Moderne energilagringsenheter, de vanligste typene energilagring

Energilagringsenheter er systemer som lagrer energi i ulike former, som elektrokjemisk, kinetisk, potensial, elektromagnetisk, kjemisk og termisk, ved bruk av for eksempel brenselceller, batterier, kondensatorer, svinghjul, trykkluft, hydrauliske akkumulatorer, supermagneter, hydrogen, etc. .

Energilagringsenheter er en viktig ressurs og brukes ofte til å gi uavbrutt strøm eller for å støtte kraftsystemet i perioder med svært kortvarig ustabilitet.De spiller også en viktig rolle i frittstående fornybare energisystemer.

Hovedkriteriene for energilagringsenheter som kreves for en spesifikk applikasjon er:

• mengden energi i form av spesifikk energi (i Wh · kg -1) og energitetthet (i Wh · kg -1 eller Wh · l -1);
• elektrisk kraft, dvs. nødvendig elektrisk belastning;
• volum og masse;
• pålitelighet;
• varighet;
• sikkerhet;
• pris;
• resirkulerbare;
• innvirkning på miljøet.

Når du velger energilagringsenheter, bør følgende egenskaper vurderes:

• spesifikk kraft;
• lagringskapasitet;
• spesifikk energi;
• reaksjonstid;
• effektivitet;
• selvutladningshastighet / ladesykluser;
• følsomhet for varme;
• ladning-utladning levetid;
• innvirkning på miljøet;
• kapital / driftskostnader;
• service.

Lagringsenheter for elektrisk energi er en integrert del av telekommunikasjonsenheter (mobiltelefoner, telefoner, walkie-talkies, etc.), reservestrømsystemer og hybridelektriske kjøretøy i form av lagringskomponenter (batterier, superkondensatorer og brenselceller).

Energilagringsenheter, enten elektriske eller termiske, er anerkjent som kjerneteknologier for ren energi.

Langsiktig energilagring har et stort potensial for en verden der vind- og solkraft dominerer tilførselen av nye kraftverk og gradvis erstatter andre strømkilder.

Vind og sol produserer bare til bestemte tider, så de trenger ekstra teknologi for å fylle hullene.

I en verden hvor andelen periodisk, sesongmessig og uforutsigbar elektrisitetsproduksjon øker og risikoen for desynkronisering med forbruk øker, gjør lagring systemet mer fleksibelt ved å absorbere alle faseforskjeller mellom energiproduksjon og forbruk.

Akkumulatorer tjener hovedsakelig som en buffer og muliggjør enklere styring og integrering av fornybare energikilder både i nettet og i bygninger, og tilbyr en viss autonomi i fravær av vind og sol.

I generatorsystemer kan de spare drivstoff og bidra til å unngå generatorens ineffektivitet ved å betjene belastningen i perioder med lavt strømbehov når generatoren er minst effektiv.

Ved å bufre svingninger i fornybar produksjon kan energilagring også redusere hyppigheten av oppstart av generatorer.

I vind- og dieselsystemer med høy penetreringskraft (hvor installert vindkraft overstiger gjennomsnittlig belastning), reduserer selv en svært liten mengde lagring dramatisk frekvensen av dieselstarter.

De vanligste typene industrielle energilagringsenheter:

Industrielle energilagringsenheter

Elektrokjemiske energilagringsenheter

Batterier, spesielt blybatterier, er fortsatt den dominerende energilagringsenheten.

Mange konkurrerende batterityper (nikkel-kadmium, nikkel-metallhydrid, litium-ion, natriumsvovel, metall-luft, gjennomstrømningsbatterier) utkonkurrerer bly-syre-batterier i ett eller flere aspekter av ytelsen som levetid, effektivitet, energitetthet , lade- og utladningshastighet, ytelse i kaldt vær eller vedlikehold kreves.

I de fleste tilfeller gjør imidlertid deres lave kostnad per kilowatt-time kapasitet blybatterier til det beste valget.

Alternativer som svinghjul, ultrakondensatorer eller hydrogenlagring kan bli kommersielt vellykkede i fremtiden, men er sjeldne i dag.

Lithium-ion (Li-ion) batterier er nå en moderne strømkilde for alle moderne elektroniske forbrukerenheter. Den volumetriske energitettheten til prismatiske litium-ion-batterier for bærbar elektronikk har doblet seg til tre ganger i løpet av de siste 15 årene.

Ettersom flere nye bruksområder for Li-ion-batterier dukker opp, som for eksempel elektriske kjøretøy og energilagringssystemer, endres celledesign og ytelseskrav hele tiden og byr på unike utfordringer for tradisjonelle batteriprodusenter.

