مختلف توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کا موازنہ کیسے ہوتا ہے؟

 

 

میں نے غوطہ لگانے میں بہت سارے گھنٹے گزارے ہیں۔توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجیز. سچ میں، جو چیز میرے پڑوسی کے بیٹری سیٹ اپ کے بارے میں تجسس کے طور پر شروع ہوئی وہ ایک جنون میں بدل گئی۔ تو یہ ہے جو میں نے تلاش کیا ہے-اور مجھ پر بھروسہ کریں، اس میں سے کچھ چیزوں نے مجھے حیران کر دیا۔

منظرنامہ ڈرامائی طور پر بدل گیا ہے۔ پانچ سال پہلے، ہم بنیادی طور پر لیتھیم-آئن اور پمپڈ ہائیڈرو کے بارے میں بات کر رہے تھے۔ یہ تھا. اب؟ اختیارات تقریباً بہت زیادہ ہیں۔

لیتھیم-آئن کی کہانی

ہر کوئی لیتھیم-آئن کو جانتا ہے۔ آپ کا فون، لیپ ٹاپ، شاید آپ کی کار-یہ ہر جگہ ہے۔ لیکن یہاں وہ جگہ ہے جہاں چیزیں گرڈ-اسکیل اور ہوم ایپلیکیشنز کے لیے دلچسپ ہوتی ہیں۔

توانائی کی کثافت قابل ذکر ہے۔ ہم 150-250 Wh/kg کے بارے میں بات کر رہے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ آپ کافی ذخیرہ کرنے کی گنجائش کو نسبتاً کمپیکٹ یونٹس میں پیک کر سکتے ہیں۔ اس کا موازنہ لیڈ ایسڈ سے کریں-شاید 35-40 Wh/kg، اور آپ کو سمجھنا شروع ہو جائے گا کہ لتیم آئن نے اتنی جلدی کیوں قبضہ کر لیا۔ یہ قریب بھی نہیں ہے۔

راؤنڈ-ٹرپ کی کارکردگی تقریباً 85-95% ہے۔ یہ اہم ہے۔ ہر 100 کلو واٹ گھنٹہ کے لیے، آپ کو 85-95 واپس مل رہے ہیں۔ باقی توانائی حرارت بن جاتی ہے، یہی وجہ ہے کہ ان نظاموں میں تھرمل مینجمنٹ بہت اہمیت رکھتی ہے۔ میں نے ایسی تنصیبات دیکھی ہیں جہاں ناقص کولنگ نے کارکردگی کو 10-15 فیصد پوائنٹس تک گرادیا ہے۔ مہنگی غلطی۔

کیمسٹری اور استعمال کے نمونوں کے لحاظ سے سائیکل کی زندگی مختلف ہوتی ہے۔ ایل ایف پی (لیتھیم آئرن فاسفیٹ) خلیے خارج ہونے والے مادہ کی 80% گہرائی میں 4,000-6,000 سائیکلوں کو مار سکتے ہیں۔ NMC کیمسٹری؟ اسی طرح کے حالات میں 1,500-2,000 کی طرح۔ یہ فرق اس وقت اہمیت رکھتا ہے جب آپ زندگی بھر کی قیمت کا حساب لگا رہے ہوں۔

انحطاط وکر ایک ایسی چیز ہے جس پر مینوفیکچررز ہمیشہ زور نہیں دیتے ہیں۔ زیادہ سے زیادہ استعمال کے باوجود آپ ہر سال تقریباً 2-3% صلاحیت کھو دیتے ہیں۔ ایک دہائی کے بعد، وہ 10 kWh بیٹری حقیقت میں 8 kWh کی بیٹری ہے۔ اس کے مطابق منصوبہ بندی کریں۔

فلو بیٹریاں: کم تعریف شدہ آپشن

میں تسلیم کروں گا کہ میں نے سالوں سے فلو بیٹریوں کو کم سمجھا۔ ایک طاق ٹیکنالوجی کی طرح لگ رہا تھا جو واقعی کبھی پیمانہ نہیں کرے گا. میں غلط تھا۔

تصور خوبصورت ہے: الگ الگ ٹینکوں میں ذخیرہ شدہ دو الیکٹرولائٹ حل، ایک سیل اسٹیک کے ذریعے پمپ کیے جاتے ہیں جہاں وہ ایک جھلی میں آئنوں کا تبادلہ کرتے ہیں۔ پاور آؤٹ پٹ اسٹیک سائز پر منحصر ہے۔ توانائی کی صلاحیت ٹینک کے سائز پر منحصر ہے. آپ انہیں آزادانہ طور پر پیمانہ بنا سکتے ہیں-جو کہ کچھ ایپلی کیشنز کے لیے حقیقی طور پر مفید ہے۔

