जीवाश्म ईंधन से दूर और नवीकरणीय ऊर्जा की ओर संक्रमण करने के लिए - जो प्रकृति द्वारा रुक-रुक कर होता है - हमें बिजली भंडारण, पारेषण और वितरण की हमारी पूरी प्रणाली को फिर से काम करने की आवश्यकता होगी।फिर भी विशेषज्ञ अभी तक सही ऊर्जा मिश्रण या बिजली भंडारण प्रणाली या आपूर्ति और मांग को प्रभावी ढंग से संतुलित करने का तरीका नहीं ढूंढ पाए हैं।

हमारे समाज को कार्बनमुक्त करने का अर्थ होगा हमारे द्वारा वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश तेल और गैस को बिजली से बदलना।और बिजली की मांग केवल तभी बढ़ेगी जब उपभोक्ता अपने हीटिंग ऑयल को हीट पंपों के लिए और अपने दहन इंजन वाहनों को इलेक्ट्रिक वाले के लिए बदल देंगे।

जबकि पवन और सौर ऊर्जा इस मांग के बढ़ते हिस्से को पूरा करेंगेपरमाणु शक्तिकम से कम स्विट्जरलैंड में इसे चरणबद्ध तरीके से समाप्त करने की तैयारी है।लेकिन बिजली में एक बड़ी खामी है: जब यह उत्पन्न होती है तो इसका सबसे अच्छा उपयोग किया जाता है, क्योंकि इसे कम अवधि से अधिक समय तक संग्रहीत करना मुश्किल होता है और इसमें अपेक्षाकृत उच्च आर्थिक, पर्यावरणीय और ऊर्जा लागत आती है।

नवीकरणीय ऊर्जा की आंतरायिक, परिवर्तनशील और विकेन्द्रीकृत प्रकृति को देखते हुए, यह स्पष्ट है कि हमें पावर ग्रिड के प्रति अपने मौजूदा दृष्टिकोण - या जिस तरह से हम विद्युत ऊर्जा का उत्पादन, परिवहन, वितरण और प्रबंधन करते हैं, उस पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता क्यों होगी।

समय की बात है

ईपीएफएल के डिस्ट्रीब्यूटेड इलेक्ट्रिकल सिस्टम्स लेबोरेटरी (डीईएसएल) के प्रमुख मारियो पाओलोन कहते हैं, "अप्रत्याशित बिजली उत्पादन के साथ हम जितना अधिक नवीकरणीय ऊर्जा पर भरोसा करते हैं, उतना ही अधिक हमें भंडार पर भी भरोसा करने की आवश्यकता होगी।"खासकर आज से, यह मांग ही गति निर्धारित करती है।

मांग को अपरिवर्तनीय माना जाता है, और इसलिए यह समीकरण का आपूर्ति हिस्सा है जिसे तदनुसार समायोजित किया जाना चाहिए।लोग दिन या रात, गर्मी या सर्दी किसी भी समय लाइट जलाने, ओवन गर्म करने और अपने वाहनों को चार्ज करने में सक्षम होना चाहते हैं।

नतीजतन,ग्रिड संचालकबिजली का भंडार अपने पास रखें जिसका उपयोग अलग-अलग समय अंतराल पर किया जा सके।इनमें कुछ मिनटों में तैनात किया जाने वाला एक प्राथमिक रिजर्व, 15 मिनट और एक घंटे के भीतर तैनात किया जाने वाला एक माध्यमिक रिजर्व और उससे आगे की अवधि के लिए एक पूरक रिजर्व शामिल है।प्रत्येक प्रकार का रिज़र्व उपयुक्त बिजली भंडारण प्रणाली के साथ आता है।

सौभाग्य से, स्विट्जरलैंड अकेला नहीं है।हमारा पावर ग्रिड यूरोप के बाकी हिस्सों से जुड़ा हुआ है, जिससे हमें संसाधनों, भंडारण प्रणालियों और लागतों को अन्य देशों के साथ जोड़ने की अनुमति मिलती है।पाओलोन कहते हैं, "अगर हम अपना दृष्टिकोण स्विट्जरलैंड तक सीमित रखते हैं तो हमारी बिजली आपूर्ति के मामले में आत्मनिर्भर बनने का सपना न तो तकनीकी रूप से और न ही वित्तीय रूप से इष्टतम है।""पूरे यूरोप को ऊर्जा स्वतंत्र बनने की जरूरत है।"

हमारी प्रक्रियाओं को विद्युतीकृत करना और नवीकरणीय ऊर्जा में परिवर्तन पावर ग्रिडों को दो तरह से प्रभावित करेगा।सबसे पहले, यह बदल जाएगा कि ऑपरेटर अपने ग्रिड और स्टोर रिजर्व पर लोड को कैसे संतुलित करते हैं।पाओलोन कहते हैं, "फिलहाल, नवीकरणीय ऊर्जा से बनी संश्लेषण गैस बिजली भंडारण और मौसमी उतार-चढ़ाव का जवाब देने का सबसे आशाजनक तरीका है।"

