Nykyaikaiset energian varastointilaitteet, yleisimmät energian varastointityypit

Energian varastointilaitteet ovat järjestelmiä, jotka varastoivat energiaa eri muodoissa, kuten sähkökemiallisesti, kineettisesti, potentiaalisesti, sähkömagneettisesti, kemiallisesti ja termisesti, käyttämällä esimerkiksi polttokennoja, akkuja, kondensaattoreita, vauhtipyöriä, paineilmaa, hydrauliakkuja, supermagneetteja, vetyä jne. .

Energian varastointilaitteet ovat tärkeä resurssi, ja niitä käytetään usein tuottamaan keskeytymätöntä virtaa tai tukemaan sähköjärjestelmää hyvin lyhytaikaisen epävakauden aikana, ja niillä on tärkeä rooli myös itsenäisissä uusiutuvan energian järjestelmissä.

Tärkeimmät kriteerit tiettyyn sovellukseen vaadittaville energian varastointilaitteille ovat:

• energian määrä ominaisenergiana (Wh · kg -1) ja energiatiheytenä (Wh · kg -1 tai Wh · l -1);
• sähkövoima, ts. vaadittu sähkökuorma;
• tilavuus ja massa;
• luotettavuus;
• kestävyys;
• turvallisuus;
• hinta;
• kierrätettävä;
• vaikutusta ympäristöön.

Energian varastointilaitteita valittaessa tulee ottaa huomioon seuraavat ominaisuudet:

• erityinen teho;
• varastokapasiteetti;
• erityinen energia;
• reaktioaika;
• tehokkuus;
• itsepurkautumisnopeus / latausjaksot;
• herkkyys kuumuudelle;
• lataus-purkausaika;
• vaikutus ympäristöön;
• pääoma / käyttökustannukset;
• palvelua.

Sähköenergian varastointilaitteet ovat olennainen osa tietoliikennelaitteita (matkapuhelimet, puhelimet, radiopuhelimet jne.), varavoimajärjestelmiä ja hybridisähköajoneuvoja varastokomponenttien muodossa (akut, superkondensaattorit ja polttokennot).

Sähkö- tai lämpöenergian varastointilaitteet tunnustetaan puhtaan energian ydinteknologioiksi.

Pitkäaikaisella energian varastoinnilla on suuri potentiaali maailmassa, jossa tuuli- ja aurinkovoima hallitsevat uusien voimalaitosten lisäystä ja korvaavat vähitellen muita sähkönlähteitä.

Tuuli ja aurinko tuottavat vain tiettyinä aikoina, joten ne tarvitsevat lisäteknologiaa aukkojen täyttämiseksi.

Maailmassa, jossa ajoittaisen, kausittaisen ja arvaamattoman sähköntuotannon osuus kasvaa ja riski epäsynkronoitumisesta kulutukseen kasvaa, varastointi tekee järjestelmästä joustavamman absorboimalla kaikki energiantuotannon ja kulutuksen väliset vaihe-erot.

Akut toimivat pääasiassa puskurina ja helpottavat uusiutuvien energialähteiden hallintaa ja integrointia sekä verkkoon että rakennuksiin, tarjoten jonkin verran autonomiaa tuulen ja auringon puuttuessa.

Generaattorijärjestelmissä ne voivat säästää polttoainetta ja auttaa välttämään generaattorin tehottomuutta palvelemalla kuormaa alhaisen tehontarpeen aikana, jolloin generaattori on vähiten tehokas.

Puskuroimalla uusiutuvan tuotannon vaihtelut energian varastointi voi myös vähentää generaattoreiden käynnistymistiheyttä.

Tuuli- ja dieseljärjestelmissä, joissa on suuri tunkeutumisteho (joissa asennettu tuulivoima ylittää keskimääräisen kuormituksen), jo erittäin pieni varastointimäärä vähentää dramaattisesti dieselin käynnistymistiheyttä.

Yleisimmät teollisuusenergian varastointilaitteet:

Teolliset energian varastointilaitteet

Sähkökemialliset energian varastointilaitteet

Akut, erityisesti lyijyakut, ovat edelleen hallitseva energian varastointilaite.

Monet kilpailevat akkutyypit (nikkeli-kadmium, nikkeli-metallihydridi, litiumioni-, natriumrikki-, metalli-ilma-, läpivirtausakut) ylittävät lyijyakkuja yhden tai useamman suorituskyvyn suhteen, kuten käyttöiän, tehokkuuden ja energiatiheyden. , lataus- ja purkunopeus, suorituskyky kylmällä säällä tai vaadittu huolto.

Useimmissa tapauksissa niiden alhainen hinta kilowattituntia kohden tekee lyijyakuista kuitenkin parhaan valinnan.

Vaihtoehdot, kuten vauhtipyörät, ultrakondensaattorit tai vetyvarasto, voivat menestyä kaupallisesti tulevaisuudessa, mutta ne ovat nykyään harvinaisia.

Litiumioniakut (Li-ion) ovat nyt moderni virtalähde kaikille nykyaikaisille kulutuselektroniikkalaitteille. Kannettavan elektroniikan prismaattisten litiumioniakkujen volyymienergiatiheys on kaksinkertaistunut kolmeen kertaan viimeisen 15 vuoden aikana.

Li-ion-akkujen uusien sovellusten, kuten sähköajoneuvojen ja energian varastointijärjestelmien, ilmaantuessa kennojen suunnittelu- ja suorituskykyvaatimukset muuttuvat jatkuvasti ja asettavat ainutlaatuisia haasteita perinteisille akkuvalmistajille.

