Moderné zariadenia na skladovanie energie, najbežnejšie typy skladovania energie

Zariadenia na ukladanie energie sú systémy, ktoré uchovávajú energiu v rôznych formách, ako je elektrochemická, kinetická, potenciálna, elektromagnetická, chemická a tepelná, využívajúce napríklad palivové články, batérie, kondenzátory, zotrvačníky, stlačený vzduch, hydraulické akumulátory, supermagnety, vodík atď. .

Zariadenia na uchovávanie energie sú dôležitým zdrojom a často sa používajú na zabezpečenie nepretržitého napájania alebo na podporu energetického systému v obdobiach veľmi krátkodobej nestability a tiež zohrávajú dôležitú úlohu v samostatných systémoch obnoviteľnej energie.

Hlavné kritériá pre zariadenia na skladovanie energie potrebné pre konkrétnu aplikáciu sú:

• množstvo energie z hľadiska mernej energie (vo Wh · kg -1) a hustoty energie (vo Wh · kg -1 alebo Wh · l -1);
• elektrický výkon, t.j. požadované elektrické zaťaženie;
• objem a hmotnosť;
• spoľahlivosť;
• trvanlivosť;
• bezpečnosť;
• cena;
• recyklovateľné;
• vplyv na životné prostredie.

Pri výbere zariadení na ukladanie energie je potrebné zvážiť nasledujúce vlastnosti:

• špecifický výkon;
• úložná kapacita;
• špecifická energia;
• reakčný čas;
• efektívnosť;
• rýchlosť samovybíjania / cykly nabíjania;
• citlivosť na teplo;
• životnosť nabitia a vybitia;
• vplyv na životné prostredie;
• kapitálové / prevádzkové náklady;
• služby.

Akumulátory elektrickej energie sú neoddeliteľnou súčasťou telekomunikačných zariadení (mobilné telefóny, telefóny, vysielačky a pod.), záložných systémov napájania a hybridných elektrických vozidiel vo forme akumulačných komponentov (batérie, superkondenzátory a palivové články).

Zariadenia na skladovanie energie, či už elektrické alebo tepelné, sa považujú za kľúčové technológie čistej energie.

Dlhodobé skladovanie energie má veľký potenciál pre svet, kde veterná a slnečná energia dominujú pridávaniu nových elektrární a postupne nahrádzajú iné zdroje elektriny.

Veterná a solárna energia vyrábajú len v určitých časoch, takže potrebujú ďalšiu technológiu, ktorá im pomôže vyplniť medzery.

Vo svete, kde sa zvyšuje podiel prerušovanej, sezónnej a nepredvídateľnej výroby elektriny a zvyšuje sa riziko desynchronizácie so spotrebou, akumulácia robí systém flexibilnejším tým, že absorbuje všetky fázové rozdiely medzi výrobou a spotrebou energie.

Akumulátory slúžia hlavne ako nárazník a umožňujú jednoduchšie riadenie a integráciu obnoviteľných zdrojov energie v sieti aj v budovách, pričom ponúkajú určitú autonómiu pri absencii vetra a slnka.

V generátorových systémoch môžu ušetriť palivo a pomôcť vyhnúť sa neefektívnosti generátora tým, že obsluhujú záťaž v obdobiach nízkej spotreby energie, keď je generátor najmenej účinný.

Tlmením výkyvov vo výrobe obnoviteľnej energie môže skladovanie energie tiež znížiť frekvenciu spúšťania generátora.

Vo veterných a dieselových systémoch s vysokým penetračným výkonom (kde inštalovaný výkon vetra presahuje priemernú záťaž) aj veľmi malé množstvo zásobníka dramaticky znižuje frekvenciu štartovania dieselového motora.

Najbežnejšie typy priemyselných zariadení na ukladanie energie:

Priemyselné zariadenia na skladovanie energie

Elektrochemické zariadenia na uchovávanie energie

Batérie, najmä olovené batérie, zostávajú prevládajúcim zariadením na uchovávanie energie.

Mnohé konkurenčné typy batérií (nikel-kadmiové, nikel-metal hydridové, lítium-iónové, sodné síra, kov-vzduch, prietokové batérie) prekonávajú olovené batérie v jednom alebo viacerých aspektoch výkonu, ako je životnosť, účinnosť, hustota energie. , rýchlosť nabíjania a vybíjania, výkon v chladnom počasí alebo požadovaná údržba.

Vo väčšine prípadov však ich nízka cena za kilowatthodinu kapacity robí z olovených batérií tou najlepšou voľbou.

Alternatívy, ako sú zotrvačníky, ultrakondenzátory alebo zásobníky vodíka, sa môžu v budúcnosti stať komerčne úspešnými, ale dnes sú zriedkavé.

Lítium-iónové (Li-ion) batérie sú teraz moderným zdrojom energie pre všetky moderné zariadenia spotrebnej elektroniky. Objemová hustota energie prizmatických lítium-iónových batérií pre prenosnú elektroniku sa za posledných 15 rokov zdvojnásobila až trikrát.

Keďže sa objavuje niekoľko nových aplikácií pre lítium-iónové batérie, ako sú elektrické vozidlá a systémy na skladovanie energie, dizajn článkov a požiadavky na výkon sa neustále menia a predstavujú jedinečné výzvy pre tradičných výrobcov batérií.

