Kaasaegsed energiasalvestid, kõige levinumad energiasalvestite liigid

Energiasalvestid on süsteemid, mis salvestavad energiat erineval kujul, nagu elektrokeemiline, kineetiline, potentsiaalne, elektromagnetiline, keemiline ja termiline, kasutades näiteks kütuseelemente, patareisid, kondensaatoreid, hoorattaid, suruõhku, hüdroakusid, supermagneteid, vesinikku jne. .

Energiasalvestid on oluline ressurss ja neid kasutatakse sageli katkematu voolu tagamiseks või elektrisüsteemi toetamiseks väga lühiajalise ebastabiilsuse perioodidel, samuti on neil oluline roll iseseisvates taastuvenergiasüsteemides.

Konkreetse rakenduse jaoks vajalike energiasalvestusseadmete peamised kriteeriumid on järgmised:

• energia hulk erienergiana (Wh · kg -1) ja energiatihedusena (Wh · kg -1 või Wh · l -1);
• elektrienergia, s.o. vajalik elektrikoormus;
• maht ja mass;
• usaldusväärsus;
• vastupidavus;
• turvalisus;
• hind;
• taaskasutatav;
• mõju keskkonnale.

Energiasalvestite valimisel tuleks arvestada järgmiste omadustega:

• erivõimsus;
• salvestusmaht;
• erienergia;
• reaktsiooniaeg;
• tõhusus;
• isetühjenemise kiirus / laadimistsüklid;
• tundlikkus kuumuse suhtes;
• laadimis-tühjenemise eluiga;
• mõju keskkonnale;
• kapitali / tegevuskulud;
• teenus.

Elektrienergia salvestusseadmed on telekommunikatsiooniseadmete (mobiiltelefonid, telefonid, raadiosaatjad jne), varutoitesüsteemide ja hübriidelektrisõidukite lahutamatuks osaks salvestuskomponentide (akud, superkondensaatorid ja kütuseelemendid) kujul.

Energiasalvestid, olgu need elektrilised või soojuslikud, on tunnistatud põhilisteks puhta energia tehnoloogiateks.

Pikaajalisel energia salvestamisel on suur potentsiaal maailmas, kus tuule- ja päikeseenergia domineerivad uute elektrijaamade lisandumisel ning asendavad järk-järgult muid elektrienergia allikaid.

Tuul ja päike toodavad ainult teatud aegadel, seega vajavad need lünkade täitmiseks lisatehnoloogiat.

Maailmas, kus katkendliku, hooajalise ja ettearvamatu elektritootmise osakaal suureneb ning tarbimisega desünkroniseerumise oht suureneb, muudab salvestamine süsteemi paindlikumaks, absorbeerides kõik faasierinevused energia tootmise ja tarbimise vahel.

Akud toimivad peamiselt puhvrina ning võimaldavad lihtsamalt hallata ja integreerida taastuvaid energiaallikaid nii võrku kui ka hoonetesse, pakkudes mõningast autonoomiat tuule ja päikese puudumisel.

Generaatorisüsteemides võivad need säästa kütust ja aidata vältida generaatori ebatõhusust, teenindades koormust madala energiatarbega perioodidel, mil generaator on kõige vähem tõhus.

Taastuvenergia tootmise kõikumisi puhverdades võib energia salvestamine vähendada ka generaatorite käivitamise sagedust.

Suure läbitungimisvõimega tuule- ja diiselsüsteemides (kus paigaldatud tuuleenergia ületab keskmist koormust) vähendab isegi väga väike kogus salvestust järsult diislikütuse käivitamise sagedust.

Kõige tavalisemad tööstuslike energiasalvestusseadmete tüübid:

Tööstuslikud energiasalvestid

Elektrokeemilised energiasalvestid

Patareid, eriti pliiakud, jäävad valdavaks energiasalvestusseadmeks.

Paljud konkurentsivõimelised akutüübid (nikkel-kaadmium, nikkel-metallhüdriid, liitiumioon, naatriumväävel, metall-õhk, läbivooluakud) ületavad pliiakusid ühes või mitmes jõudluses, nagu eluiga, tõhusus, energiatihedus. , laadimis- ja tühjenemiskiirus, külma ilmaga jõudlus või vajalik hooldus.

Enamasti teeb pliiakud siiski parimaks valikuks nende madal hind ühe kilovatt-tunni võimsuse kohta.

Alternatiivid, nagu hoorattad, ultrakondensaatorid või vesinikusalvestid, võivad tulevikus saada äriliselt edukaks, kuid tänapäeval on need haruldased.

Liitiumioonakud (Li-ioonakud) on nüüd kaasaegne toiteallikas kõigile kaasaegsetele tarbeelektroonikatele. Kaasaskantava elektroonika jaoks mõeldud prismaatiliste liitiumioonakude mahuline energiatihedus on viimase 15 aasta jooksul kahekordistunud, kolm korda.

Kuna liitiumioonakude jaoks ilmnevad mitmed uued rakendused, nagu elektrisõidukid ja energiasalvestussüsteemid, muutuvad elementide disaini- ja jõudlusnõuded pidevalt ning esitavad traditsioonilistele akutootjatele ainulaadseid väljakutseid.

