A legtöbben ismerik az elektromos energia tárolásának vagy az ESS bizonyos fajtáit . Ha használt valaha háztartási akkumulátort vagy vezetett elektromos autót, akkor tudja, hogy lehetséges az elektromos energiát olyan formában tárolni, hogy később újra felhasználható legyen.
Ám mivel az ország elektromos hálózataira nehezedő terhelésnek – például a texasi villamosenergia-hálózatot 2021-ben bekövetkezett áramszünetekkel – néz szembe, az energiatárolás fontosabb, mint valaha.
Nézzük meg, hogyan működik az energiatárolási technológia , mely eszközök a legalkalmasabbak az elektromos energia tárolására , és hogyan használhatja az energiatároló rendszereket otthon.
Mi az energiatárolás?
Az energiatárolás bármilyen típusú fizikai vagy kémiai rendszerre utal, amely elektromos energiát tárol későbbi felhasználás céljából. Például az akkumulátorok vegyi energiát használnak , amelyet aztán okostelefonja, laptopja vagy elektromos járműve táplálására használhatnak .
Bár az akkumulátorok a legelterjedtebb energiatároló eszközök , nem ezek az egyedüli lehetőségek, és nem mindig költséghatékonyak nagyszabású projekteknél.
Az akkumulátorokon kívül az energia tárolható gravitációval, sűrített levegővel és más technológiákkal is, így közüzemi szintű energiatárolási megoldásokat lehet létrehozni .
Az energiatároló rendszerek felhasználhatók a hálózaton kívüli villamos energia tárolására – áramkimaradások és áramkimaradások esetén –, vagy felhasználhatók rugalmasabbá a regionális villamosenergia-hálózat idején tételére, hogy az folyamatosan működjön a csúcsteljesítmény-igény .
Miért fontos az energiatárolás?
Az energiatárolás azért fontos, mert a meglévő energiahálózatok nem az energia tárolására épülnek; úgy vannak kialakítva, hogy egyensúlyt tartsanak a kínálat és a kereslet között.
Az elektromos hálózatoknak stabil frekvenciát kell fenntartaniuk – az Egyesült Államokban ez 60 hertz – ahhoz, hogy az áram zökkenőmentesen működjön a távvezetékeken.
Ha egy hálózat túl sok energiát termel, a frekvencia túllépi a felső határát. Ha nem termel eleget, a frekvencia túl alacsonyra csökken. Mindkét helyzet átmeneti áramkimaradást vagy katasztrofális hálózati meghibásodást eredményezhet.
Emiatt erőműveket le kell zárni az , vagy egész környékeket ki kell vonni az elektromos hálózatból érdekében előfordulhat, hogy a frekvenciaszabályozás .
Az energiatárolásnak való beépítésével a az energiarendszerbe szabályozóknak több lehetőségük van a rendszer egyensúlyban tartására. kutatói például A Stanford Egyetem azt találták, hogy „a hálózat stabilitása elérhető a jelenleg elérhető akkumulátorok összekapcsolásával, amelyek tárolási időtartama legfeljebb négy óra”.
Milyen energia tárolódik?
Szinte bármilyen elektromos áram átalakítható tárolt energiává, függetlenül attól, hogy hogyan állítják elő. Az energiatárolás azonban különösen fontos a megújuló energiaforrások , például a szél- és a napenergia esetében, mivel teljesítményük idővel változik.
A fosszilis tüzelőanyaggal működő erőművek, például szénnel és földgázzal éjjel-nappal üzemelhetnek, és könnyebb a kapacitás növelése és szükség szerinti eltávolítása.
A napenergia változékonyabb, mivel csak akkor termel energiát, amikor kisüt a nap, a szélenergia pedig nagyban függ az időjárástól.
Bár a tiszta energiaforrások jelentős mennyiségű energiát termelnek – a Texasban felhasznált energia akár 40%-át is –, ez az energia nem mindig áll rendelkezésre a megfelelő időben.