अतिरिक्त मांग को पूरा करने के लिए गैस से चलने वाले बिजली संयंत्र कदम उठा सकते हैं।ऑपरेटर पावर-टू-गैस सिस्टम भी स्थापित कर सकते हैं, जो स्वच्छ हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए अधिशेष बिजली का उपयोग करते हैं, जिसे बदले में संश्लेषण गैस बनाने के लिए संसाधित किया जाता है।

मारियो पाओलोन कहते हैं, "प्राकृतिक गैस कंपनियां वास्तव में पावर-टू-गैस तकनीक में रुचि रखती हैं क्योंकि इससे उन्हें अपने मौजूदा ट्रांसमिशन और वितरण बुनियादी ढांचे का उपयोग जारी रखने में मदद मिलेगी।""लेकिन इसके लिए, इंजीनियरों को कुशल, बड़े पैमाने पर कार्बन कैप्चर सिस्टम विकसित करने की आवश्यकता होगी।"

वह यह भी बताते हैं कि "जैसा कि हम स्विट्जरलैंड को डीकार्बोनाइज करते हैं, जलविद्युत पावर ग्रिड को इस तरह का लचीलापन प्रदान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। यह एकमात्र पूरी तरह से नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत है जिसे हम नियंत्रित कर सकते हैं। यह आगे चलकर एक महत्वपूर्ण लाभ होगा।"

जलविद्युत संयंत्र पूरे दिन या सभी मौसमों में भार भिन्नता को कवर करने की लचीलापन प्रदान करते हैं।उनका लचीलापन आंशिक रूप से पौधे के प्रकार पर निर्भर करता है - उदाहरण के लिए, चाहे वह एक इंपाउंडमेंट प्लांट हो (यानी, जो वर्षा और ग्लेशियर अपवाह एकत्र करता है) या एक पंप-भंडारण संयंत्र।

ईपीएफएल ने हाल ही में जलविद्युत सुविधाओं पर ईयू के सबसे बड़े अनुसंधान एवं विकास कार्यक्रम का समन्वय किया, जिसे एक्सफ्लेक्स हाइड्रो कहा जाता है।कार्यक्रम में छोटे पैमाने पर संशोधनों का अध्ययन किया गया जो जलविद्युत संयंत्रों की क्षमता बढ़ाने के लिए किए जा सकते हैं, ताकि यूरोप के पावर ग्रिड की समग्र विश्वसनीयता में सुधार किया जा सके।

कार्यक्रम के तहत विकसित तकनीक ग्रिड ऑपरेटरों द्वारा प्रदान की जाने वाली सहायक सेवाओं को बढ़ा सकती है - ऐसी सेवाएं जो लगातार मांग के साथ आपूर्ति से मेल खाती हैं - जो स्थानीय और क्षेत्रीय ग्रिडों को विश्वसनीय बनाए रखने में मदद करेगी और उन्हें अभी और दोनों समय ऊर्जा आपूर्ति में उतार-चढ़ाव के प्रति लचीला बनाएगी।भविष्य में.

बचाव के लिए बैटरियाँ

जब इंट्राडे लोड संतुलन की बात आती है, तो बैटरी एक शक्तिशाली सहयोगी हो सकती है।पाओलोन का ऐसा मानना ​​हैलिथियम बैटरीकल के डीकार्बोनाइज्ड पावर ग्रिड में यह एक प्रमुख विशेषता होगी।"वे बहुत अच्छा प्रदर्शन करते हैंउच्च पैदावारऔर बिजली को अवशोषित करने और इंजेक्ट करने के बीच जल्दी से स्विच कर सकता है," वह कहते हैं। "प्राथमिक भंडार के प्रबंधन के लिए ये क्षमताएं आवश्यक होंगी।

"इसके अलावा, लिथियम बैटरियां जल्द ही हजारों चक्रों को पूरा करने में सक्षम होंगी। यह ग्रिड ऑपरेटरों के लिए एक बड़ा लाभ है। वे जो पावर स्टेशन बनाते हैं उनका इरादा 10 या 20 साल तक चलने का होता है, और तकनीक इसके अनुकूल होने लगी हैनिर्धारित समय - सीमा।"

इससे भी अधिक, संभावना पहले से ही मौजूद है।पाओलोन कहते हैं, "दुनिया के पावर ग्रिडों को 2035 तक लगभग 180 गीगावॉट/वर्ष की कुल बैटरी क्षमता की आवश्यकता होगी।""और लगभग उसी समय, लगभग 100 गीगावॉट से 200 गीगावॉट क्षमता उपलब्ध हो जाएगी क्योंकि इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) बैटरियां अपने जीवन के अंत तक पहुंच जाएंगी। यह बिल्कुल मेल खाता है।"