Dermed blir den høye etterspørselen etter sikker og pålitelig drift av høyenergi-, høy-effekttetthet litium-ion-batterier uunngåelig.

Anvendelse av elektrokjemiske energilagringsenheter i kraftindustrien:

Akkumulatoranlegg, bruk av batterier for å lagre elektrisk energi

Elektrokjemiske superkondensatorer

Superkondensatorer er elektrokjemiske energilagringsenheter som kan lades helt eller ut på sekunder.

Med sin høyere effekttetthet, lavere vedlikeholdskostnader, brede temperaturområde og lengre driftssyklus sammenlignet med sekundære batterier, har superkondensatorer fått betydelig forskningsoppmerksomhet det siste tiåret.

De har også en høyere energitetthet enn konvensjonelle elektriske dielektriske kondensatorer.Lagringskapasiteten til en superkondensator avhenger av den elektrostatiske separasjonen mellom elektrolyttionene og elektrodene med stor overflate.

Den lavere spesifikke energien til superkondensatorer sammenlignet med litium-ion-batterier er en hindring for utbredt bruk.

Å forbedre ytelsen til superkondensatorer er nødvendig for å møte behovene til fremtidige systemer, fra bærbar elektronikk til elektriske kjøretøy og stort industrielt utstyr.

Superkondensatorer i detalj:
Ionister (superkondensatorer) — enhet, praktisk anvendelse, fordeler og ulemper

Lagring av trykkluftenergi

Lagring av trykkluftenergi er en måte å lagre energi produsert på et tidspunkt for bruk på et annet tidspunkt. I en nytteskala kan energi generert i perioder med lavt energibehov (off-peak) frigjøres for å møte perioder med høy etterspørsel (toppbelastning).

Isotermisk lagring av komprimert luft (CAES) er en ny teknologi som forsøker å overvinne noen av begrensningene til tradisjonelle (diabatiske eller adiabatiske) systemer.

Kryogen energilagring

Storbritannia planlegger å bygge 250 MWh lagring av flytende luft. Det vil bli kombinert med en park av fornybare energikilder og kompensere for avbruddene deres.

Idriftsettelse er planlagt til 2022. De kryogene energilagringsenhetene vil fungere sammen med Trafford Energy Park nær Manchester, hvor deler av elektrisitetsproduksjonen kommer fra solcellepaneler og vindturbiner.

Dette lagringsanlegget vil kompensere for avbrudd i bruken av disse fornybare energikildene.

Prinsippet for drift av denne installasjonen vil være basert på to sykluser med å bytte klimaanlegget.

Elektrisk energi vil bli brukt til å trekke inn luft og deretter avkjøle den til svært lave temperaturer (-196 grader) til den blir flytende. Den vil da bli lagret i store, isolerte lavtrykkstanker spesielt tilpasset denne bruken.

Den andre syklusen vil finne sted når det er behov for elektrisk energi. Den kryogene væsken varmes opp av en varmeveksler for å fortsette fordampningen og returnere den til en gassform.

Fordampning av kryogen væske får volumet av gass til å utvide seg, noe som driver turbiner som genererer elektrisitet.

Lagringsenheter for kinetisk energi

Et svinghjul er en roterende mekanisk enhet som brukes til å lagre rotasjonsenergi. Svinghjulet kan fange opp energi fra intermitterende energikilder over tid og gi en kontinuerlig tilførsel av elektrisk energi til nettet.

Lagringssystemer for svinghjulsenergi bruker elektrisk tilført energi som lagres som kinetisk energi.

Selv om fysikken til mekaniske systemer ofte er ganske enkel (som å snu et svinghjul eller løfte vekter opp), er teknologiene som gjør at disse kreftene kan brukes effektivt og effektivt, spesielt avanserte.

Høyteknologiske materialer, de nyeste datakontrollsystemene og innovativ design gjør disse systemene egnet for virkelige bruksområder.

UPS-systemer for kommersiell kinetisk lagring består av tre undersystemer:

• energilagringsenheter, vanligvis et svinghjul;
• distribusjon enheter;
• en egen generator som kan startes for å gi feiltolerant kraft over energilagringskapasiteten.

Svinghjulet kan integreres med en reservegenerator, som forbedrer påliteligheten ved å koble mekaniske systemer direkte.

Mer om disse enhetene:

Kinetisk energilagringsenheter for kraftindustrien

Hvordan svinghjuls (kinetiske) energilagringsenheter er ordnet og fungerer

Høytemperatur superledende magnetisk energilagring (SMES) for strømnett:

Hvordan superledende magnetiske energilagringssystemer fungerer og fungerer