Nevyhnutným sa tak stáva vysoký dopyt po bezpečnej a spoľahlivej prevádzke vysokoenergetických lítium-iónových batérií s vysokou hustotou výkonu.

Aplikácia elektrochemických zariadení na ukladanie energie v energetike:

Akumulátorové závody, využitie batérií na skladovanie elektrickej energie

Elektrochemické superkondenzátory

Superkondenzátory sú elektrochemické zariadenia na ukladanie energie, ktoré možno úplne nabiť alebo vybiť v priebehu niekoľkých sekúnd.

S vyššou hustotou výkonu, nižšími nákladmi na údržbu, širokým teplotným rozsahom a dlhším pracovným cyklom v porovnaní so sekundárnymi batériami sa superkondenzátorom v poslednom desaťročí venovala veľká pozornosť.

Majú tiež vyššiu hustotu energie ako bežné elektrické dielektrické kondenzátory.Akumulačná kapacita superkondenzátora závisí od elektrostatickej separácie medzi iónmi elektrolytu a elektródami s veľkým povrchom.

Nižšia merná energia superkondenzátorov v porovnaní s lítium-iónovými batériami je prekážkou ich širokého využitia.

Zlepšenie výkonu superkondenzátorov je nevyhnutné na uspokojenie potrieb budúcich systémov, od prenosnej elektroniky po elektrické vozidlá a veľké priemyselné zariadenia.

Superkondenzátory podrobne:
Ionisty (superkondenzátory) — zariadenie, praktické použitie, výhody a nevýhody

Skladovanie energie stlačeného vzduchu

Skladovanie energie stlačeného vzduchu je spôsob, ako ukladať energiu vyrobenú v jednom čase na použitie v inom čase. V energetickom meradle môže byť energia generovaná počas období nízkej spotreby energie (mimo špičky) uvoľnená na pokrytie období vysokej spotreby (špičkové zaťaženie).

Izotermické skladovanie stlačeného vzduchu (CAES) je nová technológia, ktorá sa pokúša prekonať niektoré obmedzenia tradičných (diabatických alebo adiabatických) systémov.

Skladovanie kryogénnej energie

Británia plánuje postaviť 250 MWh zásobníka skvapalneného vzduchu. Spojí sa s parkom obnoviteľných zdrojov energie a kompenzuje ich prerušenia.

Uvedenie do prevádzky je naplánované na rok 2022. Jednotky na uskladnenie kryogénnej energie budú fungovať v spojení s Trafford Energy Park pri Manchestri, kde časť výroby elektriny pochádza z fotovoltaických panelov a veterných turbín.

Tento zásobník bude kompenzovať prerušenia vo využívaní týchto obnoviteľných zdrojov energie.

Princíp fungovania tejto inštalácie bude založený na dvoch cykloch výmeny klimatizácie.

Elektrická energia sa použije na nasávanie vzduchu a následné ochladenie na veľmi nízke teploty (-196 stupňov), kým sa nestane tekutým. Potom sa bude skladovať vo veľkých, izolovaných nízkotlakových nádržiach špeciálne prispôsobených na toto použitie.

Druhý cyklus sa uskutoční v prípade potreby elektrickej energie. Kryogénna kvapalina sa zahrieva výmenníkom tepla, aby pokračovalo vo vyparovaní a vrátilo sa do plynného stavu.

Odparovanie kryogénnej kvapaliny spôsobuje rozšírenie objemu plynu, ktorý poháňa turbíny, ktoré vyrábajú elektrickú energiu.

Zariadenia na ukladanie kinetickej energie

Zotrvačník je rotačné mechanické zariadenie, ktoré sa používa na ukladanie rotačnej energie. Zotrvačník dokáže v priebehu času zachytávať energiu z prerušovaných zdrojov energie a poskytovať nepretržitú dodávku elektrickej energie do siete.

Systémy akumulácie energie zotrvačníka využívajú vstupnú elektrickú energiu, ktorá sa ukladá ako kinetická energia.

Aj keď je fyzika mechanických systémov často pomerne jednoduchá (napríklad otáčanie zotrvačníka alebo zdvíhanie závaží), technológie, ktoré umožňujú efektívne a efektívne využitie týchto síl, sú obzvlášť pokročilé.

High-tech materiály, najnovšie počítačové riadiace systémy a inovatívny dizajn robia tieto systémy vhodnými pre reálne aplikácie.

UPS systémy pre komerčné kinetické skladovanie pozostávajú z troch podsystémov:

• zariadenia na skladovanie energie, zvyčajne zotrvačník;
• distribučné zariadenia;
• samostatný generátor, ktorý je možné spustiť, aby poskytoval energiu odolnú voči poruchám cez kapacitu akumulácie energie.

Zotrvačník môže byť integrovaný so záložným generátorom, ktorý zlepšuje spoľahlivosť priamym pripojením mechanických systémov.

Viac o týchto zariadeniach:

Zariadenia na ukladanie kinetickej energie pre energetiku

Ako sú usporiadané a fungujú zariadenia na ukladanie energie zotrvačníka (kinetickej).

Vysokoteplotný supravodivý zásobník magnetickej energie (SMES) pre energetické siete:

Ako fungujú a fungujú supravodivé magnetické systémy na uchovávanie energie