Suvremeni uređaji za pohranjivanje energije, najčešći tipovi pohranjivanja energije

Uređaji za pohranu energije su sustavi koji pohranjuju energiju u različitim oblicima, poput elektrokemijske, kinetičke, potencijalne, elektromagnetske, kemijske i toplinske, koristeći primjerice gorivne ćelije, baterije, kondenzatore, zamašnjake, komprimirani zrak, hidrauličke akumulatore, supermagnete, vodik itd. .

Uređaji za pohranu energije važan su resurs i često se koriste za osiguranje neprekidnog napajanja ili za podršku elektroenergetskom sustavu tijekom razdoblja vrlo kratkotrajne nestabilnosti. Oni također igraju važnu ulogu u samostalnim sustavima obnovljive energije.

Glavni kriteriji za uređaje za pohranu energije potrebni za određenu primjenu su:

• količinu energije izraženu specifičnom energijom (u Wh · kg -1) i gustoćom energije (u Wh · kg -1 ili Wh · l -1);
• električne energije, tj. potrebno električno opterećenje;
• volumen i masa;
• pouzdanost;
• izdržljivost;
• sigurnost;
• cijena;
• reciklirati;
• utjecaj na okoliš.

Prilikom odabira uređaja za pohranjivanje energije treba uzeti u obzir sljedeće karakteristike:

• specifična snaga;
• kapacitet pohrane;
• specifična energija;
• vrijeme reakcije;
• učinkovitost;
• brzina samopražnjenja / ciklusi punjenja;
• osjetljivost na toplinu;
• trajanje punjenja i pražnjenja;
• utjecaj na okoliš;
• kapitalni / operativni troškovi;
• servis.

Spremnici električne energije sastavni su dio telekomunikacijskih uređaja (mobiteli, telefoni, walkie-talkie i dr.), pričuvnih sustava napajanja i hibridnih električnih vozila u obliku komponenti za pohranu (baterije, superkondenzatori i gorivne ćelije).

Uređaji za pohranu energije, bilo električni ili toplinski, prepoznati su kao temeljne tehnologije čiste energije.

Dugoročno skladištenje energije ima veliki potencijal za svijet u kojem vjetar i solarna energija dominiraju dodavanjem novih elektrana i postupno zamjenjuju druge izvore električne energije.

Vjetar i sunce proizvode samo u određeno vrijeme, pa im je potrebna dodatna tehnologija koja će popuniti praznine.

U svijetu u kojem raste udio isprekidane, sezonske i nepredvidive proizvodnje električne energije i raste rizik desinkronizacije s potrošnjom, skladištenje čini sustav fleksibilnijim apsorbirajući sve fazne razlike između proizvodnje i potrošnje energije.

Akumulatori služe uglavnom kao međuspremnik i omogućuju lakše upravljanje i integraciju obnovljivih izvora energije kako u mrežu tako iu zgrade, nudeći određenu autonomiju u nedostatku vjetra i sunca.

U generatorskim sustavima mogu uštedjeti gorivo i pomoći u izbjegavanju neučinkovitosti generatora opslužujući opterećenje tijekom razdoblja niske potražnje za električnom energijom kada je generator najmanje učinkovit.

Ublažavanjem fluktuacija u proizvodnji obnovljivih izvora energije, skladištenje energije također može smanjiti učestalost pokretanja generatora.

U vjetroelektranama i dizelskim sustavima s velikom prodornom snagom (gdje instalirana snaga vjetra premašuje prosječno opterećenje), čak i vrlo mala količina skladišta dramatično smanjuje učestalost pokretanja dizel motora.

Najčešći tipovi industrijskih uređaja za pohranu energije:

Industrijski uređaji za pohranu energije

Elektrokemijski uređaji za pohranu energije

Baterije, posebice olovne baterije, i dalje su prevladavajući uređaj za pohranu energije.

Mnoge konkurentne vrste baterija (nikl-kadmijeve, nikal-metal-hidridne, litij-ionske, natrij-sumporne, metal-zračne, protočne baterije) nadmašuju olovne baterije u jednom ili više aspekata performansi kao što su vijek trajanja, učinkovitost, gustoća energije , stopa punjenja i pražnjenja, performanse u hladnom vremenu ili potrebno održavanje.

Međutim, u većini slučajeva njihova niska cijena po kilovat-satu kapaciteta čini olovne baterije najboljim izborom.

Alternative poput zamašnjaka, ultrakondenzatora ili spremnika vodika mogle bi postati komercijalno uspješne u budućnosti, ali danas su rijetke.

Litij-ionske (Li-ion) baterije danas su moderan izvor napajanja za sve moderne potrošačke elektroničke uređaje. Volumetrijska gustoća energije prizmatičnih litij-ionskih baterija za prijenosnu elektroniku udvostručila se do tri puta u posljednjih 15 godina.

Kako se pojavljuje nekoliko novih aplikacija za Li-ion baterije, kao što su električna vozila i sustavi za pohranu energije, dizajn ćelija i zahtjevi za performansama stalno se mijenjaju i predstavljaju jedinstvene izazove tradicionalnim proizvođačima baterija.

