Mūsdienīgas enerģijas uzkrāšanas ierīces, izplatītākie enerģijas uzglabāšanas veidi

Enerģijas uzglabāšanas ierīces ir sistēmas, kas uzglabā enerģiju dažādos veidos, piemēram, elektroķīmiskā, kinētiskā, potenciālā, elektromagnētiskā, ķīmiskā un termiskā, izmantojot, piemēram, kurināmā elementus, baterijas, kondensatorus, spararatus, saspiestu gaisu, hidrauliskos akumulatorus, supermagnētus, ūdeņradi utt. .

Enerģijas uzglabāšanas ierīces ir svarīgs resurss, un tās bieži izmanto, lai nodrošinātu nepārtrauktu barošanu vai atbalstītu energosistēmu ļoti īslaicīgas nestabilitātes periodos, kā arī tām ir svarīga loma autonomās atjaunojamās enerģijas sistēmās.

Galvenie kritēriji enerģijas uzglabāšanas ierīcēm, kas nepieciešamas konkrētam lietojumam, ir:

• enerģijas daudzums īpatnējās enerģijas izteiksmē (Wh · kg -1) un enerģijas blīvums (Wh · kg -1 vai Wh · l -1);
• elektriskā jauda, ​​t.i. nepieciešamā elektriskā slodze;
• tilpums un masa;
• uzticamība;
• izturība;
• drošība;
• cena;
• pārstrādājams;
• ietekme uz vidi.

Izvēloties enerģijas uzkrāšanas ierīces, jāņem vērā šādas īpašības:

• īpašā jauda;
• noliktavas ietilpība;
• specifiskā enerģija;
• reakcijas laiks;
• efektivitāte;
• pašizlādes ātrums / uzlādes cikli;
• jutība pret karstumu;
• uzlādes-izlādes kalpošanas laiks;
• ietekme uz vidi;
• kapitāla/darbības izmaksas;
• apkalpošana.

Elektroenerģijas uzglabāšanas ierīces ir neatņemama telekomunikāciju ierīču (mobilie tālruņi, telefoni, rācijas u.c.), rezerves barošanas sistēmu un hibrīdelektrisko transportlīdzekļu sastāvdaļa uzglabāšanas komponentu (akumulatoru, superkondensatoru un kurināmā elementu) veidā.

Enerģijas uzkrāšanas ierīces, gan elektriskās, gan termiskās, ir atzītas par galvenajām tīrās enerģijas tehnoloģijām.

Ilgtermiņa enerģijas uzglabāšanai ir liels potenciāls pasaulē, kurā vēja un saules enerģija dominē, pievienojot jaunas spēkstacijas un pakāpeniski aizstājot citus elektroenerģijas avotus.

Vējš un saule ražo tikai noteiktos laikos, tāpēc tiem ir vajadzīgas papildu tehnoloģijas, lai palīdzētu aizpildīt nepilnības.

Pasaulē, kurā pieaug neregulāras, sezonālas un neparedzamas elektroenerģijas ražošanas īpatsvars un palielinās desinhronizācijas ar patēriņu risks, uzglabāšana padara sistēmu elastīgāku, absorbējot visas fāzu atšķirības starp enerģijas ražošanu un patēriņu.

Akumulatori galvenokārt kalpo kā buferis un ļauj vieglāk pārvaldīt un integrēt atjaunojamos enerģijas avotus gan tīklā, gan ēkās, piedāvājot zināmu autonomiju, ja nav vēja un saules.

Ģeneratoru sistēmās tie var ietaupīt degvielu un palīdzēt izvairīties no ģeneratora neefektivitātes, apkalpojot slodzi zema jaudas pieprasījuma periodos, kad ģenerators ir vismazāk efektīvs.

Buferējot atjaunojamās enerģijas ražošanas svārstības, enerģijas uzkrāšana var arī samazināt ģeneratoru palaišanas biežumu.

