Šiuolaikiniai energijos kaupimo įrenginiai, labiausiai paplitusios energijos kaupimo rūšys

Energijos kaupimo įrenginiai yra sistemos, kaupiančios įvairių formų energiją, pavyzdžiui, elektrocheminę, kinetinę, potencialinę, elektromagnetinę, cheminę ir šiluminę, naudodamos, pavyzdžiui, kuro elementus, baterijas, kondensatorius, smagračius, suslėgtą orą, hidraulinius akumuliatorius, supermagnetus, vandenilį ir kt. .

Energijos kaupimo įrenginiai yra svarbus išteklius ir dažnai naudojami nepertraukiamai energijai tiekti arba elektros sistemai palaikyti labai trumpalaikio nestabilumo laikotarpiais, taip pat atlieka svarbų vaidmenį atskirose atsinaujinančios energijos sistemose.

Pagrindiniai energijos kaupimo įrenginių, reikalingų konkrečiam pritaikymui, kriterijai yra šie:

• energijos kiekis, išreikštas specifine energija (Wh · kg -1) ir energijos tankiu (Wh · kg -1 arba Wh · l -1);
• elektros energijos, t.y. reikalinga elektros apkrova;
• tūris ir masė;
• patikimumas;
• ilgaamžiškumas;
• saugumas;
• kaina;
• perdirbamas;
• poveikį aplinkai.

Renkantis energijos kaupimo įrenginius, reikia atsižvelgti į šias charakteristikas:

• specifinė galia;
• saugojimo talpa;
• specifinė energija;
• reakcijos laikas;
• efektyvumas;
• savaiminio išsikrovimo greitis / įkrovimo ciklai;
• jautrumas karščiui;
• įkrovimo-iškrovimo tarnavimo laikas;
• poveikis aplinkai;
• kapitalo / veiklos sąnaudos;
• paslauga.

Elektros energijos kaupimo įrenginiai yra neatsiejama telekomunikacijų įrenginių (mobiliųjų telefonų, telefonų, radijo imtuvų ir kt.), atsarginių maitinimo sistemų ir hibridinių elektrinių transporto priemonių saugojimo komponentų (baterijų, superkondensatorių ir kuro elementų) forma.

Energijos kaupimo įrenginiai, tiek elektriniai, tiek šiluminiai, yra pripažinti pagrindinėmis švarios energijos technologijomis.

Ilgalaikis energijos saugojimas turi didelį potencialą pasaulyje, kuriame vėjo ir saulės energija dominuoja naujų elektrinių papildymuose ir palaipsniui keičia kitus elektros energijos šaltinius.

Vėjas ir saulė gamina tik tam tikru laiku, todėl jiems reikia papildomų technologijų, kurios padėtų užpildyti spragas.

Pasaulyje, kuriame didėja pertrūkių, sezoninių ir nenuspėjamų elektros energijos gamybos dalis ir didėja desinchronizacijos su vartojimu rizika, saugojimas daro sistemą lankstesnę, nes sugeria visus fazių skirtumus tarp energijos gamybos ir vartojimo.

Akumuliatoriai daugiausia tarnauja kaip buferis ir leidžia lengviau valdyti bei integruoti atsinaujinančius energijos šaltinius tiek į tinklą, tiek į pastatus, o tai suteikia tam tikrą autonomiją, kai nėra vėjo ir saulės.

Generatorių sistemose jie gali sutaupyti kuro ir padėti išvengti generatoriaus neefektyvumo, nes aptarnauja apkrovą mažo energijos poreikio laikotarpiais, kai generatorius yra mažiausiai efektyvus.

Apsaugodama atsinaujinančios energijos gamybos svyravimus, energijos kaupimas taip pat gali sumažinti generatorių paleidimo dažnumą.

Vėjo ir dyzelino sistemose, turinčiose didelę prasiskverbimo galią (kur sumontuota vėjo galia viršija vidutinę apkrovą), net ir labai mažas saugyklos kiekis smarkiai sumažina dyzelino paleidimo dažnumą.

Labiausiai paplitę pramoninių energijos kaupimo įrenginių tipai:

Pramoniniai energijos kaupimo įrenginiai

Elektrocheminiai energijos kaupimo įrenginiai

Baterijos, ypač švino rūgšties akumuliatoriai, išlieka pagrindiniu energijos kaupimo įrenginiu.

Daugelis konkurencingų baterijų tipų (nikelio-kadmio, nikelio-metalo hidrido, ličio jonų, natrio sieros, metalo-oro, pratekėjimo baterijos) pranoksta švino-rūgšties baterijas vienu ar keliais našumo aspektais, tokiais kaip tarnavimo laikas, efektyvumas, energijos tankis. , įkrovimo ir iškrovimo greitis, veikimas šaltu oru arba reikalinga priežiūra.

Tačiau daugeliu atvejų dėl mažos jų talpos kilovatvalandės kainos švino rūgšties akumuliatoriai yra geriausias pasirinkimas.

Alternatyvos, tokios kaip smagračiai, ultrakondensatoriai ar vandenilio saugykla, ateityje gali tapti komerciškai sėkmingos, tačiau šiandien jos yra retos.

Ličio jonų (Li-ion) baterijos dabar yra modernus visų šiuolaikinių plataus vartojimo elektronikos prietaisų maitinimo šaltinis. Per pastaruosius 15 metų prizminių ličio jonų baterijų, skirtų nešiojamajai elektronikai, tūrinis energijos tankis padvigubėjo iki trijų kartų.