हालाँकि, अभी भी कुछ तकनीकी बाधाओं को दूर करना बाकी है।डीईएसएल के इंजीनियर कार बैटरियों को दूसरा जीवन देने के लिए उनकी अवशिष्ट क्षमता को मापने के तरीके विकसित कर रहे हैं।पाओलोन कहते हैं, "अब हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि पावर ग्रिड चक्र के भीतर कितनी और कौन सी द्वितीय-जीवन बैटरियां चल सकती हैं।""यह देखते हुए कि ग्रिड के चक्र कारों की तुलना में बहुत कम तीव्र होते हैं, ये बैटरियां कई वर्षों तक उपयोगी हो सकती हैं।"

एक मजबूत ग्रिड का निर्माण

नवीकरणीय ऊर्जा में परिवर्तन का पावर ग्रिडों पर प्रभाव पड़ने का दूसरा तरीका ग्रिड बुनियादी ढांचे से ही संबंधित है।पाओलोन बताते हैं: "हमें अधिक बिजली पारेषण लाइनों की आवश्यकता है। आज, सभी स्तरों पर - बहुत उच्च वोल्टेज से वितरण तक - पारेषण लाइनें निश्चित अवधि के दौरान पूरी क्षमता पर काम कर रही हैं, और यह समस्या समय के साथ और भी खराब होती रहेगी।"

स्विट्ज़रलैंड में, यह मानते हुए कि परमाणु ऊर्जा चरणबद्ध तरीके से समाप्त हो गई है और सभी निजी वाहन और आवासीय हीटिंग इकाइयाँ इलेक्ट्रिक हैं, हमें लगभग 40 GWp फोटोवोल्टिक बिजली की आवश्यकता होगी।लेकिन डीईएसएल मॉडल से पता चलता है कि मध्यम-वोल्टेज बिजली लाइनें 13 जीडब्ल्यूपी पर भीड़भाड़ शुरू हो जाती हैं।इसलिए देश को अपने बिजली बुनियादी ढांचे को उन्नत करने के लिए भारी निवेश करने की आवश्यकता होगी।

स्थानीय, विकेन्द्रीकृत बिजली भंडारण प्रणालियाँ - या दूसरे शब्दों में, बैटरियाँ - नई बिजली लाइनों की आवश्यकता को कम करने में मदद करेंगी।डीईएसएल इंजीनियरों ने अनुकूलन एल्गोरिदम डिजाइन किया है, जो इसके आधार पर हैसौर ऊर्जाएक समुदाय के भीतर उत्पन्न और स्थानीय ग्रिड पर भार, सटीक रूप से पहचान सकता है कि भंडारण प्रणालियाँ कहाँ स्थापित की जानी चाहिए और समुदाय की बिजली लागत को कम करने के लिए कहाँ ग्रिड क्षमता का विस्तार करने की आवश्यकता है।

फिर भी इष्टतम ऊर्जा मिश्रण, बिजली भंडारण प्रणाली और लोड संतुलन रणनीति खोजने के रास्ते में एक और समस्या खड़ी है।पाओलोन कहते हैं, "आज, बिजली उत्पादन पर प्रभावी नियंत्रण के साथ-साथ मजबूत ग्रिड योजना और परिचालन प्रक्रियाओं के कारण हमारे ग्रिड स्थिर और विश्वसनीय बने हुए हैं।""यह संभव है क्योंकि हमारे पास अपेक्षाकृत कम हैंबिजली की स्टेशनोंप्रबंधन करना।

"लेकिन तब क्या होगा जब हमारे पास लाखों विकेंद्रीकृत बिजली जनरेटर होंगे जो ग्रिड ऑपरेटरों के नियंत्रण से बाहर हैं? जब आज की 1 गीगावॉट परमाणु ऊर्जा को 5 गीगावॉट वितरित सौर पैनलों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा, तो इसे कैसे प्रबंधित किया जाएगा?

"ग्रिड ऑपरेटरों को जिन चरों को संभालना होगा उनकी संख्या में विस्फोट होगा। तकनीकी रूप से, हम अपनी सभी बिजली जरूरतों को फोटोवोल्टेइक के साथ आपूर्ति कर सकते हैं, लेकिन इसके लिए हमारे ग्रिड नियंत्रण सिस्टम, ट्रांसमिशन और वितरण सिस्टम में बड़े बदलाव करने की आवश्यकता होगी।"और बिजली बाज़ार।"

निःसंदेह, अभी भी समीकरण का मांग वाला हिस्सा है।बिजली भंडारण की हमारी आवश्यकता को कम करने का एक और तरीका मांग में भिन्नता पर बेहतर नियंत्रण हासिल करना है।

पाओलोन कहते हैं, "अगर हम ग्रिड पर लोड को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने में सक्षम हैं, तो हम कुछ भी कर सकते हैं।"इस दिशा में विकसित की जा रही प्रौद्योगिकी में ईवी चार्जिंग स्टेशनों के लिए नियंत्रण प्रणाली, द्विदिशात्मक ईवी चार्जिंग और वास्तविक समय परिवर्तनीय बिजली मूल्य निर्धारण शामिल हैं।