Az energiatároló rendszerek történő beépítésével a elektromos hálózatba többlet villamos energia későbbre megtakarítható, és szükség esetén visszakerülhet az elektromos hálózatba . Ez stabilabb áramellátást biztosítana, és alacsonyan tartaná az energiaárakat a fogyasztók számára.
Hogyan működik az energiatárolás?
Az energiatároló rendszerek egy bizonyos ideig felfogják az energiát, mielőtt újra felhasználható elektromos energiává alakítanák át . igen eltérő lehet De ez a folyamat energiatárolási projektenként . Vessünk egy pillantást az energiatároló rendszerek néhány típusára .
Az akkumulátor energia tárolása
Az első elektromos rendszert Nikola Tesla fejlesztette ki az 1800-as évek végén, és ez vezetett a akkumulátortároló rendszerek kifejlesztéséhez ma ismert . Manapság a lítium-ion akkumulátorokat elektromos járművek , sőt akár egész házak táplálására is használják .
A lítium-ion akkumulátorok nagy sűrűsége miatt hasznosak a mindennapi eszközökben, de csak rövid ideig képesek tárolni , és gyakran kell tölteni.
A folyékony tartályokban elektromos áramot tároló vanádium flow akkumulátorok elektrolit alkalmasabbak lehetnek nagyszabású energiatárolási projektekhez . Egyéb akkumulátortechnológiák közé tartozik az ólom-savas, nátrium-kén- és fém-levegő akkumulátorok , amelyek mindegyike szerepet játszhat a zöld energiára való átállásban.
Kinetikus energia tárolása
Nem minden energiatároló megoldáshoz szükséges akkumulátor. A Beacon Power létesítmény New York-i mintegy 200 lendkereket frekvenciájának szabályozására használ a regionális villamosenergia-hálózat . pörgetésére elektromos energiát használva A lendkerekek hihetetlenül gyors a lendkerekek energiát tárolhatnak, és később visszavezethetik az elektromos hálózatba .
Ennek a létesítménynek a teljesítménye 20 megawatt , így alkalmasabb frekvenciaszabályozásra , mint hosszú távú áramtárolásra .
Sűrített levegős energiatárolás (CAES)
A sűrített levegő felhasználható elektromos áram tárolására úgy, hogy nagy nyomással egy kamrába kényszerítjük, és kifelé menet turbinát forgatunk vele. Mivel tározókra van szükség (általában a föld alatt), ezt a technológiát csak korlátozottan használják szerte a világon. Új CAES üzem készül Texasban , 317 megawatt kapacitással .
Hőenergia tárolás
tárolása A hőenergia rögzítésére és tárolására a hőmérséklet változásait használja fel az elektromos energia . A leggyakoribb példa a koncentrált napenergia (CSP) , amelyben a napenergiát egy hőátadó folyadékra összpontosítják, amely egy generátor táplálására használható.
A világ legnagyobb CSP létesítménye a kaliforniai Mojave-sivatagban található, kapacitása 399 megawatt .
Hidroelektromos tároló
A víz energia tárolására is használható. Valójában a szivattyús tárolós vízenergia (PSH) tárolórendszer 93%-a mögött a technológia az összes nagyméretű az Egyesült Államokban, és kulcsszereplővé válhat a globális energiatároló rendszerekben .
A hagyományos vízerőművekkel ellentétben, amelyek nem tárolnak energiát , a PSH vizet pumpál egy felső tározóba, és lefelé haladva elektromos árammá alakítja.
Mennyi energiatárolóra van szükségünk?
A szükséges energiatároló mennyiség attól függ, hogy hol élünk és mik a céljaink. Mivel minden elektromos hálózatnak eltérő az energiaforrások keveréke , a világ egyes régióinak nagyobb tárolókapacitásra lehet szükségük, mint másoknak.
Globális szinten a Nemzetközi Energiaszövetség (IEA) számításai szerint 2030-ig 266 gigawatt tárolóra lesz szükségünk, „hogy a globális felmelegedést 2 Celsius-fok alatt tartsuk”. Ez megvalósítható? A Bloomberg így gondolja: úgy gondolja, hogy 2040-re elérjük ezt a célt, és túllépjük a 942 gigawattot.