Vēja un dīzeļdegvielas sistēmās ar lielu caurlaidības jaudu (kur uzstādītā vēja jauda pārsniedz vidējo slodzi) pat ļoti neliels uzglabāšanas apjoms krasi samazina dīzeļdegvielas iedarbināšanas biežumu.

Visizplatītākie rūpnieciskās enerģijas uzglabāšanas ierīču veidi:

Rūpnieciskās enerģijas uzkrāšanas ierīces

Elektroķīmiskās enerģijas uzkrāšanas ierīces

Baterijas, īpaši svina-skābes akumulatori, joprojām ir dominējošā enerģijas uzkrāšanas ierīce.

Daudzi konkurētspējīgi akumulatoru veidi (niķeļa-kadmija, niķeļa-metāla hidrīda, litija jonu, nātrija sēra, metāla-gaisa, caurplūdes akumulatori) pārspēj svina-skābes akumulatorus vienā vai vairākos veiktspējas aspektos, piemēram, mūža, efektivitātes, enerģijas blīvuma ziņā. , uzlādes un izlādes ātrums, veiktspēja aukstā laikā vai nepieciešama apkope.

Tomēr vairumā gadījumu to zemās izmaksas par kilovatstundu jaudas padara svina-skābes akumulatorus par labāko izvēli.

Alternatīvas, piemēram, spararati, ultrakondensatori vai ūdeņraža uzglabāšana, nākotnē var kļūt komerciāli veiksmīgas, taču šodien tās ir reti sastopamas.

Litija jonu (Li-ion) akumulatori tagad ir moderns enerģijas avots visām mūsdienu plaša patēriņa elektroniskajām ierīcēm. Portatīvās elektronikas prizmatisko litija jonu akumulatoru tilpuma enerģijas blīvums pēdējo 15 gadu laikā ir dubultojies līdz trīs reizēm.

Tā kā parādās vairāki jauni litija jonu akumulatoru lietojumi, piemēram, elektriskie transportlīdzekļi un enerģijas uzglabāšanas sistēmas, elementu konstrukcijas un veiktspējas prasības pastāvīgi mainās un rada unikālas problēmas tradicionālajiem akumulatoru ražotājiem.

Tādējādi lielais pieprasījums pēc drošas un uzticamas augstas enerģijas, liela jaudas blīvuma litija jonu akumulatoru darbības kļūst neizbēgams.

Elektroķīmisko enerģijas uzkrāšanas ierīču pielietojums enerģētikā:

Akumulatoru iekārtas, bateriju izmantošana elektroenerģijas uzglabāšanai

Elektroķīmiskie superkondensatori

Superkondensatori ir elektroķīmiskas enerģijas uzkrāšanas ierīces, kuras var pilnībā uzlādēt vai izlādēt sekundēs.

Pateicoties lielākam jaudas blīvumam, zemākām uzturēšanas izmaksām, plašam temperatūras diapazonam un garākam darbības ciklam salīdzinājumā ar sekundārajiem akumulatoriem, pēdējo desmit gadu laikā superkondensatori ir saņēmuši ievērojamu pētījumu uzmanību.

Viņiem ir arī lielāks enerģijas blīvums nekā parastajiem elektriskajiem dielektriskajiem kondensatoriem.Superkondensatora uzglabāšanas jauda ir atkarīga no elektrostatiskās atdalīšanas starp elektrolīta joniem un lielas virsmas elektrodiem.

Superkondensatoru zemākā īpatnējā enerģija salīdzinājumā ar litija jonu akumulatoriem ir šķērslis to plašai izmantošanai.

Superkondensatoru veiktspējas uzlabošana ir nepieciešama, lai apmierinātu nākotnes sistēmu vajadzības, sākot no pārnēsājamas elektronikas līdz elektriskajiem transportlīdzekļiem un lielām rūpnieciskām iekārtām.

