Цахилгаан машин цэнэглэх эрчим хүч хадгалах технологи: Техникийн цогц эвдрэл
Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл (EVs) түгээмэл болж байгаа тул хурдан, найдвартай, тогтвортой цэнэглэгч дэд бүтцийн эрэлт хэрэгцээ огцом нэмэгдэж байна.Эрчим хүч хадгалах систем (ESS)Эдгээр нь цахилгаан эрчим хүчний цэнэглэлтийг дэмжих, цахилгаан эрчим хүчний сүлжээний ачаалал, өндөр эрчим хүчний хэрэгцээ, сэргээгдэх эрчим хүчийг нэгтгэх зэрэг сорилтуудыг шийдвэрлэх чухал технологи болон хөгжиж байна. Эрчим хүчийг хуримтлуулж, цэнэглэх станцуудад үр ашигтайгаар хүргэснээр ESS нь цэнэглэх ажиллагааг сайжруулж, зардлыг бууруулж, илүү ногоон сүлжээг дэмждэг. Энэхүү нийтлэлд цахилгаан машин цэнэглэх эрчим хүч хадгалах технологийн техникийн дэлгэрэнгүй мэдээлэл, тэдгээрийн төрөл, механизм, ашиг тус, бэрхшээл, ирээдүйн чиг хандлагыг судлах болно.
EV цэнэглэх эрчим хүчний хадгалалт гэж юу вэ?
Цахилгаан эрчим хүчийг цэнэглэх эрчим хүч хадгалах систем нь цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулж, эрчим хүчний цэнэглэх станцуудад, ялангуяа эрэлтийн оргил үед эсвэл сүлжээний нийлүүлэлт хязгаарлагдмал үед гаргадаг технологи юм. Эдгээр системүүд нь сүлжээ болон цэнэглэгчийн хооронд буфер болж, илүү хурдан цэнэглэх, сүлжээг тогтворжуулах, нар, салхи зэрэг сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийг нэгтгэх боломжийг олгодог. ESS-ийг цэнэглэх станц, агуулах, тэр ч байтугай тээврийн хэрэгсэлд байрлуулж, уян хатан, үр ашигтай байдлыг санал болгодог.
EV цэнэглэх ESS-ийн үндсэн зорилго нь:
● Сүлжээний тогтвортой байдал:Оргил ачааллын стрессийг бууруулж, цахилгаан тасрахаас сэргийлнэ.
● Хурдан цэнэглэх дэмжлэг:Өртөг ихтэй сүлжээг шинэчлэхгүйгээр хэт хурдан цэнэглэгчийг өндөр хүчээр хангана.
● Зардлын үр ашиг:Цэнэглэхийн тулд хямд өртөгтэй цахилгааныг (жишээ нь, ачаалал багатай эсвэл сэргээгдэх) ашиглана уу.
● Тогтвортой байдал:Цэвэр эрчим хүчний хэрэглээг дээд зэргээр нэмэгдүүлж, нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтыг бууруулна.
EV цэнэглэх үндсэн эрчим хүч хадгалах технологи
Цахилгаан машиныг цэнэглэхэд хэд хэдэн эрчим хүч хадгалах технологи ашигладаг бөгөөд тус бүр нь тодорхой хэрэглээнд тохирсон өвөрмөц шинж чанартай байдаг. Доорх нь хамгийн алдартай сонголтуудыг нарийвчлан авч үзэх болно.
1. Лити-ион батерей
● Тойм:Лити-ион (Ли-ион) батерейнууд нь эрчим хүчний өндөр нягтрал, үр ашиг, өргөтгөх чадвараараа EV-ийг цэнэглэхэд ESS-д давамгайлдаг. Тэд энергийг химийн хэлбэрээр хуримтлуулж, цахилгаан химийн урвалаар цахилгаан болгон ялгаруулдаг.
● Техникийн мэдээлэл:
● Хими: Аюулгүй байдал, урт наслалтад зориулагдсан литийн төмрийн фосфат (LFP), эрчим хүчний нягтрал ихтэй никель манганы кобальт (NMC) зэрэг нийтлэг төрөл байдаг.
● Эрчим хүчний нягтрал: 150-250 Вт/кг, цэнэглэх станцын авсаархан системийг идэвхжүүлдэг.