Näin ollen korkean energian ja suuren tehotiheyden litiumioniakkujen turvallisen ja luotettavan toiminnan suuri tarve tulee väistämättömäksi.

Sähkökemiallisten energian varastointilaitteiden käyttö energiateollisuudessa:

Akkukasvit, paristojen käyttö sähköenergian varastointiin

Sähkökemialliset superkondensaattorit

Superkondensaattorit ovat sähkökemiallisia energian varastointilaitteita, jotka voidaan ladata tai purkaa täyteen sekunneissa.

Superkondensaattorit ovat suuren tehotiheyden, alhaisempien ylläpitokustannusten, laajan lämpötila-alueen ja pidemmän käyttöjakson ansiosta saaneet merkittävää tutkimushuomiota viimeisen vuosikymmenen aikana.

Niillä on myös suurempi energiatiheys kuin tavanomaisilla sähköisillä dielektrisillä kondensaattoreilla.Superkondensaattorin varastointikapasiteetti riippuu elektrolyytti-ionien ja suuripintaisten elektrodien välisestä sähköstaattisesta erotuksesta.

Superkondensaattorien alhaisempi ominaisenergia verrattuna litiumioniakkuihin on este niiden laajalle leviämiselle.

Superkondensaattorien suorituskyvyn parantaminen on välttämätöntä tulevien järjestelmien tarpeiden täyttämiseksi kannettavasta elektroniikasta sähköajoneuvoihin ja suuriin teollisuuslaitteisiin.

Superkondensaattorit yksityiskohtaisesti:
Ionistit (superkondensaattorit) — laite, käytännön sovellus, edut ja haitat

Paineilmaenergian varastointi

Paineilmaenergian varastointi on tapa varastoida kerralla tuotettua energiaa käytettäväksi toiseen aikaan. Hyödyllisyysmittakaavassa alhaisen energiantarpeen aikana (huippujen ulkopuolella) tuotettu energia voidaan vapauttaa vastaamaan suuren kysynnän jaksoja (huippukuormitus).

Paineilmaisoterminen varastointi (CAES) on uusi tekniikka, joka yrittää voittaa joitakin perinteisten (diabaattisten tai adiabaattisten) järjestelmien rajoituksia.

Kryogeeninen energian varastointi

Britannia aikoo rakentaa 250 MWh nesteytetyn ilman varastoa. Se yhdistetään uusiutuvien energialähteiden puistoon ja kompensoi niiden keskeytyksiä.

Käyttöönotto on suunniteltu vuodelle 2022. Kryogeeniset energiavarastoyksiköt toimivat yhdessä Manchesterin lähellä sijaitsevan Trafford Energy Parkin kanssa, jossa osa sähköntuotannosta tulee aurinkosähköpaneeleilla ja tuuliturbiineilla.

Tämä varasto kompensoi näiden uusiutuvien energialähteiden käytön keskeytyksiä.

Tämän asennuksen toimintaperiaate perustuu kahteen ilmastointilaitteen vaihtojaksoon.

Sähköenergialla imetään ilmaa ja jäähdytetään se sitten erittäin alhaisiin lämpötiloihin (-196 astetta), kunnes se muuttuu nestemäiseksi. Sen jälkeen se varastoidaan suuriin, eristettyihin matalapainesäiliöihin, jotka on erityisesti mukautettu tähän käyttöön.

Toinen jakso tapahtuu, kun sähköenergiaa tarvitaan. Kryogeenistä nestettä lämmitetään lämmönvaihtimella höyrystymisen jatkamiseksi ja sen palauttamiseksi kaasumaiseen tilaan.

Kryogeenisen nesteen haihtuminen saa kaasun tilavuuden laajenemaan, mikä ajaa sähköä tuottavia turbiineja.

Kineettisen energian varastointilaitteet

Vauhtipyörä on pyörivä mekaaninen laite, jota käytetään kiertoenergian varastoimiseen. Vauhtipyörä voi siepata energiaa ajoittaisista energialähteistä ajan myötä ja tarjota jatkuvaa sähköenergian syöttämistä verkkoon.

Vauhtipyörän energian varastointijärjestelmät käyttävät syöttösähköenergiaa, joka varastoituu kineettisenä energiana.

Vaikka mekaanisten järjestelmien fysiikka on usein melko yksinkertaista (kuten vauhtipyörän kääntäminen tai painojen nostaminen), tekniikat, jotka mahdollistavat näiden voimien tehokkaan ja tehokkaan käytön, ovat erityisen kehittyneitä.

Korkean teknologian materiaalit, uusimmat tietokoneohjausjärjestelmät ja innovatiivinen suunnittelu tekevät näistä järjestelmistä sopivia todellisiin sovelluksiin.

Kaupalliseen kineettiseen varastointiin tarkoitetut UPS-järjestelmät koostuvat kolmesta alajärjestelmästä:

• energian varastointilaitteet, yleensä vauhtipyörä;
• jakelulaitteet;
• erillinen generaattori, joka voidaan käynnistää tuottamaan vikasietoista tehoa energian varastointikapasiteetin yli.

Vauhtipyörään voidaan integroida varageneraattori, mikä parantaa luotettavuutta yhdistämällä suoraan mekaanisia järjestelmiä.

Lisää näistä laitteista:

Kineettisen energian varastointilaitteet energiateollisuudelle

Kuinka vauhtipyörän (kineettisen) energian varastointilaitteet on järjestetty ja toimivat

Korkean lämpötilan suprajohtava magneettinen energiavarasto (SMES) sähköverkoille:

Kuinka suprajohtavat magneettisen energian varastointijärjestelmät toimivat ja toimivat