Superkondensatori sīkāk:
Jonisti (superkondensatori) — ierīce, praktiskais pielietojums, priekšrocības un trūkumi

Saspiesta gaisa enerģijas uzglabāšana

Saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšana ir veids, kā uzglabāt vienā reizē saražoto enerģiju, lai to izmantotu citā laikā. Komunālo pakalpojumu mērogā zema enerģijas pieprasījuma periodos (ārpus maksimuma) saražoto enerģiju var atbrīvot, lai apmierinātu liela pieprasījuma periodus (maksimālā slodze).

Saspiestā gaisa izotermiskā uzglabāšana (CAES) ir jauna tehnoloģija, kas mēģina pārvarēt dažus tradicionālo (diabātisku vai adiabātisku) sistēmu ierobežojumus.

Kriogēnās enerģijas uzglabāšana

Lielbritānija plāno uzbūvēt 250 MWh sašķidrinātā gaisa krātuvi. Tas tiks apvienots ar atjaunojamo energoresursu parku un kompensēs to pārtraukumus.

Nodošana ekspluatācijā ir plānota 2022. gadā. Kriogēnās enerģijas uzglabāšanas bloki darbosies kopā ar Traffordas enerģijas parku netālu no Mančestras, kur daļa no elektroenerģijas saražotās tiek iegūta no fotoelementu paneļiem un vēja turbīnām.

Šī krātuve kompensēs pārtraukumus šo atjaunojamo energoresursu izmantošanā.

Šīs iekārtas darbības princips būs balstīts uz diviem gaisa kondicionētāja maiņas cikliem.

Elektriskā enerģija tiks izmantota, lai ievilktu gaisu un pēc tam atdzesētu to līdz ļoti zemai temperatūrai (-196 grādi), līdz tas kļūs šķidrs. Pēc tam tas tiks uzglabāts lielās, izolētās, zema spiediena tvertnēs, kas īpaši pielāgotas šim lietojumam.

Otrais cikls notiks, kad būs nepieciešama elektriskā enerģija. Kriogēno šķidrumu silda ar siltummaini, lai turpinātu iztvaikošanu un atgrieztu to gāzveida stāvoklī.

Kriogēnā šķidruma iztvaikošana izraisa gāzes tilpuma paplašināšanos, kas darbina turbīnas, kas ražo elektrību.

Kinētiskās enerģijas uzkrāšanas ierīces

Spararats ir rotējoša mehāniska ierīce, ko izmanto rotācijas enerģijas uzkrāšanai. Spararats laika gaitā var uztvert enerģiju no neregulāriem enerģijas avotiem un nodrošināt nepārtrauktu elektroenerģijas piegādi tīklam.

Spararata enerģijas uzkrāšanas sistēmas izmanto ieejas elektrisko enerģiju, kas tiek uzkrāta kā kinētiskā enerģija.

Lai gan mehānisko sistēmu fizika bieži ir diezgan vienkārša (piemēram, spararata pagriešana vai smagumu celšana), tehnoloģijas, kas ļauj efektīvi un efektīvi izmantot šos spēkus, ir īpaši progresīvas.

Augsto tehnoloģiju materiāli, jaunākās datoru vadības sistēmas un novatoriskais dizains padara šīs sistēmas piemērotas reāliem lietojumiem.

UPS sistēmas komerciālai kinētiskai uzglabāšanai sastāv no trim apakšsistēmām:

• enerģijas uzkrāšanas ierīces, parasti spararats;
• sadales ierīces;
• atsevišķs ģenerators, ko var iedarbināt, lai nodrošinātu kļūmju izturīgu jaudu virs enerģijas uzglabāšanas jaudas.

Spararatu var integrēt ar rezerves ģeneratoru, kas uzlabo uzticamību, tieši savienojot mehāniskās sistēmas.

Vairāk par šīm ierīcēm:

Kinētiskās enerģijas uzkrāšanas ierīces enerģētikas nozarei

Kā ir sakārtotas un darbojas spararata (kinētiskās) enerģijas uzkrāšanas ierīces

Augstas temperatūras supravadošas magnētiskās enerģijas krātuve (SMES) elektrotīkliem:

Kā darbojas un darbojas supravadošās magnētiskās enerģijas uzglabāšanas sistēmas