Atsiradus kelioms naujoms ličio jonų baterijų pritaikymoms, tokioms kaip elektra varomos transporto priemonės ir energijos kaupimo sistemos, elementų dizaino ir veikimo reikalavimai nuolat keičiasi ir tradiciniams akumuliatorių gamintojams kelia unikalių iššūkių.

Taigi, neišvengiama tampa didelė saugaus ir patikimo didelės energijos, didelio galingumo tankio ličio jonų baterijų veikimo poreikis.

Elektrocheminių energijos kaupimo įrenginių taikymas energetikos pramonėje:

Akumuliatoriai, baterijų naudojimas elektros energijai kaupti

Elektrocheminiai superkondensatoriai

Superkondensatoriai yra elektrocheminiai energijos kaupikliai, kuriuos galima visiškai įkrauti arba iškrauti per kelias sekundes.

Dėl didesnio galios tankio, mažesnių priežiūros sąnaudų, plataus temperatūrų diapazono ir ilgesnio veikimo ciklo, palyginti su antrinėmis baterijomis, pastarąjį dešimtmetį superkondensatoriai sulaukė didelio mokslinio dėmesio.

Jie taip pat turi didesnį energijos tankį nei įprasti elektriniai dielektriniai kondensatoriai.Superkondensatoriaus talpa priklauso nuo elektrostatinio atskyrimo tarp elektrolito jonų ir didelio paviršiaus elektrodų.

Mažesnė superkondensatorių savitoji energija, palyginti su ličio jonų baterijomis, yra kliūtis jų plačiam naudojimui.

Gerinti superkondensatorių veikimą būtina, kad būtų patenkinti ateities sistemų poreikiai – nuo ​​nešiojamos elektronikos iki elektrinių transporto priemonių ir didelės pramoninės įrangos.

Išsamiau apie superkondensatorius:
Jonistai (superkondensatoriai) — prietaisas, praktinis pritaikymas, privalumai ir trūkumai

Suslėgto oro energijos kaupimas

Suslėgto oro energijos kaupimas – tai vienu metu pagamintos energijos kaupimo būdas naudoti kitu metu. Komunalinių paslaugų mastu energija, pagaminta mažo energijos poreikio laikotarpiais (ne piko metu), gali būti išleista, kad būtų patenkinti didelio poreikio laikotarpiai (piko apkrova).

Suspausto oro izoterminis saugojimas (CAES) yra nauja technologija, kuria bandoma įveikti kai kuriuos tradicinių (diabatinių ar adiabatinių) sistemų apribojimus.

Kriogeninės energijos kaupimas

Didžioji Britanija planuoja pastatyti 250 MWh suskystinto oro saugyklos. Jis bus derinamas su atsinaujinančių energijos šaltinių parku ir kompensuos jų trukdžius.

Eksploatacijos pradžia numatyta 2022 m. Kriogeninės energijos kaupikliai veiks kartu su Traffordo energijos parku netoli Mančesterio, kur dalis elektros energijos gaunama iš fotovoltinių plokščių ir vėjo turbinų.

Ši saugykla kompensuos šių atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo pertrūkius.

Šio įrenginio veikimo principas bus pagrįstas dviem oro kondicionieriaus keitimo ciklais.

Elektros energija bus naudojama orui įsiurbti, o vėliau jį atvėsinti iki labai žemos temperatūros (-196 laipsnių), kol jis taps skystas. Tada jis bus laikomas dideliuose, izoliuotuose, žemo slėgio rezervuaruose, specialiai pritaikytuose šiam naudojimui.

Antrasis ciklas vyks tada, kai prireiks elektros energijos. Kriogeninis skystis šildomas šilumokaičiu, kad būtų tęsiamas garavimas ir grąžinama į dujinę būseną.

Kriogeninio skysčio išgaravimas padidina dujų kiekį, kuris varo turbinas, gaminančias elektros energiją.

Kinetinės energijos kaupimo įrenginiai

Smagratis yra besisukantis mechaninis įtaisas, naudojamas sukimosi energijai kaupti. Smagratis laikui bėgant gali paimti energiją iš pertrūkių energijos šaltinių ir nuolat tiekti elektros energiją į tinklą.

Smagračio energijos kaupimo sistemos naudoja įvesties elektros energiją, kuri kaupiama kaip kinetinė energija.

Nors mechaninių sistemų fizika dažnai yra gana paprasta (pavyzdžiui, pasukti smagratį ar pakelti svorius), technologijos, leidžiančios efektyviai ir efektyviai panaudoti šias jėgas, yra ypač pažangios.

Aukštųjų technologijų medžiagos, naujausios kompiuterinio valdymo sistemos ir naujoviškas dizainas leidžia šias sistemas pritaikyti realioms reikmėms.

Komercinės kinetinės saugojimo UPS sistemos susideda iš trijų posistemių:

• energijos kaupimo įtaisai, dažniausiai smagratis;
• paskirstymo įrenginiai;
• atskiras generatorius, kurį galima paleisti, kad būtų tiekiama gedimams atspari galia virš energijos kaupimo talpos.

Smagratis gali būti integruotas su atsarginiu generatoriumi, o tai pagerina patikimumą tiesiogiai sujungiant mechanines sistemas.

Daugiau apie šiuos įrenginius:

Energetikos pramonei skirti kinetinės energijos kaupimo įrenginiai

Kaip išdėstyti ir veikia smagračio (kinetinės) energijos kaupikliai

Aukštos temperatūros superlaidžios magnetinės energijos saugykla (SMES), skirta elektros tinklams:

Kaip veikia ir veikia superlaidžios magnetinės energijos kaupimo sistemos