De mi a helyzet a regionális villamosenergia-hálózatokkal ? Mekkora tárolókapacitásra van szüksége Texasnak, hogy elkerülje a 2021-es áramszünet megismétlődését?
2021-től a texasi villamosenergia-hálózat akár 90 000 megawatt teljesítmény előállítására is képes volt, de csak 460 megawatt rendelkezett tárolási kapacitással . A texasi Electric Reliability Council (ERCOT) célja, hogy növelje a tárolási kapacitást . -ig 3008 megawattra 2022
A szél- és napenergia tárolása és szükség esetén a hálózatba szállítása mellett az energiatároló rendszerek a földgázüzemek áramkimaradások idején történő működtetésére, vagy tartalék áramforrásként használhatók a helyi közösségekben.
Melyik a legjobb energiatároló rendszer?
Minden energiatechnológiának megvannak az előnyei és hátrányai. A lítium-ion akkumulátorok kis térfogatban sok energiát tudnak pakolni, de nem képesek hosszú ideig tárolni az energiát, és nagy mennyiségű lítiumra és kobaltra van szükségük .
A szivattyús tárolós vízenergia (PSH) és a sűrített levegős energiatároló (CAES) nagy mennyiségű energiát képes tárolni kevés vegyszerrel vagy károsanyag -kibocsátással , de hatalmas létesítményeket igényel, és előre nem látható hatásokkal járhat az ökoszisztémára.
Egyes közösségek támogatására, mikrohálózatokat vagy önálló hálózatokat építenek, amelyek áramszünet vagy nagy igénybevétel esetén beindulhatnak ahelyett, hogy egyetlen tárolórendszerre támaszkodnának egy teljes elektromos hálózat.
A hatékony tiszta energiára való átálláshoz kombinációjára lesz szükség olyan energiarendszerek , amelyek az egyes régiók környezetéhez, elektromos hálózatához és energiaszükségleteihez igazodnak.
Mik azok az otthoni energiatároló eszközök?
Az energiatároló eszközök nem csak a nagy energiaellátó rendszerekhez valók . Ha valaha is keresett tartalék áramforrást otthona számára, akkor valószínűleg találkozott már olyan rendszerekkel, mint a Tesla Powerwall, egy lítium-ion akkumulátor . háztartási használatra szánt
Mindegyik Powerwall körülbelül 13 kilowattóra energiát képes tárolni, és a tetőtéri napelemekből összegyűjtött energia tárolására szolgál.
Még az olyan elektromos autógyártók is, mint a Ford, az elektromos járművek akkumulátorait hirdetik tartalék áramforrásként : az F-150 Lightning egy tipikus házat akár három napig is képes táplálni.
Ne feledje, hogy az otthoni energiarendszer telepítése némi erőfeszítést igényelhet: választania kell a váltakozóáramú vagy egyenáramú akkumulátor között, és előfordulhat, hogy több egységet kell telepítenie a keresett energiamennyiség eléréséhez.
Mi az energiatároló kapacitás?
Ha otthoni energiaegységet választ, ne zavarja meg a teljesítmény és a tárolókapacitás közötti különbséget . Ahogy a Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium kifejti: az energiateljesítményt kilowattban (kW) mérik, és arra utal, hogy „mennyi energia áramolhat be vagy ki az akkumulátorból egy adott pillanatban”.
Az energiakapacitás vagy tárolókapacitás azt jelenti, hogy mennyi energia tárolható, és kilowattórában (kWh) mérik.
Például egy tartalék tápellátásra szánt akkumulátornak nagy tárolókapacitással kell rendelkeznie , de lehet, hogy nincs szüksége nagy teljesítményre. Másrészt a frekvenciaszabályozásra szánt rendszernek képesnek kell lennie a gyors töltésre és kisütésre, de előfordulhat, hogy nem kell mindig sok energiát tárolnia.
