Moderne energilagringsenheder, de mest almindelige typer energilagring

Energilagringsenheder er systemer, der lagrer energi i forskellige former, såsom elektrokemisk, kinetisk, potentiale, elektromagnetisk, kemisk og termisk, ved hjælp af for eksempel brændselsceller, batterier, kondensatorer, svinghjul, trykluft, hydrauliske akkumulatorer, supermagneter, brint mv. .

Energilagringsenheder er en vigtig ressource og bruges ofte til at levere uafbrudt strøm eller til at understøtte elsystemet i perioder med meget kortvarig ustabilitet.De spiller også en vigtig rolle i selvstændige vedvarende energisystemer.

De vigtigste kriterier for energilagringsenheder, der kræves til en specifik anvendelse, er:

• mængden af ​​energi i form af specifik energi (i Wh · kg -1) og energitæthed (i Wh · kg -1 eller Wh · l -1);
• elektrisk strøm, dvs. nødvendig elektrisk belastning;
• volumen og masse;
• pålidelighed;
• holdbarhed;
• sikkerhed;
• pris;
• genanvendelig;
• påvirkning af miljøet.

Når du vælger energilagringsenheder, skal følgende egenskaber tages i betragtning:

• specifik magt;
• lagerkapacitet;
• specifik energi;
• Reaktionstid;
• effektivitet;
• selvafladningshastighed / opladningscyklusser;
• følsomhed over for varme;
• ladning-afladning levetid;
• indvirkning på miljøet;
• kapital / driftsomkostninger;
• service.

Enheder til lagring af elektrisk energi er en integreret del af telekommunikationsudstyr (mobiltelefoner, telefoner, walkie-talkies osv.), reservestrømsystemer og hybride elektriske køretøjer i form af lagerkomponenter (batterier, superkondensatorer og brændselsceller).

Energilagringsenheder, uanset om de er elektriske eller termiske, anerkendes som kerneteknologier for ren energi.

Langsigtet energilagring har et stort potentiale for en verden, hvor vind- og solenergi dominerer tilføjelsen af ​​nye kraftværker og gradvist erstatter andre kilder til elektricitet.

Vind og sol producerer kun på bestemte tidspunkter, så de har brug for yderligere teknologi for at hjælpe med at udfylde hullerne.

I en verden, hvor andelen af ​​periodisk, sæsonbestemt og uforudsigelig elproduktion er stigende, og risikoen for desynkronisering med forbruget er stigende, gør lagring systemet mere fleksibelt ved at absorbere alle faseforskelle mellem energiproduktion og -forbrug.

Akkumulatorer tjener hovedsageligt som en buffer og muliggør lettere styring og integration af vedvarende energikilder både i nettet og i bygninger, hvilket giver en vis autonomi i fravær af vind og sol.

I generatorsystemer kan de spare brændstof og hjælpe med at undgå generatorens ineffektivitet ved at betjene belastningen i perioder med lavt strømforbrug, hvor generatoren er mindst effektiv.

Ved at buffere udsving i vedvarende produktion kan energilagring også reducere hyppigheden af ​​generatorstarter.

I vind- og dieselsystemer med høj gennemtrængningskraft (hvor den installerede vindkraft overstiger den gennemsnitlige belastning), reducerer selv en meget lille mængde lager drastisk hyppigheden af ​​dieselstarter.

De mest almindelige typer industrielle energilagringsenheder:

Industrielle energilagringsenheder

Elektrokemiske energilagringsenheder

Batterier, især bly-syre batterier, forbliver den fremherskende energilagringsenhed.

Mange konkurrerende batterityper (nikkel-cadmium, nikkel-metalhydrid, lithium-ion, natriumsvovl, metal-luft, flow-through-batterier) udkonkurrerer bly-syre-batterier i et eller flere aspekter af ydeevne såsom levetid, effektivitet, energitæthed , opladnings- og afladningshastighed, ydeevne i koldt vejr eller vedligeholdelse påkrævet.

I de fleste tilfælde gør deres lave pris pr. kilowatt-times kapacitet imidlertid bly-syre-batterier til det bedste valg.

Alternativer som svinghjul, ultrakondensatorer eller brintlagring kan blive kommercielt succesfulde i fremtiden, men er sjældne i dag.

Lithium-ion (Li-ion) batterier er nu en moderne strømkilde til alle moderne elektroniske forbrugere. Den volumetriske energitæthed af prismatiske lithium-ion-batterier til bærbar elektronik er fordoblet til tre gange i løbet af de sidste 15 år.

Efterhånden som flere nye applikationer til Li-ion-batterier dukker op, såsom elektriske køretøjer og energilagringssystemer, ændrer celledesign og ydeevnekrav sig konstant og udgør unikke udfordringer for traditionelle batteriproducenter.

