Dispozitive moderne de stocare a energiei, cele mai comune tipuri de stocare a energiei

Dispozitive de stocare a energiei sunt sisteme care stochează energie sub diferite forme, precum electrochimic, cinetic, potențial, electromagnetic, chimic și termic, folosind de exemplu pile de combustie, baterii, condensatoare, volante, aer comprimat, acumulatori hidraulici, supermagneți, hidrogen etc. .

Dispozitivele de stocare a energiei sunt o resursă importantă și sunt adesea folosite pentru a furniza energie neîntreruptă sau pentru a susține sistemul de alimentare în perioadele de instabilitate pe termen foarte scurt.De asemenea, ele joacă un rol important în sistemele de energie regenerabilă de sine stătătoare.

Principalele criterii pentru dispozitivele de stocare a energiei necesare pentru o anumită aplicație sunt:

• cantitatea de energie în termeni de energie specifică (în Wh · kg -1) și densitatea de energie (în Wh · kg -1 sau Wh · l -1);
• puterea electrică, adică sarcina electrică necesară;
• volum și masă;
• fiabilitate;
• durabilitate;
• Securitate;
• Preț;
• reciclabil;
• impact asupra mediului.

Atunci când alegeți dispozitivele de stocare a energiei, trebuie luate în considerare următoarele caracteristici:

• putere specifică;
• Capacitate de stocare;
• energie specifică;
• timp de reactie;
• eficienţă;
• rata de autodescărcare / cicluri de încărcare;
• sensibilitate la căldură;
• durata de viață încărcare-descărcare;
• impactul asupra mediului;
• cheltuieli de capital/operare;
• serviciu.

Dispozitivele de stocare a energiei electrice fac parte integrantă din dispozitivele de telecomunicații (telefoane mobile, telefoane, walkie-talkie etc.), sistemele de alimentare de rezervă și vehiculele electrice hibride sub formă de componente de stocare (baterii, supercondensatori și pile de combustibil).

Dispozitivele de stocare a energiei, fie ele electrice sau termice, sunt recunoscute ca tehnologii de bază pentru energie curată.

Stocarea de energie pe termen lung are un mare potențial pentru o lume în care energia eoliană și solară domină adăugarea de noi centrale electrice și înlocuiesc treptat alte surse de electricitate.

Vântul și solarul produc doar în anumite momente, așa că au nevoie de tehnologie suplimentară pentru a ajuta la completarea golurilor.

Într-o lume în care ponderea producției de energie electrică intermitentă, sezonieră și imprevizibilă crește și riscul desincronizării cu consumul crește, stocarea face sistemul mai flexibil prin absorbția tuturor diferențelor de fază dintre producția și consumul de energie.

Acumulatoarele servesc în principal ca tampon și permit gestionarea și integrarea mai ușoară a surselor de energie regenerabilă atât în ​​rețea, cât și în clădiri, oferind o oarecare autonomie în absența vântului și a soarelui.

În sistemele cu generatoare, ele pot economisi combustibil și pot ajuta la evitarea ineficiențelor generatorului prin deservirea sarcinii în perioadele de cerere de putere scăzută, când generatorul este cel mai puțin eficient.

Prin amortizarea fluctuațiilor în generarea de surse regenerabile, stocarea energiei poate reduce și frecvența pornirii generatoarelor.

În sistemele eoliene și diesel cu putere de penetrare mare (unde puterea eoliană instalată depășește sarcina medie), chiar și o cantitate foarte mică de stocare reduce dramatic frecvența pornirilor diesel.

Cele mai comune tipuri de dispozitive industriale de stocare a energiei:

Dispozitive industriale de stocare a energiei

Dispozitive electrochimice de stocare a energiei

Bateriile, în special bateriile plumb-acid, rămân dispozitivul predominant de stocare a energiei.

Multe tipuri de baterii competitive (nichel-cadmiu, hidrură de nichel-metal, litiu-ion, sulf de sodiu, metal-aer, baterii cu flux continu) depășesc bateriile cu plumb-acid în unul sau mai multe aspecte ale performanței, cum ar fi durata de viață, eficiența, densitatea energiei , rata de încărcare și descărcare, performanța la vreme rece sau întreținerea necesară.

În majoritatea cazurilor, însă, costul lor scăzut pe kilowatt-oră de capacitate face bateriile cu plumb-acid cea mai bună alegere.

Alternative precum volantele, ultracondensatoarele sau stocarea hidrogenului pot avea succes comercial în viitor, dar sunt rare astăzi.

Bateriile litiu-ion (Li-ion) sunt acum o sursă de energie modernă pentru toate dispozitivele electronice moderne de consum. Densitatea de energie volumetrică a bateriilor prismatice litiu-ion pentru electronice portabile s-a dublat de trei ori în ultimii 15 ani.

Pe măsură ce apar mai multe aplicații noi pentru bateriile Li-ion, cum ar fi vehiculele electrice și sistemele de stocare a energiei, designul celulelor și cerințele de performanță se schimbă constant și prezintă provocări unice pentru producătorii tradiționali de baterii.