وینڈیم ریڈوکس فلو بیٹریاں (VRFBs) ابھی تجارتی مارکیٹ پر حاوی ہیں۔ راؤنڈ-ٹرپ کی کارکردگی لیتھیم سے کم ہے-آئن-عام طور پر 65-75%-لیکن بات یہ ہے کہ: الیکٹرولائٹ لیتھیم آئن الیکٹروڈ کے طریقے کو کم نہیں کرتا ہے۔ کچھ مینوفیکچررز کم سے کم صلاحیت کے نقصان کے ساتھ 20،000+ سائیکلوں کا دعوی کرتے ہیں۔ الیکٹرولائٹ خود کو تقریباً غیر معینہ مدت تک ری سائیکل کیا جا سکتا ہے۔

قدموں کا نشان اگرچہ کافی ہے۔ آپ کو ٹینک، پمپ، سیل اسٹیک، کولنگ سسٹم کے لیے جگہ درکار ہے۔ افادیت کے لیے-پیمانے کی تنصیبات کے ساتھ 4+ گھنٹے کی مدت کی ضروریات، معاشیات پرکشش لگنے لگتی ہیں۔ رہائشی کے لیے؟ عملی نہیں۔ کم از کم ابھی تک نہیں۔

پمپڈ ہائیڈرو: پھر بھی دیو

یہ وہ جگہ ہے جہاں مجھے کچھ وقت گزارنے کی ضرورت ہے، کیونکہ پمپڈ ہائیڈرو کو جدید توانائی ذخیرہ کرنے والے مباحثوں میں نظر انداز کر دیا جاتا ہے، اور یہ ایک غلطی ہے۔

عالمی سطح پر، پمپ شدہ ہائیڈرو نصب شدہ گرڈ-پیمانہ توانائی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کا تقریباً 95% نمائندگی کرتا ہے۔ اسے ڈوبنے دو۔ تمام لتیم-آئن کی سرخیاں، تمام فلو بیٹری پریس ریلیز-وہ اس باقی 5% کے لیے مقابلہ کر رہے ہیں۔ اعداد و شمار حیران کن ہیں: دنیا بھر میں 160 GW سے زیادہ پمپ شدہ ہائیڈرو صلاحیت، سیکڑوں GWh میں ماپی جانے والی توانائی کو ذخیرہ کرتی ہے۔

اصول آسان نہیں ہو سکتا۔ جب بجلی سستی ہو یا وافر مقدار میں ہو تو پانی کو اوپر کی طرف پمپ کریں۔ جب آپ کو بجلی کی ضرورت ہو تو اسے ٹربائنز کے ذریعے واپس بہنے دیں۔ کشش ثقل کی ممکنہ توانائی، ذخیرہ اور جاری۔ کوئی غیر ملکی مواد، کوئی پیچیدہ کیمسٹری، روایتی معنوں میں کوئی انحطاط کا خدشہ نہیں۔

راؤنڈ-ٹرپ کی کارکردگی 70-85% سے ہوتی ہے، انسٹالیشن ڈیزائن پر منحصر ہے۔ لیتھیم-آئن جتنا اونچا نہیں، لیکن بہاؤ بیٹریوں کے ساتھ مسابقتی۔ اور یہاں کیا فرق پڑتا ہے: سسٹم آخری۔ ورجینیا میں باتھ کاؤنٹی پمپڈ سٹوریج سٹیشن 1985 سے کام کر رہا ہے۔ تقریباً چار دہائیوں سے قابل اعتماد آپریشن۔ 40 سال پرانی بیٹری تلاش کرنے کی کوشش کریں جو اب بھی کام کرتی ہے۔

متغیر-اسپیڈ پمپ-ٹربائنز کے ساتھ رسپانس ٹائم ڈرامائی طور پر بہتر ہوا ہے۔ جدید تنصیبات دو منٹ کے اندر صفر سے مکمل آؤٹ پٹ تک جا سکتی ہیں۔ یہ زیادہ تر گرڈ استحکام کی ضروریات کے لیے کافی تیز ہے۔

واضح حد جغرافیہ ہے۔ آپ کو بلندی کے فرق اور پانی کی ضرورت ہے۔ ناروے، سوئٹزرلینڈ، اور ریاستہائے متحدہ کے کچھ حصوں جیسی جگہوں پر بہت ساری مناسب سائٹیں پہلے ہی تیار کی جا چکی ہیں۔ لیکن-اور یہ دلچسپ ہے-لوپ کے ایسے بند-نظاموں میں دلچسپی بڑھ رہی ہے جو قدرتی آبی ذخائر پر انحصار نہیں کرتے ہیں۔ ترک شدہ بارودی سرنگیں، مقصد-بنائے گئے ذخائر، یہاں تک کہ زیر زمین غار۔