● Циклийн хугацаа: Ашиглалтаас хамааран 2,000-5,000 цикл (LFP) эсвэл 1,000-2,000 цикл (NMC).
● Үр ашиг: Хоёр талдаа 85-95% үр ашиг (цэнэглэсний дараа эрчим хүч хадгалагдана).
● Хэрэглээ:
● Оргил эрэлтийн үед тогтмол гүйдлийн хурдан цэнэглэгчийг (100-350 кВт) тэжээх.
● Сэргээгдэх эрчим хүчийг (жишээ нь, нарны) сүлжээнээс гадуур эсвэл шөнийн цагаар цэнэглэх зорилгоор хадгалах.
● Автобус болон хүргэлтийн тээврийн хэрэгслийн флотын төлбөрийг дэмжих.
● Жишээ:
● Tesla-ийн Megapack, том хэмжээний Li-ion ESS нь нарны эрчим хүчийг хуримтлуулж, цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээг багасгах зорилгоор Supercharger станцуудад байрлуулсан.
● FreeWire-ийн Boost цэнэглэгч нь сүлжээний томоохон шинэчлэлгүйгээр 200 кВт-ын цэнэглэлтийг хангахын тулд Li-ion батерейг нэгтгэдэг.
2. Урсдаг батерей
● Тойм: Урсгал батерейнууд нь шингэн электролитэд энерги хуримтлуулж, цахилгаан химийн эсүүдээр шахагдаж, цахилгаан үүсгэдэг. Тэд урт наслалт, өргөтгөх боломжтой гэдгээрээ алдартай.
● Техникийн мэдээлэл:
● Төрөл:Ванадий Redox урсгалын батерей (VRFB)хамгийн түгээмэл нь цайр-бромын хувилбар юм.
● Эрчим хүчний нягтрал: Ли-ионоос бага (20-70 Вт/кг), илүү том ул мөр шаарддаг.
● Циклийн хугацаа: 10,000-20,000 цикл, байнга цэнэглэгдэх, цэнэггүй болгоход тохиромжтой.
● Үр ашиг: 65-85%, шахуургын алдагдлын улмаас арай бага.
● Хэрэглээ:
● Өдөр тутмын өндөр хүчин чадалтай том хэмжээний цэнэглэх төвүүд (жишээлбэл, ачааны машин зогсох).
● Сүлжээг тэнцвэржүүлэх, сэргээгдэх эрчим хүчийг нэгтгэх зорилгоор эрчим хүч хадгалах.
● Жишээ:
● Invinity Energy Systems нь Европ дахь EV цэнэглэх төвүүдэд зориулсан VRFB-ийг байрлуулж, хэт хурдан цэнэглэгчийг тасралтгүй эрчим хүчээр хангах боломжийг олгодог.
3. Суперконденсаторууд
● Тойм: Суперконденсаторууд нь эрчим хүчийг цахилгаан статик аргаар хуримтлуулж, хурдан цэнэглэх чадвар, онцгой бат бөх чанарыг санал болгодог боловч эрчим хүчний нягтрал багатай байдаг.
● Техникийн мэдээлэл:
● Эрчим хүчний нягтрал: 5-20 Вт/кг, батерейгаас хамаагүй бага: 5-20 Вт/кг.
● Эрчим хүчний нягтрал: 10-100 кВт/кг, хурдан цэнэглэхэд өндөр хүчин чадалтай.
● Циклийн амьдрал: 100,000+ цикл, ойр ойрхон, богино хугацаанд ашиглахад тохиромжтой.
● Үр ашиг: 95-98%, эрчим хүчний алдагдал багатай.
● Хэрэглээ:
● Хэт хурдан цэнэглэгчийг (жишээ нь, 350 кВт+) богино хугацаанд эрчим хүчээр хангах.
● Батерей бүхий эрлийз системд эрчим хүчний хангамжийг жигдрүүлнэ.
● Жишээ:
● Skeleton Technologies-ийн суперконденсаторуудыг хотын станцуудад өндөр хүчин чадалтай EV цэнэглэлтийг дэмжихийн тулд эрлийз ESS-д ашигладаг.