Stoga, velika potražnja za sigurnim i pouzdanim radom litij-ionskih baterija visoke energije i gustoće snage postaje neizbježna.

Primjena elektrokemijskih uređaja za pohranu energije u elektroenergetici:

Akumulatorska postrojenja, uporaba baterija za pohranu električne energije

Elektrokemijski superkondenzatori

Superkondenzatori su elektrokemijski uređaji za pohranu energije koji se mogu potpuno napuniti ili isprazniti u nekoliko sekundi.

Sa svojom većom gustoćom snage, nižim troškovima održavanja, širokim temperaturnim rasponom i duljim radnim ciklusom u usporedbi sa sekundarnim baterijama, superkondenzatori su dobili značajnu pažnju istraživanja u prošlom desetljeću.

Oni također imaju veću gustoću energije od konvencionalnih električnih dielektričnih kondenzatora.Kapacitet pohranjivanja superkondenzatora ovisi o elektrostatskom odvajanju između iona elektrolita i elektroda velike površine.

Niža specifična energija superkondenzatora u usporedbi s litij-ionskim baterijama prepreka je njihovoj širokoj upotrebi.

Poboljšanje performansi superkondenzatora nužno je kako bi se zadovoljile potrebe budućih sustava, od prijenosne elektronike do električnih vozila i velike industrijske opreme.

Detaljno o superkondenzatorima:
Ionisti (superkondenzatori) — uređaj, praktična primjena, prednosti i nedostaci

Skladištenje energije komprimiranim zrakom

Skladištenje energije komprimiranim zrakom je način pohranjivanja energije proizvedene u jednom trenutku za korištenje u drugom trenutku. Na razini korisnosti, energija proizvedena tijekom razdoblja niske potražnje za energijom (izvan vršnog opterećenja) može se osloboditi kako bi se zadovoljila razdoblja visoke potražnje (vršno opterećenje).

Izotermalno skladištenje komprimiranog zraka (CAES) nova je tehnologija koja pokušava prevladati neka od ograničenja tradicionalnih (dijabatskih ili adijabatskih) sustava.

Kriogeno skladištenje energije

Britanija planira izgraditi skladište ukapljenog zraka kapaciteta 250 MWh. Spojit će se s parkom obnovljivih izvora energije i nadoknaditi njihove prekide.

Puštanje u rad predviđeno je za 2022. Jedinice za skladištenje kriogene energije radit će u suradnji s Trafford Energy Parkom u blizini Manchestera, gdje dio proizvodnje električne energije dolazi iz fotonaponskih panela i vjetroturbina.

Ovo skladište će kompenzirati prekide u korištenju ovih obnovljivih izvora energije.

Princip rada ove instalacije temeljit će se na dva ciklusa izmjene klima uređaja.

Električna energija koristit će se za uvlačenje zraka i zatim njegovo hlađenje na vrlo niske temperature (-196 stupnjeva) dok ne postane tekuće. Zatim će se skladištiti u velikim, izoliranim, niskotlačnim spremnicima posebno prilagođenim za tu upotrebu.

Drugi ciklus će se odvijati kada postoji potreba za električnom energijom. Kriogenu tekućinu zagrijava izmjenjivač topline kako bi nastavio isparavanje i vratio je u plinovito stanje.

Isparavanje kriogene tekućine uzrokuje širenje volumena plina, što pokreće turbine koje proizvode električnu energiju.

Uređaji za pohranu kinetičke energije

Zamašnjak je rotirajući mehanički uređaj koji se koristi za pohranjivanje rotacijske energije. Zamašnjak može uhvatiti energiju iz povremenih izvora energije tijekom vremena i osigurati kontinuiranu opskrbu električnom energijom u mrežu.

Sustavi za pohranu energije zamašnjaka koriste ulaznu električnu energiju koja se pohranjuje kao kinetička energija.

Iako je fizika mehaničkih sustava često vrlo jednostavna (kao što je okretanje zamašnjaka ili dizanje utega), tehnologije koje omogućuju učinkovitu i učinkovitu upotrebu tih sila posebno su napredne.

Materijali visoke tehnologije, najnoviji sustavi računalne kontrole i inovativni dizajn čine ove sustave prikladnima za stvarne primjene.

UPS sustavi za komercijalno kinetičko skladištenje sastoje se od tri podsustava:

• uređaji za skladištenje energije, obično zamašnjak;
• distribucijski uređaji;
• odvojeni generator koji se može pokrenuti kako bi osigurao snagu otpornu na greške preko kapaciteta za pohranu energije.

Zamašnjak se može integrirati s pomoćnim generatorom, što poboljšava pouzdanost izravnim povezivanjem mehaničkih sustava.

Više o ovim uređajima:

Uređaji za pohranu kinetičke energije za elektroprivredu

Kako su raspoređeni i rade uređaji za pohranu zamašnjaka (kinetičke) energije

Visokotemperaturno supravodljivo skladištenje magnetske energije (SMES) za električne mreže:

Kako rade i rade supravodljivi sustavi za pohranu magnetske energije