تعمیراتی اخراجات زیادہ ہیں۔ ہم بڑی تنصیبات کے لیے اربوں ڈالرز کی بات کر رہے ہیں اور سالوں میں، کبھی کبھی دہائیوں میں ماپی جانے والی ٹائم لائنز کی اجازت دے رہے ہیں۔ وہ فرنٹ-بھری ہوئی سرمایہ کاری نئی ترقی میں بنیادی رکاوٹ ہے، تکنیکی حدود نہیں۔

کمپریسڈ ہوا

CAES-کمپریسڈ ہوا توانائی کا ذخیرہ۔ اس وقت صرف دو بڑے-پیمانے کام کرتے ہیں: جرمنی میں ہنٹرف (1978 سے) اور الاباما میں میکانٹوش (1991 سے)۔ دونوں زیر زمین نمک کے غار استعمال کرتے ہیں۔ روایتی اڈیبیٹک ڈیزائنز کے لیے کارکردگی تقریباً 40-50% ہے، حالانکہ جدید آئیسوتھرمل اپروچز 70%+. دلچسپ ٹیکنالوجی، محدود تعیناتی کا وعدہ کرتے ہیں۔ آگے بڑھ رہا ہے۔

ہائیڈروجن کا سوال

میں ہائیڈروجن پر آگے پیچھے جاتا ہوں۔ کچھ دنوں میں مجھے لگتا ہے کہ یہ طویل-مدت کے اسٹوریج کا مستقبل ہے۔ دوسرے دنوں، کارکردگی کے نقصانات ناقابل تسخیر معلوم ہوتے ہیں۔

یہاں بنیادی ریاضی ہے جو لوگوں کو ٹرپ کرتی ہے۔ الیکٹرولیسس تقریباً 60-80% کارکردگی پر چلتا ہے۔ کمپریشن یا لیکیفیکشن توانائی کا ایک اور حصہ لیتا ہے۔ جب آپ فیول سیل کے ذریعے دوبارہ بجلی میں تبدیل ہوتے ہیں، تو آپ شاید 40-60% کارکردگی دیکھ رہے ہوتے ہیں۔ ان کو ایک ساتھ اسٹیک کریں اور راؤنڈ ٹرپ کی کارکردگی 25-45% کے درمیان کہیں ہے۔ یہ... بہت اچھا نہیں ہے۔

لیکن کارکردگی سب کچھ نہیں ہے۔ ہائیڈروجن ایسی چیز پیش کرتا ہے جو دوسری ٹیکنالوجیز نہیں کر سکتی: واقعی موسمی ذخیرہ بغیر انحطاط کے۔ گرمیوں میں ہائیڈروجن پیدا کریں جب شمسی توانائی کی پیداوار عروج پر ہو، اسے زیر زمین غاروں یا ٹینکوں میں ذخیرہ کریں، اور جب مانگ میں اضافہ ہو جائے تو اسے سردیوں میں استعمال کریں۔ فلو بیٹری میں الیکٹرولائٹ چھ ماہ کے بیکار بیٹھنے کے بعد بھی کام کرے گا، یقینی طور پر، لیکن ہائیڈروجن وہاں بیٹھا ہے۔ خود سے خارج ہونے والی کوئی تشویش نہیں ہے۔

دوسرا فائدہ استرتا ہے۔ ذخیرہ شدہ ہائیڈروجن دوبارہ بجلی بن سکتی ہے، ہاں۔ لیکن یہ صنعتی عمل، ایندھن گاڑیاں، یا حرارت پیدا کر سکتا ہے۔ اس اختیار کی حقیقی قدر ہے، چاہے اس کی مقدار درست کرنا مشکل ہو۔

Flywheels پر فوری نوٹ

flywheels تقریبا بھول گئے. وہ حرکی توانائی کو گھومنے والے روٹر میں ذخیرہ کرتے ہیں ردعمل کا وقت بنیادی طور پر فوری ہے، جو انہیں فریکوئنسی ریگولیشن کے لیے بہترین بناتا ہے۔ لیکن توانائی کی صلاحیت محدود ہے۔ آپ اسٹوریج کے منٹوں کو دیکھ رہے ہیں، گھنٹے نہیں۔ بیکن پاور نیویارک میں 20 میگاواٹ کی سہولت چلاتا ہے جو فریکوئنسی ریگولیشن کو خوبصورتی سے انجام دیتا ہے۔ بلک اسٹوریج کے لیے؟ کہیں اور دیکھو۔