4. Flywheels
● Тойм:
●Flywheels нь роторыг өндөр хурдтайгаар эргүүлж, генератороор дамжуулан цахилгаан болгон хувиргах замаар эрчим хүчийг кинетик байдлаар хуримтлуулдаг.
● Техникийн мэдээлэл:
● Эрчим хүчний нягтрал: 20-100 Вт/кг, Ли-ионтой харьцуулахад дунд зэрэг.
● Эрчим хүчний нягтрал: Өндөр, эрчим хүчийг хурдан дамжуулахад тохиромжтой.
● Циклийн амьдрал: 100,000+ мөчлөг, хамгийн бага доройтолтой.
● Үр ашиг: 85-95%, гэхдээ үрэлтийн улмаас эрчим хүчний алдагдал цаг хугацааны явцад гардаг.
● Хэрэглээ:
● Сүлжээний дэд бүтэц сул байгаа газруудад хурдан цэнэглэгчийг дэмжих.
● Сүлжээ тасрах үед нөөц эрчим хүчээр хангах.
● Жишээ:
● Beacon Power-ийн нисдэг дугуйны системийг цахилгаан эрчим хүчний хангамжийг тогтворжуулах зорилгоор EV цэнэглэх станцуудад туршсан.
5.Second Life EV Batteries
● Тойм:
●Анхны хүчин чадлынхаа 70-80% нь ашиглалтад орсон EV батерейг суурин ESS-д зориулж өөрчилсөн нь зардал багатай, тогтвортой шийдлийг санал болгодог.
● Техникийн мэдээлэл:
●Хими: Анхны EV-ээс хамааран ихэвчлэн NMC эсвэл LFP.
●Циклийн амьдрал: суурин хэрэглээнд 500-1000 нэмэлт мөчлөг.
●Үр ашиг: 80-90%, шинэ батерейгаас арай бага.
● Хэрэглээ:
●Хөдөө орон нутаг эсвэл хөгжиж буй бүс нутагт зардалд мэдрэмтгий цэнэглэх станцууд.
●Оргилгүй үед цэнэглэхэд зориулж сэргээгдэх эрчим хүчний нөөцийг дэмжих.
● Жишээ:
●Nissan болон Renault нь Leaf батерейг Европ дахь цэнэглэх станцуудад зориулж өөрчилсөн нь хог хаягдал, зардлыг бууруулдаг.
Эрчим хүчний хуримтлал нь EV цэнэглэхийг хэрхэн дэмждэг вэ: Механизмууд
ESS нь хэд хэдэн механизмаар EV цэнэглэх дэд бүтэцтэй нэгддэг.
●Оргил сахлын:
●ESS нь ачаалал багатай үед (цахилгаан эрчим хүч хямд байх үед) эрчим хүчийг хуримтлуулж, эрэлтийн оргил үед ялгаруулж, сүлжээний ачаалал болон эрэлтийн төлбөрийг бууруулдаг.
●Жишээ нь: 1 МВт.цаг хүчин чадалтай литий ион батерей нь 350 кВт-ын цэнэглэгчийг ачаалал ихтэй үед сүлжээнээс татахгүйгээр цэнэглэх боломжтой.
●Эрчим хүчний буфер:
●Өндөр хүчин чадалтай цэнэглэгч (жишээ нь, 350 кВт) нь их хэмжээний сүлжээний хүчин чадал шаарддаг. ESS нь цахилгаан эрчим хүчийг шуурхай хангаж, өндөр өртөгтэй сүлжээг шинэчлэхээс зайлсхийдэг.
●Жишээ нь: Суперконденсаторууд нь 1-2 минутын хэт хурдан цэнэглэх үед эрчим хүчний тэсрэлт өгдөг.
●Сэргээгдэх эрчим хүчний интеграци:
●ESS нь тогтмол цэнэглэхийн тулд тасалдсан эх үүсвэрээс (нар, салхи) эрчим хүчийг хуримтлуулж, чулуужсан түлшинд суурилсан сүлжээнээс хамааралтай байдлыг бууруулдаг.
●Жишээ нь: Теслагийн нарны эрчим хүчээр ажилладаг супер цэнэглэгч нь өдрийн цагаар нарны эрчим хүчийг шөнийн цагаар ашиглахын тулд Megapack-ыг ашигладаг.
