Moderní zařízení pro ukládání energie, nejběžnější typy skladování energie

Zařízení pro skladování energie jsou systémy, které ukládají energii v různých formách, jako je elektrochemická, kinetická, potenciální, elektromagnetická, chemická a tepelná, využívající například palivové články, baterie, kondenzátory, setrvačníky, stlačený vzduch, hydraulické akumulátory, supermagnety, vodík atd. .

Zařízení pro ukládání energie jsou důležitým zdrojem a často se používají k zajištění nepřetržitého napájení nebo k podpoře energetického systému v obdobích velmi krátkodobé nestability a hrají také důležitou roli v samostatných systémech obnovitelné energie.

Hlavní kritéria pro zařízení na skladování energie požadovaná pro konkrétní aplikaci jsou:

• množství energie z hlediska měrné energie (ve Wh · kg -1) a hustoty energie (ve Wh · kg -1 nebo Wh · l -1);
• elektrický výkon, tzn. požadované elektrické zatížení;
• objem a hmotnost;
• spolehlivost;
• trvanlivost;
• bezpečnostní;
• cena;
• recyklovatelné;
• dopad na životní prostředí.

Při výběru zařízení pro ukládání energie je třeba vzít v úvahu následující vlastnosti:

• měrný výkon;
• kapacita skladu;
• specifická energie;
• reakční čas;
• účinnost;
• rychlost samovybíjení / nabíjecí cykly;
• citlivost na teplo;
• životnost nabití-vybití;
• dopad na životní prostředí;
• kapitálové / provozní náklady;
• servis.

Akumulátory elektrické energie jsou nedílnou součástí telekomunikačních zařízení (mobilní telefony, telefony, vysílačky atd.), záložních napájecích systémů a hybridních elektromobilů ve formě akumulačních komponentů (baterie, superkondenzátory a palivové články).

Zařízení pro ukládání energie, ať už elektrická nebo tepelná, jsou uznávána jako klíčové technologie čisté energie.

Dlouhodobé skladování energie má velký potenciál pro svět, kde větrná a solární energie dominují přidávání nových elektráren a postupně nahrazují jiné zdroje elektřiny.

Větrná a sluneční energie vyrábějí pouze v určitých časech, takže potřebují další technologii, která jim pomůže zaplnit mezery.

Ve světě, kde se zvyšuje podíl přerušované, sezónní a nepředvídatelné výroby elektřiny a zvyšuje se riziko desynchronizace se spotřebou, akumulace činí systém flexibilnějším tím, že absorbuje všechny fázové rozdíly mezi výrobou a spotřebou energie.

Akumulátory slouží především jako vyrovnávací paměť a umožňují snadnější správu a integraci obnovitelných zdrojů energie jak v síti, tak v budovách a nabízejí určitou autonomii při nepřítomnosti větru a slunce.

V generátorových systémech mohou ušetřit palivo a pomoci vyhnout se neefektivitě generátoru tím, že obsluhují zátěž během období nízké spotřeby energie, kdy je generátor nejméně účinný.

Vyrovnáváním výkyvů ve výrobě z obnovitelných zdrojů může skladování energie také snížit frekvenci spouštění generátoru.

Ve větrných a dieselových systémech s vysokým průnikovým výkonem (kde instalovaný výkon větru převyšuje průměrné zatížení) i velmi malé množství úložiště dramaticky snižuje frekvenci spouštění dieselových motorů.

Nejběžnější typy průmyslových zařízení pro ukládání energie:

Průmyslová zařízení pro skladování energie

Elektrochemická zařízení pro ukládání energie

Baterie, zejména olověné baterie, zůstávají převládajícím zařízením pro ukládání energie.

Mnoho konkurenčních typů baterií (nikl-kadmiové, nikl-metal hydridové, lithium-iontové, sodné sírové, kov-vzduch, průtokové baterie) překonávají olověné baterie v jednom nebo více aspektech výkonu, jako je životnost, účinnost, hustota energie. , rychlost nabíjení a vybíjení, výkon za chladného počasí nebo požadovaná údržba.

Ve většině případů však jejich nízká cena za kilowatthodinu kapacity činí z olověných baterií nejlepší volbu.

Alternativy, jako jsou setrvačníky, ultrakondenzátory nebo zásobníky vodíku, se mohou v budoucnu stát komerčně úspěšnými, ale dnes jsou vzácné.

Lithium-iontové (Li-ion) baterie jsou nyní moderním zdrojem energie pro všechna moderní zařízení spotřební elektroniky. Objemová hustota energie prizmatických lithium-iontových baterií pro přenosnou elektroniku se za posledních 15 let zdvojnásobila až třikrát.

Vzhledem k tomu, že se objevuje několik nových aplikací pro Li-ion baterie, jako jsou elektrická vozidla a systémy pro skladování energie, design článků a požadavky na výkon se neustále mění a pro tradiční výrobce baterií představují jedinečné výzvy.