تھرمل اسٹوریج دلچسپ ہو جاتا ہے۔

پگھلا ہوا نمک، گرم ریت، کرائیوجینک مائعات، برف-یہاں اس سے کہیں زیادہ تنوع ہے جتنا کہ لوگ سمجھتے ہیں۔

مرتکز شمسی توانائی کے پلانٹس سالوں سے پگھلے ہوئے نمک کے ذخیرے کا استعمال کر رہے ہیں۔ سپین میں Gemasolar پلانٹ تقریباً 565 ڈگری پر پگھلے ہوئے نائٹریٹ نمکیات میں ذخیرہ شدہ حرارت کا استعمال کرتے ہوئے براہ راست سورج کی روشنی کے بغیر 15 گھنٹے تک بجلی پیدا کر سکتا ہے۔ یہ ثابت شدہ ٹیکنالوجی ہے۔

جو چیز مجھے حال ہی میں پرجوش کرتی ہے وہ ہے گرم ریت اور بجری کا ذخیرہ۔ یہ سسٹم سستے، وافر مواد کا استعمال کرتے ہیں جو 1000 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت کو برداشت کر سکتے ہیں۔ پریشان ہونے کی کوئی غیر ملکی سپلائی چین۔ پولر نائٹ انرجی نامی فن لینڈ کی ایک کمپنی نے 100 میگاواٹ کی ریت کی بیٹری بنائی جو 2022 سے تجارتی طور پر کام کر رہی ہے۔ راؤنڈ-ٹرپ کی کارکردگی کم ہے-شاید 50-بجلی کے لیے 60%{10}}سے-، اگر آپ کی بنیادی ایپلی کیشن آپ کی بجلی کو گرم کر سکتی ہے تو 90%+.

کولنگ ایپلی کیشنز کے لیے آئس اسٹوریج بھی ذکر کا مستحق ہے۔ جب بجلی سستی ہو تو رات کو برف بنائیں، دوپہر کے اوقات میں اسے ایئر کنڈیشنگ کے لیے استعمال کریں۔ سادہ، موثر، اور ہزاروں کمرشل عمارتوں میں پہلے سے تعینات۔ گلیمرس نہیں، لیکن یہ کام کرتا ہے.

تو وہ اصل میں موازنہ کیسے کرتے ہیں؟

ایماندارانہ جواب ہے: یہ اس بات پر منحصر ہے کہ آپ کیا کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ مجھے اس جواب سے نفرت ہے، لیکن یہ سچ ہے۔

دورانیہ کے تقاضے

ذیلی-دوسرے جواب اور مختصر-دورانیہ کی ضروریات (سیکنڈ سے منٹ) کے لیے، فلائی وہیل اور سپر کیپسیٹرز غالب ہیں۔ وہ فی کلو واٹ فی مہنگے ہیں لیکن رفتار کے لیے ناقابل شکست ہیں۔ لیتھیم-آئن 1-4 گھنٹے کی ونڈو کو بہت اچھی طرح سے سنبھالتا ہے - یہ وہ جگہ ہے جہاں زیادہ تر رہائشی اور تجارتی تعیناتیاں رہتی ہیں۔ ایک بار جب آپ 8 سے 10 گھنٹے گزر جاتے ہیں، پمپ شدہ ہائیڈرو اور فلو بیٹریاں زیادہ کفایتی ہو جاتی ہیں۔ ہفتوں یا مہینوں پر محیط موسمی سٹوریج کے لیے، ہائیڈروجن اس وقت واقعی واحد قابل عمل آپشن ہے۔

لاگت کی حقیقتیں۔

لیتھیم-آئن پیک کی قیمتیں-2010 میں تقریباً $1,100/kWh سے گھٹ کر 2024 میں تقریباً$140/kWh تک پہنچ گئی ہیں۔ یہ ایک حیران کن رفتار ہے۔ لیکن بیٹری کے اخراجات مساوات کا صرف ایک حصہ ہیں۔ سسٹم کا توازن، انسٹالیشن، گرڈ انٹر کنکشن، اجازت دینا-ان "نرم اخراجات" تیزی سے پروجیکٹ کے بجٹ پر حاوی ہیں۔ 100 kWh کے رہائشی نظام کی تنصیب کی لاگت $20,000-35,000 ہو سکتی ہے، جو کہ بہت زیادہ مقام اور مقامی ضوابط پر منحصر ہے۔