●Сүлжээний үйлчилгээ:
●ESS нь Vehicle-to-Grid (V2G) болон эрэлт хэрэгцээний хариу үйлдлийг дэмждэг бөгөөд цэнэглэгч нь нөөцийн хомсдолын үед хуримтлагдсан эрчим хүчийг сүлжээнд буцааж өгөх боломжийг олгодог.
●Жишээ нь: Цэнэглэдэг төв дэх урсгал батерейнууд давтамжийн зохицуулалтад оролцож, операторуудад орлого олдог.
●Гар утасны цэнэглэлт:
●Зөөврийн ESS төхөөрөмж (жишээ нь, зайгаар ажилладаг чиргүүл) нь алслагдсан бүс нутагт эсвэл онцгой байдлын үед цэнэглэдэг.
●Жишээ: FreeWire-ийн Mobi Charger нь цахилгаан эрчим хүчний сүлжээнээс гадуур цэнэглэхэд Li-ion батерейг ашигладаг.
EV цэнэглэхэд эрчим хүч хадгалахын ашиг тус
●ESS нь цэнэглэгчийн өндөр хүчийг (350 кВт+) нийлүүлж, 200-300 км зайд цэнэглэх хугацааг 10-20 минут болгон бууруулдаг.
●ESS нь оргил ачааллыг бууруулж, оргил үеийн цахилгаан эрчим хүчийг ашигласнаар эрэлтийн төлбөр болон дэд бүтцийн шинэчлэлийн зардлыг бууруулдаг.
●Сэргээгдэх эрчим хүчтэй нэгдэх нь цахилгаан автомашины цэнэглэлтийн нүүрстөрөгчийн ул мөрийг багасгаж, цэвэр тэг зорилттой нийцдэг.
●ESS нь зогсолтын үед нөөц эрчим хүчийг хангаж, тогтмол цэнэглэхийн тулд хүчдэлийг тогтворжуулдаг.
● Өргөтгөх чадвар:
●Модульчлагдсан ESS загварууд (жишээ нь, савласан ли-ион батерей) нь цэнэглэх эрэлт өсөхөд хялбар өргөтгөл хийх боломжийг олгодог.
EV цэнэглэхэд эрчим хүч хадгалахад тулгарч буй бэрхшээлүүд
● Урьдчилсан өндөр зардал:
●Li-ion систем нь 300-500 / кВт цаг үнэтэй бөгөөд хурдан цэнэглэгчдэд зориулсан том хэмжээний ESS нь нэг сайтад 1 сая доллараас давж чаддаг.
●Урсгал батерей болон нисдэг дугуй нь нарийн төвөгтэй дизайнтай тул анхны өртөг өндөртэй байдаг.
● Орон зайн хязгаарлалт:
●Урсгал батерей гэх мэт эрчим хүчний нягтрал багатай технологиуд нь хотын цэнэглэх станцуудад ихээхэн бэрхшээл учруулдаг.
● Амьдрах хугацаа ба доройтол:
●Ли-ион батерей нь цаг хугацааны явцад мууддаг, ялангуяа өндөр хүчин чадалтай дугуй унах үед 5-10 жил тутамд солих шаардлагатай болдог.
●Хоёр дахь ашиглалтын батерейны ашиглалтын хугацаа богино байдаг тул урт хугацааны найдвартай байдлыг хязгаарладаг.
● Зохицуулалтын саад бэрхшээл:
●Сүлжээний харилцан холболтын дүрэм, ESS-ийн урамшуулал нь бүс нутгаасаа хамаарч өөр өөр байдаг нь байршуулалтыг хүндрүүлдэг.
●V2G болон сүлжээний үйлчилгээ нь олон зах зээлд зохицуулалтын саад бэрхшээлтэй тулгардаг.
● Нийлүүлэлтийн сүлжээний эрсдэл:
●Лити, кобальт, ванадийн хомсдол нь зардлыг нэмэгдүүлж, ESS үйлдвэрлэлийг саатуулж болзошгүй юм.
