Съвременни устройства за съхранение на енергия, най -често срещаните видове съхранение на енергия

Устройства за съхранение на енергия са системи, които съхраняват енергия в различни форми, като електрохимични, кинетични, потенциални, електромагнитни, химични и термични, като използват например горивни клетки, батерии, кондензатори, маховици, сгъстен въздух, хидравлични акумулатори, супермагнити, водород и др. .

Устройствата за съхранение на енергия са важен ресурс и често се използват за осигуряване на непрекъснато захранване или за поддръжка на електроенергийната система в периоди на много краткосрочна нестабилност.Те също играят важна роля в самостоятелните системи за възобновяема енергия.

Основните критерии за устройства за съхранение на енергия, необходими за конкретно приложение, са:

• количеството енергия по отношение на специфичната енергия (в Wh · kg -1) и енергийната плътност (в Wh · kg -1 или Wh · l -1);
• електрическа мощност, т.е. необходимо електрическо натоварване;
• обем и маса;
• надеждност;
• трайност;
• сигурност;
• цена;
• рециклируеми;
• въздействие върху околната среда.

При избора на устройства за съхранение на енергия трябва да се имат предвид следните характеристики:

• специфична мощност;
• капацитет за съхранение;
• специфична енергия;
• време за реакция;
• ефективност;
• скорост на саморазреждане / цикли на зареждане;
• чувствителност към топлина;
• живот на зареждане-разреждане;
• влияние върху околната среда;
• капиталови / оперативни разходи;
• обслужване.

Устройствата за съхранение на електрическа енергия са неразделна част от телекомуникационните устройства (мобилни телефони, телефони, уоки-токи и др.), Резервни захранващи системи и хибридни електрически превозни средства под формата на съхраняващи компоненти (батерии, суперкондензатори и горивни клетки).

Устройствата за съхранение на енергия, независимо дали са електрически или топлинни, се признават за основните технологии за чиста енергия.

Дългосрочното съхранение на енергия има голям потенциал за свят, в който вятърната и слънчевата енергия доминират при добавянето на нови електроцентрали и постепенно заменят други източници на електричество.

Вятърът и слънцето произвеждат само в определени часове, така че те се нуждаят от допълнителна технология, която да помогне за запълване на празнините.

В свят, където делът на периодичното, сезонното и непредвидимото производство на електроенергия се увеличава и рискът от десинхронизация с потреблението се увеличава, съхранението прави системата по -гъвкава, като поема всички фазови разлики между производството и потреблението на енергия.

Акумулаторите служат главно като буфер и позволяват по -лесно управление и интегриране на възобновяеми енергийни източници както в мрежата, така и в сгради, предлагайки известна автономност при липса на вятър и слънце.

В системи с генератори те могат да спестят гориво и да помогнат за избягване на неефективността на генератора, като обслужват товара в периоди на ниско потребление на енергия, когато генераторът е най -малко ефективен.

Чрез буфериране на колебанията в производството на възобновяеми източници, съхранението на енергия също може да намали честотата на стартиране на генератора.

Във вятърни и дизелови системи с висока проникваща мощност (където инсталираната мощност на вятъра надвишава средното натоварване), дори много малък обем на съхранение драстично намалява честотата на стартиране на дизел.

Най -често срещаните видове промишлени устройства за съхранение на енергия:

Индустриални устройства за съхранение на енергия

Устройства за съхранение на електрохимична енергия

Батериите, особено оловно -киселинните, остават преобладаващото устройство за съхранение на енергия.

Много конкурентни видове батерии (никел -кадмий, никел -метален хидрид, литиево -йонна, натриева сяра, метален въздух, течащи батерии) превъзхождат оловно -киселинните батерии в един или повече аспекти на производителност като живот, ефективност, плътност на енергия, скорост на зареждане и разреждане, студено време производителност или необходима поддръжка.

В повечето случаи обаче ниската им цена на киловатчас капацитет прави оловно-киселинните батерии най-добрият избор.

Алтернативи като маховици, ултракондензатори или съхранение на водород може да станат търговски успешни в бъдеще, но днес са рядкост.

Литиево-йонните (Li-ion) батерии сега са модерен източник на захранване за всички съвременни потребителски електронни устройства. Обемната енергийна плътност на призматичните литиево-йонни батерии за преносима електроника се е удвоила до три пъти през последните 15 години.

Тъй като се появяват няколко нови приложения за литиево-йонни батерии, като например електрически превозни средства и системи за съхранение на енергия, изискванията за дизайн на клетките и производителността постоянно се променят и представляват уникални предизвикателства за традиционните производители на батерии.