Seega muutub vältimatuks suur nõudlus suure energiatarbega ja suure võimsustihedusega liitiumioonakude ohutu ja usaldusväärse töö järele.

Elektrokeemiliste energiasalvestusseadmete kasutamine energeetikas:

Akujaamad, patareide kasutamine elektrienergia salvestamiseks

Elektrokeemilised superkondensaatorid

Superkondensaatorid on elektrokeemilised energiasalvestid, mida saab sekunditega täielikult laadida või tühjendada.

Suurema võimsustiheduse, madalamate hoolduskulude, laia temperatuurivahemiku ja pikema töötsükli tõttu võrreldes sekundaarakudega on superkondensaatorid pälvinud viimasel kümnendil märkimisväärset uurimistööd.

Samuti on neil suurem energiatihedus kui tavalistel elektrilistel dielektrilistel kondensaatoritel.Superkondensaatori mälumaht sõltub elektrolüüdiioonide ja suure pindalaga elektroodide elektrostaatilisest eraldumisest.

Superkondensaatorite madalam erienergia võrreldes liitiumioonakudega takistab nende laialdast kasutamist.

Superkondensaatorite jõudluse parandamine on vajalik tulevaste süsteemide vajaduste rahuldamiseks alates kaasaskantavast elektroonikast kuni elektrisõidukite ja suurte tööstusseadmeteni.

Superkondensaatorid üksikasjalikult:
Ionistid (superkondensaatorid) — seade, praktiline rakendus, eelised ja puudused

Suruõhu energia salvestamine

Suruõhuenergia salvestamine on viis ühel ajal toodetud energia salvestamiseks teisel ajal kasutamiseks. Kommunaalteenuste mastaabis saab väikese energiavajaduse perioodidel (väljaspool tipptundi) toodetud energiat vabastada suure nõudluse perioodide (tippkoormuse) rahuldamiseks.

Suruõhu isotermiline hoidla (CAES) on uus tehnoloogia, mis püüab ületada mõningaid traditsiooniliste (diabaatilise või adiabaatilise) süsteemide piiranguid.

Krüogeenne energia salvestamine

Suurbritannia plaanib ehitada 250 MWh veeldatud õhu hoidlat. See ühendatakse taastuvate energiaallikate pargiga ja kompenseeritakse nende katkestused.

Kasutuselevõtt on kavandatud 2022. aastal. Krüogeensed energiasalvestid töötavad koos Manchesteri lähedal asuva Traffordi energiapargiga, kus osa elektritoodangust tuleb fotogalvaanilistest paneelidest ja tuuleturbiinidest.

See hoidla kompenseerib nende taastuvate energiaallikate kasutamise katkestused.

Selle paigalduse tööpõhimõte põhineb kahel konditsioneeri vahetamise tsüklil.

Elektrienergiat kasutatakse õhu tõmbamiseks ja jahutamiseks väga madalale temperatuurile (-196 kraadi), kuni see muutub vedelaks. Seejärel hoitakse seda suurtes isoleeritud madala rõhuga mahutites, mis on spetsiaalselt selleks kasutuseks kohandatud.

Teine tsükkel toimub siis, kui tekib vajadus elektrienergia järele. Krüogeenset vedelikku kuumutatakse soojusvahetiga, et jätkata aurustumist ja viia see gaasilisse olekusse.

Krüogeense vedeliku aurustumine põhjustab gaasi mahu paisumist, mis juhib elektrit tootvaid turbiine.

Kineetilise energia salvestamise seadmed

Hooratas on pöörlev mehaaniline seade, mida kasutatakse pöörlemisenergia salvestamiseks. Hooratas suudab aja jooksul püüda energiat vahelduvatest energiaallikatest ja tagada pideva elektrienergia tarnimise võrku.

Hooratta energiasalvestussüsteemid kasutavad sisendelektrienergiat, mis salvestatakse kineetilise energiana.

Kuigi mehaaniliste süsteemide füüsika on sageli üsna lihtne (näiteks hooratta pööramine või raskuste tõstmine), on tehnoloogiad, mis võimaldavad neid jõude tõhusalt ja tõhusalt kasutada, eriti arenenud.

Kõrgtehnoloogilised materjalid, uusimad arvutijuhtimissüsteemid ja uuenduslik disain muudavad need süsteemid sobivaks reaalseteks rakendusteks.

Kaubandusliku kineetilise salvestamise UPS-süsteemid koosnevad kolmest alamsüsteemist:

• energiasalvestid, tavaliselt hooratas;
• jaotusseadmed;
• eraldi käivitatav generaator, et anda tõrketaluv võimsus üle energiasalvestusmahu.

Hooratast saab integreerida varugeneraatoriga, mis parandab töökindlust mehaaniliste süsteemide vahetu ühendamise kaudu.

Lisateavet nende seadmete kohta:

Kineetilise energia salvestamise seadmed energeetikatööstusele

Kuidas hooratta (kineetilise) energiasalvestid on paigutatud ja töötavad

Kõrge temperatuuriga ülijuhtiv magnetenergia salvestus (SMES) elektrivõrkudele:

Kuidas ülijuhtivad magnetenergia salvestamise süsteemid töötavad ja toimivad