिदम के परिणामस्वरूप प्रतिदिन औसतन एक घंटे की चलने की अवधि के साथ चार जनरेटर शुरू होते हैं। लोड ट्रेंड एल्गोरिदम की शुरुआत एक दशमलव तीन घंटे की औसत अवधि के साथ प्रति दिन तीन से कम हो गई है। पूर्वानुमानित एल्गोरिदम को घटाकर प्रति दिन दो घंटे की औसत अवधि के साथ शुरू किया जाता है। पूर्वानुमानित एल्गोरिदम के लिए कुल ईंधन खपत सबसे कम थी, सरल थ्रेशोल्ड एल्गोरिदम द्वारा उपयोग किए जाने वाले ईंधन का पचहत्तर प्रतिशत उपभोग किया गया था।
एकाधिक परिनियोजन से विश्वसनीयता आँकड़े
इंजेट हैनकांग ने 2022 और 2025 के बीच तैनात बाईस रेंज विस्तारित ऊर्जा भंडारण प्रणालियों से विश्वसनीयता डेटा संकलित किया। सभी प्रणालियों में कुल परिचालन घंटे एक लाख पचास हजार घंटे से अधिक हो गए। संपूर्ण सिस्टम की विफलताओं के बीच का औसत समय चार हजार दो सौ घंटे था। सबसे आम विफलता मोड जनरेटर स्टार्टिंग बैटरी की विफलता थी, जो सभी रिपोर्ट की गई समस्याओं में से तैंतालीस प्रतिशत के लिए जिम्मेदार है। दूसरा सबसे आम विफलता मोड ईंधन संदूषण था, जो बाईस प्रतिशत के लिए जिम्मेदार था। बैटरी संबंधी विफलताएँ बारह प्रतिशत के लिए जिम्मेदार हैं। नियंत्रक और सॉफ़्टवेयर संबंधी समस्याएं अठारह प्रतिशत थीं। शेष पांच प्रतिशत विविध मुद्दे थे। ये आँकड़े दर्शाते हैं कि जेनरेटर सबसिस्टम की विश्वसनीयता समग्र सिस्टम उपलब्धता में मुख्य कारक है।
वैकल्पिक प्रौद्योगिकियों के साथ आर्थिक तुलना
रेंज विस्तारित ऊर्जा भंडारण स्टैंडअलोन बैटरी और केवल जनरेटर सिस्टम के बीच एक विशिष्ट आर्थिक स्थान रखता है। इंजेट हैनकांग ने एक हजार किलोवाट घंटे की दैनिक ऊर्जा आवश्यकता और तीन सौ किलोवाट की चरम शक्ति वाली साइट के लिए आर्थिक तुलना की। तुलना में दस साल के परिचालन क्षितिज पर विचार किया गया। स्टैंडअलोन बैटरी भंडारण के लिए बिना रिचार्ज के पूर्ण दैनिक ऊर्जा प्रदान करने के लिए दो हजार किलोवाट घंटे के बैटरी बैंक की आवश्यकता होती है। प्रारंभिक लागत चार लाख डॉलर थी, सातवें वर्ष में प्रतिस्थापन में दो सौ बीस हजार डॉलर जोड़े गए। जनरेटर केवल भंडारण के लिए ईंधन भंडारण के साथ तीन सौ किलोवाट जनरेटर की आवश्यकता होती है। अग्रिम लागत सत्तर हजार डॉलर थी लेकिन वार्षिक ईंधन लागत चालीस हजार डॉलर थी, दस साल के लिए कुल मिलाकर चार सौ सत्तर हजार डॉलर। रेंज विस्तारित भंडारण में एक हजार किलोवाट घंटे की बैटरी और एक सौ पचास किलोवाट जनरेटर का उपयोग किया गया। प्रारंभिक लागत दो सौ पचास हजार डॉलर और जनरेटर के लिए सत्तर हजार, कुल मिलाकर तीन सौ बीस हजार डॉलर थी। दस वर्षों के लिए वार्षिक ईंधन लागत दस हजार डॉलर थी, जो कुल मिलाकर एक लाख डॉलर थी। रेंज विस्तारित भंडारण के लिए दस साल की कुल लागत चार सौ बीस हजार डॉलर थी, जबकि स्टैंडअलोन बैटरी के लिए छह सौ बीस हजार और केवल जनरेटर के लिए पांच सौ चालीस हजार थी।
निष्कर्ष
रेंज विस्तारित ऊर्जा भंडारण चार से दस घंटे के बीच दैनिक निर्वहन अवधि वाले अनुप्रयोगों के लिए मापने योग्य आर्थिक और प्रदर्शन लाभ प्रदान करता है। इंजेट हैनकांग परिनियोजन से प्राप्त दक्षता डेटा तैंतीस प्रतिशत की ईंधन से बिजली दक्षता और उन्यासी प्रतिशत की राउंड ट्रिप ग्रिड दक्षता दिखाता है। खनन स्थल के परिचालन डेटा ने केवल जनरेटर संचालन की तुलना में 66 प्रतिशत ईंधन की बचत का प्रदर्शन किया। विश्वसनीयता के आँकड़े विफलताओं के बीच चार हजार दो सौ घंटे का औसत समय दिखाते हैं, जिसमें जनरेटर शुरू करने वाली बैटरी मुख्य विफलता मोड है। आर्थिक तुलना इस बात की पुष्टि करती है कि मॉडल किए गए लोड प्रोफ़ाइल के लिए सीमा विस्तारित भंडारण की कुल लागत सबसे कम दस साल है।