Vysoká poptávka po bezpečném a spolehlivém provozu vysokoenergetických lithium-iontových baterií s vysokou hustotou výkonu se tak stává nevyhnutelnou.

Aplikace elektrochemických zásobníků energie v energetice:

Akumulátorové závody, využití baterií k akumulaci elektrické energie

Elektrochemické superkondenzátory

Superkondenzátory jsou elektrochemická zařízení pro ukládání energie, která lze plně nabít nebo vybít během několika sekund.

S jejich vyšší hustotou výkonu, nižšími náklady na údržbu, širokým teplotním rozsahem a delším pracovním cyklem ve srovnání se sekundárními bateriemi získaly superkondenzátory v posledním desetiletí významnou výzkumnou pozornost.

Mají také vyšší hustotu energie než běžné elektrické dielektrické kondenzátory.Akumulační kapacita superkondenzátoru závisí na elektrostatickém oddělení mezi ionty elektrolytu a elektrodami s velkým povrchem.

Nižší měrná energie superkondenzátorů ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi je překážkou jejich širokého využití.

Zlepšení výkonu superkondenzátorů je nezbytné pro uspokojení potřeb budoucích systémů, od přenosné elektroniky po elektrická vozidla a velká průmyslová zařízení.

Superkondenzátory v detailu:
Ionisty (superkondenzátory) — zařízení, praktické použití, výhody a nevýhody

Akumulace energie stlačeného vzduchu

Akumulace energie stlačeného vzduchu je způsob ukládání energie vyrobené v jednom okamžiku pro použití v jiném čase. V energetickém měřítku může být energie generovaná během období nízké spotřeby energie (mimo špičku) uvolněna pro pokrytí období vysoké spotřeby (špičkové zatížení).

Izotermické skladování stlačeného vzduchu (CAES) je nová technologie, která se pokouší překonat některá omezení tradičních (diabatických nebo adiabatických) systémů.

Skladování kryogenní energie

Británie plánuje postavit 250 MWh úložiště zkapalněného vzduchu. Bude kombinován s parkem obnovitelných zdrojů energie a kompenzovat jejich přerušení.

Uvedení do provozu je naplánováno na rok 2022. Jednotky pro skladování kryogenní energie budou fungovat ve spojení s Trafford Energy Park poblíž Manchesteru, kde část výroby elektřiny pochází z fotovoltaických panelů a větrných turbín.

Toto úložiště bude kompenzovat přerušení ve využívání těchto obnovitelných zdrojů energie.

Princip fungování této instalace bude založen na dvou cyklech výměny klimatizace.

Elektrická energie bude použita k nasávání vzduchu a jeho ochlazení na velmi nízké teploty (-196 stupňů), dokud se nestane kapalným. Poté bude skladován ve velkých, izolovaných nízkotlakých nádržích speciálně upravených pro toto použití.

Druhý cyklus proběhne v případě potřeby elektrické energie. Kryogenní kapalina je ohřívána výměníkem tepla, aby pokračovalo odpařování a vrátilo se do plynného stavu.

Odpařování kryogenní kapaliny způsobuje expanzi objemu plynu, což pohání turbíny vyrábějící elektřinu.

Zařízení pro ukládání kinetické energie

Setrvačník je rotační mechanické zařízení, které se používá k ukládání rotační energie. Setrvačník dokáže v průběhu času zachytit energii z přerušovaných zdrojů energie a zajistit nepřetržitou dodávku elektrické energie do sítě.

Systémy akumulace energie setrvačníku využívají vstupní elektrickou energii, která se ukládá jako kinetická energie.

Ačkoli je fyzika mechanických systémů často docela jednoduchá (jako je otáčení setrvačníku nebo zvedání závaží), technologie, které umožňují efektivní a efektivní využití těchto sil, jsou obzvláště pokročilé.

High-tech materiály, nejnovější počítačové řídicí systémy a inovativní design činí tyto systémy vhodnými pro skutečné aplikace.

UPS systémy pro komerční kinetické skladování se skládají ze tří subsystémů:

• zařízení pro ukládání energie, obvykle setrvačník;
• distribuční zařízení;
• samostatný generátor, který lze spustit, aby poskytoval energii odolnou vůči poruchám přes kapacitu akumulace energie.

Setrvačník může být integrován se záložním generátorem, který zlepšuje spolehlivost přímým připojením mechanických systémů.

Více o těchto zařízeních:

Zařízení pro ukládání kinetické energie pro energetiku

Jak jsou uspořádána a fungují zařízení pro ukládání energie setrvačníku (kinetické).

Vysokoteplotní supravodivé magnetické úložiště energie (SMES) pro elektrické sítě:

Jak fungují a fungují supravodivé magnetické systémy pro ukládání energie