Одоогийн байдал ба бодит ертөнцийн жишээнүүд
1.Дэлхий дахинд үрчлүүлэх
●Европ:Герман, Нидерланд улсууд ESS-ийн нэгдсэн цэнэглэлтээр тэргүүлдэг бөгөөд Fastned-ийн нарны эрчим хүчээр ажилладаг станцууд Li-ion батерейг ашигладаг төслүүд юм.
●Хойд Америк: Tesla болон Electrify America нь дээд ачааллыг зохицуулахын тулд өндөр ачаалалтай тогтмол гүйдлийн хурдан цэнэглэгч цэгүүдэд Li-ion ESS-ийг байрлуулдаг.
●Хятад: BYD болон CATL нь хотын цэнэглэх төвүүдэд LFP-д суурилсан ESS нийлүүлж, тус улсын асар том EV флотыг дэмждэг.
2. Анхаарал татахуйц хэрэгжүүлэлт
2. Анхаарал татахуйц хэрэгжүүлэлт
● Tesla супер цэнэглэгч:Калифорни дахь Теслагийн нарны болон Мегапак станцууд нь 1-2 МВт цаг эрчим хүч хуримтлуулж, 20 гаруй хурдан цэнэглэгчийг тогтвортой тэжээдэг.
● FreeWire цэнэглэгч:Нэгдсэн Ли-ион батерей бүхий 200 кВт-ын гар утасны цэнэглэгч, сүлжээний шинэчлэлгүйгээр Walmart зэрэг жижиглэн худалдааны сайтуудад байрлуулсан.
● Invinity Flow Batteries:Их Британийн цэнэглэх төвүүдэд салхины эрчим хүчийг хадгалахад ашигладаг бөгөөд 150 кВт-ын цэнэглэгчийг найдвартай эрчим хүчээр хангадаг.
● ABB Hybrid Systems:Норвегид 350 кВт-ын цэнэглэгчийн ли-ион батерей болон суперконденсаторуудыг нэгтгэж, эрчим хүч, эрчим хүчний хэрэгцээг тэнцвэржүүлдэг.
Цахилгаан машин цэнэглэх эрчим хүчний нөөцийн ирээдүйн чиг хандлага
●Дараагийн үеийн батерейнууд:
●Хатуу төлөвт батерейнууд: 2027-2030 он гэхэд эрчим хүчний нягтралыг 2 дахин нэмэгдүүлж, илүү хурдан цэнэглэж, ESS-ийн хэмжээ болон зардлыг бууруулна.
●Натрийн ион батерейнууд: 2030 он гэхэд суурин ESS-д тохиромжтой, Li-ion-оос хямд бөгөөд илүү элбэг.
●Гибрид системүүд:
●Эрчим хүч, эрчим хүчний хангамжийг оновчтой болгохын тулд батерей, суперконденсатор, нисдэг дугуй зэргийг хослуулах, тухайлбал, хадгалах зориулалттай Ли-ион, тэсрэлтэд зориулсан суперконденсатор.
●AI-д суурилсан оновчлол:
●AI нь цэнэглэх эрэлтийг урьдчилан таамаглаж, ESS-ийн цэнэгийн цэнэгийн гүйлгээг оновчтой болгож, зардлаа хэмнэхийн тулд динамик сүлжээний үнийг нэгтгэх болно.
●Тойрог эдийн засаг:
●Хоёр дахь ашиглалтын батерей болон дахин боловсруулах хөтөлбөрүүд нь зардал, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулж, Redwood Materials зэрэг компаниуд тэргүүлдэг.
●Төвлөрсөн бус ба хөдөлгөөнт ESS:
●Зөөврийн ESS төхөөрөмж болон тээврийн хэрэгслийн нэгдсэн хадгалах сан (жишээ нь, V2G идэвхжүүлсэн EV) нь уян хатан, сүлжээнээс гадуур цэнэглэх шийдлүүдийг идэвхжүүлнэ.
●Бодлого ба урамшуулал:
●Засгийн газрууд ESS-ийг нэвтрүүлэхэд татаас санал болгож байна (жишээлбэл, ЕХ-ны Ногоон хэлэлцээр, АНУ-ын инфляцийг бууруулах тухай хууль), үрчлэлтийн ажлыг хурдасгаж байна.
Дүгнэлт
Шуудангийн цаг: 2025 оны 4-р сарын 25