Sodobni hranilniki energije, najpogostejši tipi hranilnikov energije

Naprave za shranjevanje energije so sistemi, ki hranijo energijo v različnih oblikah, kot so elektrokemična, kinetična, potencialna, elektromagnetna, kemična in toplotna, z uporabo na primer gorivnih celic, baterij, kondenzatorjev, vztrajnikov, stisnjenega zraka, hidravličnih akumulatorjev, supermagnetov, vodika itd. .

Naprave za shranjevanje energije so pomemben vir in se pogosto uporabljajo za zagotavljanje neprekinjenega napajanja ali za podporo elektroenergetskega sistema v obdobjih zelo kratkotrajne nestabilnosti.Prav tako imajo pomembno vlogo v samostojnih sistemih obnovljivih virov energije.

Glavna merila za naprave za shranjevanje energije, ki so potrebna za določeno uporabo, so:

• količina energije v smislu specifične energije (v Wh · kg -1) in energijske gostote (v Wh · kg -1 ali Wh · l -1);
• električne energije, tj. potrebna električna obremenitev;
• prostornina in masa;
• zanesljivost;
• vzdržljivost;
• varnost;
• cena;
• reciklirati;
• vpliv na okolje.

Pri izbiri naprav za shranjevanje energije je treba upoštevati naslednje značilnosti:

• specifična moč;
• skladiščna zmogljivost;
• specifična energija;
• reakcijski čas;
• učinkovitost;
• stopnja samopraznjenja/cikli polnjenja;
• občutljivost na vročino;
• življenjska doba polnjenja in praznjenja;
• vpliv na okolje;
• kapitalski / operativni stroški;
• storitev.

Hranilniki električne energije so v obliki hranilnikov (baterije, superkondenzatorji in gorivne celice) sestavni del telekomunikacijskih naprav (mobilni telefoni, telefoni, walkie-talkie ipd.), rezervnih napajalnih sistemov in hibridnih električnih vozil.

Naprave za shranjevanje energije, električne ali toplotne, so priznane kot temeljne tehnologije čiste energije.

Dolgoročno shranjevanje energije ima velik potencial za svet, v katerem prevladujeta vetrna in sončna energija ter dodajanje novih elektrarn in postopoma nadomeščata druge vire električne energije.

Veter in sonce proizvajata le ob določenih obdobjih, zato potrebujeta dodatno tehnologijo, ki pomaga zapolniti vrzeli.

V svetu, kjer se delež občasne, sezonske in nepredvidljive proizvodnje električne energije povečuje in tveganje desinhronizacije s porabo narašča, shranjevanje naredi sistem bolj prilagodljiv, saj absorbira vse fazne razlike med proizvodnjo in porabo energije.

Akumulatorji služijo predvsem kot blažilnik in omogočajo lažje upravljanje in integracijo obnovljivih virov energije tako v omrežje kot v stavbe, ponujajo pa tudi nekaj avtonomije v odsotnosti vetra in sonca.

V generatorskih sistemih lahko prihranijo gorivo in se izognejo neučinkovitosti generatorja, tako da služijo bremenu v obdobjih nizke porabe energije, ko je generator najmanj učinkovit.

Z blaženjem nihanj v proizvodnji obnovljivih virov lahko shranjevanje energije zmanjša tudi pogostost zagonov generatorjev.

V vetrnih in dizelskih sistemih z visoko prodorno močjo (kjer instalirana moč vetra presega povprečno obremenitev) že zelo majhna količina shranjevanja dramatično zmanjša pogostost zagonov dizelskega goriva.

Najpogostejši tipi industrijskih naprav za shranjevanje energije:

Industrijske naprave za shranjevanje energije

Elektrokemične naprave za shranjevanje energije

Baterije, zlasti svinčeno-kislinske, ostajajo prevladujoča naprava za shranjevanje energije.

Številne konkurenčne vrste baterij (nikelj-kadmijeve, nikelj-metal-hidridne, litij-ionske, natrijevo-žveplove, kovinsko-zračne, pretočne baterije) prekašajo svinčeno-kislinske baterije v enem ali več vidikih delovanja, kot so življenjska doba, učinkovitost, energijska gostota , stopnja polnjenja in praznjenja, zmogljivost v hladnem vremenu ali potrebno vzdrževanje.

V večini primerov pa so zaradi nizke cene na kilovatno uro zmogljivosti svinčeve baterije najboljša izbira.

Alternative, kot so vztrajniki, ultrakondenzatorji ali hranilniki vodika, lahko v prihodnosti postanejo komercialno uspešne, vendar so danes redke.

Litij-ionske (Li-ion) baterije so danes sodoben vir energije za vse sodobne potrošniške elektronske naprave. Volumetrična energijska gostota prizmatičnih litij-ionskih baterij za prenosno elektroniko se je v zadnjih 15 letih podvojila do trikrat.

Ker se pojavlja več novih aplikacij za Li-ionske baterije, kot so električna vozila in sistemi za shranjevanje energije, se zasnova celic in zahteve glede zmogljivosti nenehno spreminjajo in tradicionalnim proizvajalcem baterij predstavljajo edinstven izziv.