پمپڈ ہائیڈرو میں طویل-مدت کی ایپلی کیشنز کے لیے اسٹوریج کی سب سے کم لاگت ہوتی ہے، عام طور پر پروجیکٹ کی زندگی بھر میں $50-80/MWh۔ کیچ وہ ہے جو پہلے سے موجود سرمائے کی ضرورت ہے جس کا میں نے پہلے ذکر کیا تھا۔ آپ کو مریض سرمایہ کاروں کی ضرورت ہے۔

فلو بیٹریاں ابھی بھی مہنگی ہیں-شاید $300-مکمل سسٹمز کے لیے 500/kWh- لیکن طویل عمر لیولائزڈ لاگت پر ریاضی کو بدل دیتی ہے۔ اگر آپ کی درخواست 20 سالوں میں 10،000+ سائیکلوں کا مطالبہ کرتی ہے، تو نمبروں کو احتیاط سے چلائیں۔

ماحولیاتی تحفظات

یہ وہ جگہ ہے جہاں مجھے تھوڑا سا تبلیغ ملتی ہے، معذرت۔ لیتھیم-آئن مینوفیکچرنگ کے حقیقی ماحولیاتی اثرات ہیں-کوبالٹ کان کنی کے حالات، لتیم نکالنے والے پانی کا استعمال، زندگی کی ری سائیکلنگ کے چیلنجوں کا-خاتمہ۔ ہم ان سب میں بہتر ہو رہے ہیں، لیکن بیٹریوں کے بالکل صاف ہونے کا بہانہ کرنا سادہ سی بات ہے۔ پمپ شدہ ہائیڈرو مناظر اور ماحولیاتی نظام کو بدل دیتا ہے، حالانکہ بند-لوپ ڈیزائن اثرات کو کم کرتے ہیں۔ الیکٹرولیسس سے ہائیڈروجن صرف اتنا ہی صاف ہے جتنا کہ بجلی اسے طاقت دیتی ہے۔ یہ تجارت اہم ہیں اور ایماندارانہ بحث کے مستحق ہیں۔

میں اصل میں کیا تجویز کروں گا۔

زیادہ تر گھروں اور چھوٹے کاروباروں کے لیے؟ لیتھیم-آئن، خاص طور پر LFP کیمسٹری۔ ٹیکنالوجی سمجھدار ہے، انسٹالرز اسے سمجھتے ہیں، اور قیمتیں حقیقی طور پر مناسب ہو گئی ہیں۔ اسے چھت کے شمسی توانائی کے ساتھ جوڑیں اور آپ کے پاس ایک ایسا نظام ہے جو آپ کو 10-15 سال تک اچھی طرح سے کام کرے گا۔

گرڈ-پیمانے کے منصوبوں کے لیے 4+ گھنٹے کی مدت کی ضروریات کے ساتھ، بات چیت زیادہ دلچسپ ہو جاتی ہے۔ میں سنجیدگی سے لیتھیم-آئن کے ساتھ فلو بیٹریوں کا جائزہ لیتا ہوں، خاص طور پر اگر ایپلیکیشن ہائی سائیکل شمار کا مطالبہ کرے۔ اور پمپ شدہ ہائیڈرو کو صرف اس وجہ سے مسترد نہ کریں کہ یہ پرانا لگتا ہے-فیشن کا-جہاں جغرافیہ اجازت دیتا ہے، یہ اکثر بہترین طویل-سرمایہ کاری ہوتی ہے۔

ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز پر بھی نظر رکھیں۔ سوڈیم-آئن بیٹریاں تجارتی قابل عملیت کو پہنچ رہی ہیں اور چند سالوں میں قیمت پر لتیم-آئن کو کم کر سکتی ہیں۔ آئرن-ہوائی بیٹریاں طویل-مدت کے استعمال کے لیے قابل ذکر توانائی کی کثافت پیش کرتی ہیں۔ پانی کے بجائے ٹھوس بلاکس کا استعمال کرتے ہوئے کشش ثقل کو تجارتی بنایا جا رہا ہے۔

زمین کی تزئین تیزی سے تیار ہو رہی ہے۔ آج جو بہتر نظر آتا ہے اس کا جواب شاید پانچ سالوں میں نہ ہو۔ اگر آپ کو ابھی فیصلہ کرنے کی ضرورت ہے تو یہ غیر یقینی صورتحال مایوس کن ہے، لیکن یہ حقیقی طور پر دلچسپ بھی ہے۔ ہم اس تبدیلی سے گزر رہے ہیں کہ دنیا کس طرح توانائی کو ذخیرہ کرتی ہے، اور جدت کی رفتار کم نہیں ہو رہی ہے۔