По този начин голямото търсене за безопасна и надеждна работа на литиево-йонни батерии с висока енергия и висока плътност на мощността става неизбежно.

Приложение на устройства за съхранение на електрохимична енергия в енергетиката:

Акумулаторни централи, използването на батерии за съхранение на електрическа енергия

Електрохимични суперкондензатори

Суперкондензаторите са електрохимични устройства за съхранение на енергия, които могат да бъдат напълно заредени или разредени за секунди.

Със своята по -висока плътност на мощността, по -ниски разходи за поддръжка, широк температурен диапазон и по -дълъг експлоатационен цикъл в сравнение с вторичните батерии, суперкондензаторите са получили значително изследователско внимание през последното десетилетие.

Те също имат по -висока енергийна плътност от конвенционалните електрически диелектрични кондензатори. Капацитетът на съхранение на суперкондензатор зависи от електростатичното разделяне между електролитните йони и електродите с голяма повърхност.

По-ниската специфична енергия на суперкондензаторите в сравнение с литиево-йонните батерии е пречка за широкото им използване.

Подобряването на производителността на суперкондензаторите е необходимо, за да се отговори на нуждите на бъдещите системи, от преносима електроника до електрически превозни средства и голямо промишлено оборудване.

Подробно за суперкондензаторите:
Йонистори (суперкондензатори) — устройство, практическо приложение, предимства и недостатъци

Съхранение на енергия със сгъстен въздух

Съхранението на енергия от сгъстен въздух е начин за съхранение на енергия, произведена в един момент за използване в друг момент. В мащаб на комунални услуги, енергията, генерирана през периоди на ниско потребление на енергия (извън пиковите стойности), може да бъде освободена, за да отговори на периоди на голямо търсене (пиково натоварване).

Изотермичното съхранение на сгъстен въздух (CAES) е нова технология, която се опитва да преодолее някои от ограниченията на традиционните (диабатични или адиабатни) системи.

Криогенно съхранение на енергия

Великобритания планира да построи 250 MWh съхранение на втечнен въздух. Той ще бъде комбиниран с парк от възобновяеми енергийни източници и ще компенсира прекъсванията им.

Пускането в експлоатация е насрочено за 2022 г. Криогенните блокове за съхранение на енергия ще работят съвместно с енергийния парк Trafford близо до Манчестър, където част от производството на електроенергия идва от фотоволтаични панели и вятърни турбини.

Това съоръжение за съхранение ще компенсира прекъсванията в използването на тези възобновяеми енергийни източници.

Принципът на действие на тази инсталация ще се основава на два цикъла на промяна на климатика.

Електрическата енергия ще се използва за изтегляне на въздух и след това охлаждането му до много ниски температури (-196 градуса), докато стане течен. След това ще се съхранява в големи, изолирани резервоари с ниско налягане, специално пригодени за тази употреба.

Вторият цикъл ще се осъществи, когато възникне нужда от електрическа енергия. Криогенната течност се нагрява от топлообменник, за да продължи изпаряването и да я върне в газообразно състояние.

Изпаряването на криогенна течност води до разширяване на обема газ, който задвижва турбините, които генерират електрическа енергия.

Устройства за съхранение на кинетична енергия

Маховикът е въртящо се механично устройство, което се използва за съхраняване на ротационна енергия. Маховикът може да улавя енергия от прекъсващи енергийни източници във времето и да осигурява непрекъснато подаване на електрическа енергия към мрежата.

Системите за съхранение на енергия на маховика използват входна електрическа енергия, която се съхранява като кинетична енергия.

Въпреки че физиката на механичните системи често е доста проста (като завъртане на маховик или повдигане на тежести нагоре), технологиите, които дават възможност за ефективно и ефикасно използване на тези сили, са особено напреднали.

Високотехнологичните материали, най-новите системи за компютърно управление и иновативният дизайн правят тези системи подходящи за реални приложения.

UPS системите за търговско кинетично съхранение се състоят от три подсистеми:

• устройства за съхранение на енергия, обикновено маховик;
• разпределителни устройства;
• отделен генератор, който може да се стартира, за да осигури толерантна към неизправности мощност над капацитета за съхранение на енергия.

Маховикът може да бъде интегриран с резервен генератор, което подобрява надеждността чрез директно свързване на механични системи.

Повече за тези устройства:

Устройства за съхранение на кинетична енергия за електроенергийната промишленост

Как са подредени и работят устройствата за съхранение на маховик (кинетична) енергия

Съхранение на свръхпроводяща магнитна енергия с висока температура (SMES) за електрически мрежи:

Как работят и работят свръхпроводящите системи за съхранение на магнитна енергия