Astfel, cererea mare de funcționare sigură și fiabilă a bateriilor litiu-ion de mare energie și densitate mare devine inevitabilă.

Aplicarea dispozitivelor electrochimice de stocare a energiei în industria energetică:

Instalații de acumulare, utilizarea bateriilor pentru stocarea energiei electrice

Supercondensatoare electrochimice

Supercondensatorii sunt dispozitive de stocare a energiei electrochimice care pot fi încărcate sau descărcate complet în câteva secunde.

Cu densitatea lor mai mare de putere, costurile mai mici de întreținere, intervalul larg de temperatură și ciclul de funcționare mai lung în comparație cu bateriile secundare, supercondensatorii au primit o atenție semnificativă în cercetare în ultimul deceniu.

De asemenea, au o densitate de energie mai mare decât condensatoarele dielectrice electrice convenționale.Capacitatea de stocare a unui supercondensator depinde de separarea electrostatică dintre ionii electroliți și electrozii cu suprafață mare.

Energia specifică mai mică a supercondensatorilor în comparație cu bateriile litiu-ion reprezintă un obstacol în calea utilizării lor pe scară largă.

Îmbunătățirea performanței supercondensatorilor este necesară pentru a răspunde nevoilor sistemelor viitoare, de la electronice portabile până la vehicule electrice și echipamente industriale mari.

Supercondensatori în detaliu:
Ioniști (supercondensatori) — dispozitiv, aplicație practică, avantaje și dezavantaje

Stocarea energiei cu aer comprimat

Stocarea energiei cu aer comprimat este o modalitate de stocare a energiei produse la un moment dat pentru a fi utilizată în alt moment. La scară de utilitate, energia generată în perioadele de cerere scăzută de energie (în afara vârfului) poate fi eliberată pentru a satisface perioadele de cerere ridicată (sarcină de vârf).

Stocarea izotermă a aerului comprimat (CAES) este o nouă tehnologie care încearcă să depășească unele dintre limitările sistemelor tradiționale (diabatice sau adiabatice).

Stocarea de energie criogenică

Marea Britanie intenționează să construiască 250 MWh de stocare a aerului lichefiat. Acesta va fi combinat cu un parc de surse regenerabile de energie și va compensa întreruperile acestora.

Punerea în funcțiune este programată pentru 2022. Unitățile de stocare a energiei criogenice vor funcționa împreună cu Trafford Energy Park de lângă Manchester, unde o parte din producția de energie electrică provine din panouri fotovoltaice și turbine eoliene.

Această instalație de stocare va compensa întreruperile în utilizarea acestor surse regenerabile de energie.

Principiul de funcționare al acestei instalații se va baza pe două cicluri de schimbare a aparatului de aer condiționat.

Energia electrică va fi folosită pentru a aspira aer și apoi pentru a-l răci la temperaturi foarte scăzute (-196 de grade) până când devine lichid. Acesta va fi apoi depozitat în rezervoare mari, izolate, de joasă presiune, special adaptate pentru această utilizare.

Al doilea ciclu va avea loc atunci când este nevoie de energie electrică. Lichidul criogenic este încălzit de un schimbător de căldură pentru a continua vaporizarea și a-l readuce în stare gazoasă.

Evaporarea lichidului criogenic determină extinderea volumului de gaz, ceea ce antrenează turbinele care generează electricitate.

Dispozitive de stocare a energiei cinetice

Un volant este un dispozitiv mecanic rotativ care este folosit pentru a stoca energia de rotație. Volanul poate capta energie din surse de energie intermitente în timp și poate furniza o alimentare continuă cu energie electrică rețelei.

Sistemele de stocare a energiei volante utilizează energia electrică de intrare care este stocată ca energie cinetică.

Deși fizica sistemelor mecanice este adesea destul de simplă (cum ar fi rotirea unui volant sau ridicarea greutăților), tehnologiile care permit utilizarea eficientă și eficientă a acestor forțe sunt deosebit de avansate.

Materialele de înaltă tehnologie, cele mai noi sisteme de control pe computer și designul inovator fac ca aceste sisteme să fie potrivite pentru aplicații reale.

Sistemele UPS pentru stocarea cinetică comercială constau din trei subsisteme:

• dispozitive de stocare a energiei, de obicei un volant;
• dispozitive de distribuție;
• un generator separat care poate fi pornit pentru a furniza putere tolerantă la erori peste capacitatea de stocare a energiei.

Volanul poate fi integrat cu un generator de rezervă, ceea ce îmbunătățește fiabilitatea prin conectarea directă a sistemelor mecanice.

Mai multe despre aceste dispozitive:

Dispozitive de stocare a energiei cinetice pentru industria energetică

Cum sunt aranjate și funcționează dispozitivele de stocare a energiei volante (cinetice).

Stocarea energiei magnetice supraconductoare la temperatură înaltă (SMES) pentru rețelele electrice:

Cum funcționează și funcționează sistemele supraconductoare de stocare a energiei magnetice