типы систем хранения энергии

Поскольку глобальный спрос на энергию продолжает расти, потребность в эффективных системах хранения энергии становится все более важной. Системы хранения энергии играют решающую роль в поддержке интеграции возобновляемых источников энергии, повышении стабильности энергосистемы и снижении зависимости от традиционного ископаемого топлива. Сегодня доступны различные типы систем хранения энергии, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики и области применения. В этой статье мы рассмотрим пять различных типов систем хранения энергии и обсудим их ключевые особенности, преимущества и потенциальные проблемы.

1. Системы хранения механической энергии.

Системы хранения механической энергии хранят энергию в виде механической энергии, которую при необходимости можно преобразовать обратно в электрическую. Одним из распространенных примеров хранения механической энергии является гидроаккумулирование с насосом, где избыточная электрическая энергия используется для перекачки воды из более низкого резервуара на более высокую высоту. Когда требуется электричество, накопленная вода высвобождается для привода турбин и выработки электроэнергии. Другие примеры систем хранения механической энергии включают маховики и системы хранения энергии на сжатом воздухе (CAES).

Насосное гидроаккумулирование является одной из наиболее зрелых и широко распространенных технологий хранения энергии с доказанной надежностью и эффективностью. Он предлагает большую емкость хранилища и может обеспечить стабильность сети и услуги балансировки нагрузки. Однако высокие капитальные затраты и требования к конкретным объектам ограничивают его широкое распространение. Системы «Маховик» и CAES становятся многообещающими альтернативами, предлагающими быстрое время отклика и гибкие варианты развертывания.

2. Системы хранения электрической энергии.

Системы хранения электрической энергии хранят энергию в форме электрического потенциала, обычно с использованием батарей или конденсаторов. Аккумуляторы являются наиболее распространенной и универсальной технологией хранения электрической энергии, которая широко применяется в портативной электронике, электромобилях и сетевых хранилищах энергии. Литий-ионные батареи, свинцово-кислотные батареи и проточные батареи являются одними из наиболее часто используемых аккумуляторных технологий.

Литий-ионные аккумуляторы стали стандартом де-факто для портативной электроники и электромобилей благодаря их высокой плотности энергии, длительному сроку службы и возможности быстрой зарядки/разрядки. Они также набирают обороты в сетевых приложениях, предлагая масштабируемые и модульные решения для интеграции возобновляемых источников энергии и снижения пиковых нагрузок. Свинцово-кислотные батареи, хотя и менее энергоемкие и менее долговечны, чем литий-ионные, по-прежнему широко используются в стационарных системах хранения энергии из-за их низкой стоимости и проверенной эффективности. Проточные батареи, такие как ванадиевые окислительно-восстановительные проточные батареи, привлекают внимание благодаря своему длительному сроку службы, высокой эффективности и раздельной мощности и энергоемкости.

3. Системы хранения тепловой энергии

Системы хранения тепловой энергии хранят энергию в виде тепла, которое можно высвободить и преобразовать в электричество или использовать для отопления и охлаждения. Одним из распространенных примеров хранения тепловой энергии является хранилище расплавленной соли, которое часто используется на станциях концентрации солнечной энергии (CSP). Избыточная солнечная энергия используется для нагрева расплавленной соли, которую затем можно хранить и использовать для выработки пара и привода турбин, когда солнечная энергия недоступна.

Системы хранения тепловой энергии обеспечивают высокую плотность энергии и возможности длительного хранения, что делает их хорошо подходящими для интеграции и диспетчеризации возобновляемых источников энергии. Однако сложность и стоимость систем хранения тепловой энергии, а также необходимость в высокотемпературных источниках тепла ограничивают их широкое распространение.

4. Системы хранения химической энергии.

Системы химического хранения энергии хранят энергию в форме химических связей, таких как водород или синтетическое топливо. Хранение водорода, в частности, вызвало значительный интерес как экологически чистый и универсальный носитель энергии для различных применений, включая транспорт, промышленные процессы и производство электроэнергии. Водород можно производить путем электролиза воды с использованием возобновляемой электроэнергии и хранить для последующего использования в топливных элементах или двигателях внутреннего сгорания.

Хранение водорода обеспечивает высокую плотность энергии и возможности длительного хранения, что делает его многообещающим вариантом для балансировки прерывистого производства возобновляемой энергии и декарбонизации различных секторов. Однако для достижения широкой коммерциализации все еще необходимо решить проблемы, связанные с технологиями производства, хранения, транспортировки и конверсии водорода.

5. Электрохимические системы хранения энергии.

Системы электрохимического хранения энергии хранят энергию в форме химического потенциала, используя окислительно-восстановительные реакции для хранения и высвобождения электрической энергии. Одной из наиболее известных технологий электрохимического хранения энергии является проточная окислительно-восстановительная батарея, в которой используются два раствора электролита, разделенные мембраной. Во время зарядки электролиты подвергаются окислительно-восстановительным реакциям, сохраняя электрическую энергию. Во время разрядки обратные реакции высвобождают накопленную энергию.

Проточные окислительно-восстановительные батареи обладают преимуществом масштабируемой и гибкой энергоемкости, что делает их хорошо подходящими для систем хранения энергии в масштабе сети. Они также обладают потенциалом длительного срока службы и быстрого реагирования, хотя для широкого внедрения все еще необходимо решить проблемы, связанные со стоимостью, эффективностью и характеристиками материалов.

Таким образом, системы хранения энергии играют решающую роль в обеспечении перехода к более устойчивому и отказоустойчивому энергетическому будущему. Каждый тип системы хранения энергии имеет свои уникальные характеристики и области применения, с разным уровнем зрелости, производительности и стоимости. Ожидается, что по мере развития технологий и экономии за счет масштаба системы хранения энергии будут играть все более важную роль в поддержке интеграции возобновляемых источников энергии и повышении надежности и стабильности энергосистемы. Продолжающиеся исследования, разработки и внедрение необходимы для реализации всего потенциала систем хранения энергии и перехода к более устойчивому и безопасному энергетическому ландшафту.