Derfor bliver den høje efterspørgsel efter sikker og pålidelig drift af højenergi-, høj-effektdensitet lithium-ion-batterier uundgåelig.

Anvendelse af elektrokemiske energilagringsenheder i elindustrien:

Akkumulatoranlæg, brug af batterier til at lagre elektrisk energi

Elektrokemiske superkondensatorer

Superkondensatorer er elektrokemiske energilagringsenheder, der kan oplades helt eller aflades på få sekunder.

Med deres højere effekttæthed, lavere vedligeholdelsesomkostninger, brede temperaturområde og længere driftscyklus sammenlignet med sekundære batterier, har superkondensatorer fået betydelig forskningsmæssig opmærksomhed i det seneste årti.

De har også en højere energitæthed end konventionelle elektriske dielektriske kondensatorer.Lagerkapaciteten af ​​en superkondensator afhænger af den elektrostatiske adskillelse mellem elektrolytionerne og elektroderne med stort overfladeareal.

Den lavere specifikke energi af superkondensatorer sammenlignet med lithium-ion-batterier er en hindring for deres udbredte anvendelse.

Forbedring af ydeevnen af ​​superkondensatorer er nødvendig for at opfylde behovene i fremtidige systemer, fra bærbar elektronik til elektriske køretøjer og stort industrielt udstyr.

Superkondensatorer i detaljer:
Ionister (superkondensatorer) — enhed, praktisk anvendelse, fordele og ulemper

Energilagring af komprimeret luft

Energilagring af komprimeret luft er en måde at lagre energi produceret på et tidspunkt til brug på et andet tidspunkt. I en forsyningsskala kan energi, der genereres i perioder med lavt energibehov (off-peak), frigives for at imødekomme perioder med høj efterspørgsel (spidsbelastning).

Isotermisk lagring af komprimeret luft (CAES) er en ny teknologi, der forsøger at overvinde nogle af begrænsningerne ved traditionelle (diabatiske eller adiabatiske) systemer.

Kryogen energilagring

Storbritannien planlægger at bygge 250 MWh lagring af flydende luft. Det vil blive kombineret med en park af vedvarende energikilder og kompensere for deres afbrydelser.

Idriftsættelse er planlagt til 2022. De kryogene energilagringsenheder vil arbejde sammen med Trafford Energy Park nær Manchester, hvor en del af elproduktionen kommer fra solcellepaneler og vindmøller.

Denne lagerfacilitet vil kompensere for afbrydelser i brugen af ​​disse vedvarende energikilder.

Princippet for driften af ​​denne installation vil være baseret på to cyklusser af udskiftning af klimaanlægget.

Elektrisk energi vil blive brugt til at trække luft ind og derefter afkøle den til meget lave temperaturer (-196 grader), indtil den bliver flydende. Det vil derefter blive opbevaret i store, isolerede lavtrykstanke specielt tilpasset til dette formål.

Den anden cyklus vil finde sted, når der er behov for elektrisk energi. Den kryogene væske opvarmes af en varmeveksler for at fortsætte fordampningen og returnere den til en gasformig tilstand.

Fordampning af kryogen væske får gasvolumenet til at udvide sig, hvilket driver turbiner, der genererer elektricitet.

Enheder til lagring af kinetisk energi

Et svinghjul er en roterende mekanisk enhed, der bruges til at lagre rotationsenergi. Svinghjulet kan opfange energi fra intermitterende energikilder over tid og give en kontinuerlig forsyning af elektrisk energi til nettet.

Svinghjuls energilagringssystemer bruger input elektrisk energi, der lagres som kinetisk energi.

Selvom fysikken i mekaniske systemer ofte er ret simpel (såsom at dreje et svinghjul eller løfte vægte), er teknologierne, der gør det muligt at bruge disse kræfter effektivt og effektivt, særligt avancerede.

Højteknologiske materialer, de nyeste computerstyringssystemer og innovativt design gør disse systemer velegnede til rigtige applikationer.

UPS-systemer til kommerciel kinetisk lagring består af tre undersystemer:

• energilagringsenheder, normalt et svinghjul;
• distributionsudstyr;
• en separat generator, der kan startes for at give fejltolerant strøm over energilagerkapaciteten.

Svinghjulet kan integreres med en backup-generator, som forbedrer pålideligheden ved direkte at forbinde mekaniske systemer.

Mere om disse enheder:

Enheder til lagring af kinetisk energi til elindustrien

Hvordan svinghjuls (kinetiske) energilagringsenheder er arrangeret og fungerer

Højtemperatur superledende magnetisk energilagring (SMES) til elnet:

Hvordan superledende magnetiske energilagringssystemer fungerer og fungerer