BESS (Battery Energy Storage System) คืออะไร? ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ที่เป็นกุญแจสำคัญในยุคพลังงานหมุนเวียน

ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ (Battery Energy Storage System : BESS) เป็นระบบที่ใช้ในการกักเก็บและจ่ายพลังงานไฟฟ้าตามความต้องการ และเป็นเทคโนโลยีที่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการขยายการใช้พลังงานหมุนเวียน บทความนี้จะอธิบายเกี่ยวกับคำจำกัดความของ BESS, องค์ประกอบ, กลไกการทำงาน, ข้อดี, ประเภท, แนวโน้มตลาด, กรณีศึกษาการใช้งาน, นวัตกรรมทางเทคโนโลยี, ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม, และมุมมองและความท้าทายในอนาคต

1. BESS คืออะไร?

- คำจำกัดความและแนวคิดพื้นฐาน

ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ หรือ BESS (Battery Energy Storage System) หมายถึง อุปกรณ์กักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นระบบที่สามารถกักเก็บพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินและจ่ายพลังงานตามความต้องการ บทบาทในการปรับสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทานของพลังงานไฟฟ้ามีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ตามการขยายตัวของการใช้พลังงานหมุนเวียน BESS ไม่เพียงแต่สนับสนุนการจ่ายไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพ แต่ยังเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยในการปรับค่าไฟฟ้าให้เหมาะสมที่สุด

องค์ประกอบของ BESS

• BESS ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักดังต่อไปนี้ระบบแบตเตอรี่ (Battery System) : อุปกรณ์ที่เก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปแบบพลังงานเคมีและแปลงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้าตามความต้องการ มีหลายประเภท เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่โฟลว์ เป็นต้น
• ระบบแปลงไฟ (Power Conversion System : PCS)  : เป็นอุปกรณ์ที่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง แปลงแรงดันและความถี่ให้เหมาะสมระหว่างการชาร์จและจ่ายพลังงานจากแบตเตอรี่
• ระบบจัดการแบตเตอรี่ (Battery Management System :BMS) : ระบบที่ตรวจสอบและควบคุมสถานะการชาร์จ อุณหภูมิ และแรงดันของแบตเตอรี่ จำเป็นสำหรับการยืดอายุการใช้งานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่
• ระบบจัดการพลังงาน (Energy Management System: EMS) : ระบบที่ควบคุมการทำงานทั้งหมดของ BESS ปรับการชาร์จและจ่ายพลังงานให้เหมาะสมตามสถานการณ์ของอุปสงค์และอุปทานพลังงาน

‍

กลไกการทำงานของ BESS

กระบวนการกักเก็บและจ่ายพลังงาน

BESS กักเก็บพลังงานไฟฟ้าจากระบบไฟฟ้าในรูปแบบพลังงานเคมีในแบตเตอรี่ กระบวนการนี้เรียกว่า "การชาร์จ" พลังงานที่ถูกชาร์จไว้จะถูกจ่ายกลับเข้าสู่ระบบไฟฟ้าเมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงขึ้น หรือเมื่อการผลิตพลังงานหมุนเวียนลดลง กระบวนการนี้เรียกว่า "การคายประจุ"

กลไกของวงจรการชาร์จและคายประจุ

ในขณะชาร์จ อินเวอร์เตอร์จะแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและจ่ายเข้าแบตเตอรี่ ภายในแบตเตอรี่ พลังงานไฟฟ้าจะถูกเก็บไว้ผ่านปฏิกิริยาเคมี เมื่อคายประจุ กระบวนการจะเกิดขึ้นในทางตรงกันข้าม โดยพลังงานเคมีในแบตเตอรี่จะถูกแปลงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้า และอินเวอร์เตอร์จะแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อจ่ายเข้าระบบไฟฟ้า การชาร์จและคายประจุที่เกิดขึ้นซ้ำๆ นี้คือหลักการทำงานพื้นฐานของ BESS

‍

ประเภทของ BESS

1. แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นประเภทหลักของ BESS เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูงและมีประสิทธิภาพการชาร์จ-คายประจุที่ดีเยี่ยม มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายแอปพลิเคชัน ตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้า ในกรณีของนิเด็ค ระบบสามารถจ่ายพลังงานได้ 10 เมกะวัตต์ ซึ่งเทียบเท่ากับรถยนต์ไฟฟ้าประมาณ 100 คัน

2. แบตเตอรี่โฟลว์

แบตเตอรี่โฟลว์เป็นประเภทที่ใช้การหมุนเวียนสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพื่อเก็บพลังงานไฟฟ้า มีจุดเด่นคืออายุการใช้งานยาวและความปลอดภัยสูง เหมาะสำหรับการกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่และการจ่ายพลังงานในระยะเวลายาวนาน

3. เทคโนโลยีแบตเตอรี่อื่นๆ

นอกจากนี้ยังมีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่อื่นๆ เช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ของแข็ง และแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ แต่ละประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะที่เหมาะสมกับการใช้งานและขนาดของ BESS ที่แตกต่างกัน

‍

ข้อดีของ BESS

• การบูรณาการกับพลังงานหมุนเวียน

BESS ช่วยส่งเสริมการขยายตัวของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ซึ่งมีการผลิตที่ไม่สม่ำเสมอ ระบบจะกักเก็บพลังงานส่วนเกินเมื่อการผลิตสูงกว่าความต้องการ และจ่ายพลังงานเมื่อการผลิตต่ำ ช่วยให้ระบบไฟฟ้ามีเสถียรภาพ