Tako postane veliko povpraševanje po varnem in zanesljivem delovanju visokoenergijskih litij-ionskih baterij z visoko gostoto moči neizogibno.

Uporaba elektrokemičnih hranilnikov energije v elektroenergetiki:

Akumulatorske naprave, uporaba baterij za shranjevanje električne energije

Elektrokemični superkondenzatorji

Superkondenzatorji so elektrokemične naprave za shranjevanje energije, ki jih je mogoče popolnoma napolniti ali izprazniti v nekaj sekundah.

S svojo večjo gostoto moči, nižjimi stroški vzdrževanja, širokim temperaturnim razponom in daljšim obratovalnim ciklom v primerjavi s sekundarnimi baterijami so bili superkondenzatorji v zadnjem desetletju deležni velike raziskovalne pozornosti.

Imajo tudi večjo energijsko gostoto kot običajni električni dielektrični kondenzatorji.Shranjevalna zmogljivost superkondenzatorja je odvisna od elektrostatične ločitve med ioni elektrolita in elektrodami z veliko površino.

Nižja specifična energija superkondenzatorjev v primerjavi z litij-ionskimi baterijami je ovira za njihovo široko uporabo.

Izboljšanje zmogljivosti superkondenzatorjev je potrebno za izpolnitev potreb prihodnjih sistemov, od prenosne elektronike do električnih vozil in velike industrijske opreme.

Podrobnosti o superkondenzatorjih:
Ionisti (superkondenzatorji) — naprava, praktična uporaba, prednosti in slabosti

Shranjevanje energije s stisnjenim zrakom

Shranjevanje energije s stisnjenim zrakom je način shranjevanja energije, proizvedene naenkrat za uporabo v drugem času. Na ravni uporabnosti se lahko energija, proizvedena v obdobjih nizkega povpraševanja po energiji (izven konic), sprosti za izpolnitev obdobij visokega povpraševanja (konice).

Izotermalno shranjevanje stisnjenega zraka (CAES) je nova tehnologija, ki poskuša preseči nekatere omejitve tradicionalnih (diabatskih ali adiabatnih) sistemov.

Kriogeno shranjevanje energije

Britanija namerava zgraditi 250 MWh skladišča za utekočinjen zrak. Združil se bo s parkom obnovljivih virov energije in nadomestil njihove motnje.

Zagon je predviden za leto 2022. Enote za shranjevanje kriogene energije bodo delovale v povezavi z energetskim parkom Trafford blizu Manchestra, kjer del proizvodnje električne energije prihaja iz fotonapetostnih plošč in vetrnih turbin.

Ta hranilnik bo nadomestil motnje pri uporabi teh obnovljivih virov energije.

Princip delovanja te instalacije bo temeljil na dveh ciklih menjave klimatske naprave.

Električna energija bo uporabljena za vsrkavanje zraka in nato ohlajanje na zelo nizke temperature (-196 stopinj), dokler ne postane tekoč. Nato bo shranjen v velikih, izoliranih, nizkotlačnih rezervoarjih, posebej prilagojenih za to uporabo.

Drugi cikel se izvede, ko bo potrebna električna energija. Kriogeno tekočino segreva toplotni izmenjevalec, da se nadaljuje uparjanje in se vrne v plinasto stanje.

Izhlapevanje kriogene tekočine povzroči povečanje prostornine plina, kar poganja turbine, ki proizvajajo elektriko.

Naprave za shranjevanje kinetične energije

Vztrajnik je rotacijska mehanska naprava, ki se uporablja za shranjevanje rotacijske energije. Vztrajnik lahko skozi čas zajema energijo iz občasnih virov energije in zagotavlja neprekinjeno oskrbo z električno energijo v omrežju.

Sistemi za shranjevanje energije z vztrajnikom uporabljajo vhodno električno energijo, ki je shranjena kot kinetična energija.

Čeprav je fizika mehanskih sistemov pogosto precej preprosta (na primer vrtenje vztrajnika ali dvigovanje uteži), so tehnologije, ki omogočajo učinkovito in uspešno uporabo teh sil, še posebej napredne.

Visokotehnološki materiali, najnovejši računalniški nadzorni sistemi in inovativen dizajn naredijo te sisteme primerne za realne aplikacije.

UPS sistemi za komercialno kinetično shranjevanje so sestavljeni iz treh podsistemov:

• naprave za shranjevanje energije, običajno vztrajnik;
• distribucijske naprave;
• ločen generator, ki ga je mogoče zagnati, da zagotovi moč, odporno na napake, preko zmogljivosti shranjevanja energije.

Vztrajnik je mogoče integrirati z rezervnim generatorjem, kar izboljša zanesljivost z neposredno povezavo mehanskih sistemov.

Več o teh napravah:

Naprave za shranjevanje kinetične energije za elektroindustrijo

Kako so urejene in delujejo naprave za shranjevanje (kinetične) energije vztrajnika

Visokotemperaturno superprevodno magnetno shranjevanje energije (SMES) za električna omrežja:

Kako delujejo in delujejo superprevodni sistemi za shranjevanje magnetne energije