• การเพิ่มเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า

BESS ช่วยปรับสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทานของพลังงานไฟฟ้า ควบคุมความผันผวนของความถี่และแรงดันไฟฟ้าในระบบ ส่งผลให้การจ่ายไฟฟ้ามีเสถียรภาพและลดความเสี่ยงของไฟฟ้าดับในวงกว้าง

• การลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพ

BESS สามารถลดค่าไฟฟ้าโดยการกักเก็บพลังงานในช่วงที่อัตราค่าไฟฟ้าต่ำและจ่ายพลังงานในช่วงที่อัตราค่าไฟฟ้าสูง นอกจากนี้ยังช่วยลดการใช้พลังงานสูงสุด ลดการลงทุนในระบบไฟฟ้า และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

‍

แนวโน้มตลาดและการคาดการณ์การเติบโตของ BESS

• ขนาดของตลาดและอัตราการเติบโต

ขนาดตลาดของ BESS กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว อันเนื่องมาจากการขยายตัวของการใช้พลังงานหมุนเวียนและความต้องการในการเพิ่มเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า คาดการณ์ว่าตลาด BESS จะยังคงเติบโตต่อไปทั่วโลก ตามการขยายตัวของการติดตั้งระบบ

• แนวโน้มความต้องการตามภูมิภาค

ความต้องการ BESS แตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาค ในยุโรปและอเมริกาเหนือ การติดตั้ง BESS ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเนื่องจากการขยายตัวของพลังงานหมุนเวียน ในภูมิภาคเอเชีย การติดตั้ง BESS เพิ่มขึ้นตามความต้องการใช้ไฟฟ้าที่สูงขึ้นเพื่อรักษาเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า โดยเฉพาะในจีนและอินเดียมีการวางแผนโครงการ BESS ขนาดใหญ่

‍

กรณีศึกษาการใช้งาน BESS

• การใช้งาน BESS ในที่พักอาศัย

BESS สำหรับที่พักอาศัยมักใช้ร่วมกับระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถกักเก็บพลังงานส่วนเกินจากการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อใช้ในเวลากลางคืนหรือวันที่มีเมฆมาก ช่วยลดค่าไฟฟ้าและยังสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองในกรณีไฟฟ้าดับ

• กรณีศึกษาการติดตั้งในอาคารพาณิชย์

อาคารพาณิชย์มีการติดตั้ง BESS เพื่อควบคุมความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด สามารถใช้พลังงานที่กักเก็บไว้ในช่วงที่อัตราค่าไฟฟ้าสูงเพื่อลดค่าใช้จ่าย และยังสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองในกรณีฉุกเฉิน

• บทบาทของ BESS ในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่

โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ติดตั้ง BESS เพื่อรองรับความผันผวนของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าและส่งเสริมการขยายตัวของพลังงานหมุนเวียน ในสหราชอาณาจักร มีการติดตั้ง BESS ในพื้นที่โรงไฟฟ้าถ่านหินเดิม โดย "โครงการ Orana BESS" ของอาเคเชียเอนเนอร์จี เป็นตัวอย่างโครงการขนาดใหญ่ที่น่าสนใจ

‍

นวัตกรรมทางเทคโนโลยีใน BESS

• เทคโนโลยีและแนวโน้มล่าสุด

เทคโนโลยี BESS มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง มีการพัฒนาแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพสูงและอายุการใช้งานยาวนานขึ้น การพัฒนาระบบจัดการแบตเตอรี่ขั้นสูง และระบบจัดการพลังงานที่ใช้ปัญญาประดิษฐ์ โดยเฉพาะการพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตตและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นใหม่ๆ ที่คาดว่าจะช่วยเพิ่มขยายประสิทธิภาพของ BESS อย่างมาก

• การจัดการพลังงานด้วย AI และการวิเคราะห์ข้อมูล

การใช้ AI และการวิเคราะห์ข้อมูลช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ BESS โดย AI ถูกนำมาใช้ในหลายด้าน เช่น การพยากรณ์ความต้องการใช้ไฟฟ้า การตรวจสอบสถานะแบตเตอรี่ และการปรับแผนการชาร์จ-คายประจุให้เหมาะสม ช่วยให้การใช้งาน BESS มีประสิทธิภาพและประหยัดต้นทุน

‍

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืน

• การมีส่วนร่วมในการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ มีส่วนช่วยในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยส่งเสริมการใช้พลังงานหมุนเวียน เนื่องจากพลังงานหมุนเวียนไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการผลิตไฟฟ้า จึงช่วยลดการพึ่งพาการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล

• การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน

BESS ส่งเสริมการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและลดการสูญเสียพลังงานที่ไม่จำเป็น นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาเทคโนโลยีการรีไซเคิลแบตเตอรี่ ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

มุมมองและความท้าทายในอนาคต

• ผลกระทบของนโยบายและกฎระเบียบ

การติดตั้ง BESS ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากนโยบายและกฎระเบียบของแต่ละประเทศ เป้าหมายการใช้พลังงานหมุนเวียนและมาตรการสนับสนุนการติดตั้งระบบกักเก็บพลังงานมีความสำคัญต่อการส่งเสริมการใช้ BESS

• ความท้าทายทางเทคนิคและแนวทางแก้ไข

การติดตั้ง BESS ยังมีความท้าทายทางเทคนิคหลายประการ เช่น การลดต้นทุนแบตเตอรี่ การยืดอายุการใช้งาน และการรับรองความปลอดภัย มีการดำเนินการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อแก้ไขความท้าทายเหล่านี้