Modern energiatároló eszközök, az energiatárolás legelterjedtebb fajtái
Energiatároló eszközök Olyan rendszerek, amelyek különféle formában tárolják az energiát, például elektrokémiai, kinetikai, potenciális, elektromágneses, kémiai és termikus, például üzemanyagcellákat, akkumulátorokat, kondenzátorokat, lendkereket, sűrített levegőt, hidraulikus akkumulátorokat, szupermágneseket, hidrogént stb. .
Az energiatároló eszközök fontos erőforrást jelentenek, és gyakran használják szünetmentes áramellátásra vagy az energiarendszer támogatására nagyon rövid távú instabilitási időszakokban, valamint fontos szerepet töltenek be az önálló megújuló energiarendszerekben.
Az adott alkalmazáshoz szükséges energiatároló eszközök fő kritériumai a következők:
- az energia mennyisége fajlagos energiában (Wh · kg -1-ben) és energiasűrűségben (Wh · kg -1 vagy Wh · l -1-ben);
- elektromos teljesítmény, azaz szükséges elektromos terhelés;
- térfogat és tömeg;
- megbízhatóság;
- tartósság;
- Biztonság;
- ár;
- újrahasznosítható;
- hatása a környezetre.
Az energiatároló eszközök kiválasztásakor a következő jellemzőket kell figyelembe venni:
- fajlagos teljesítmény;
- tárolási kapacitás;
- fajlagos energia;
- reakció idő;
- hatékonyság;
- önkisülési sebesség / töltési ciklusok;
- hőérzékenység;
- töltési-kisütési élettartam;
- környezetre gyakorolt hatás;
- tőke / működési költségek;
- szolgáltatás.
Az elektromos energiatároló eszközök szerves részét képezik a távközlési eszközöknek (mobiltelefonok, telefonok, walkie-talkie-k stb.), a tartalék energiarendszereknek és a hibrid elektromos járműveknek tárolóelemek (akkumulátorok, szuperkondenzátorok és üzemanyagcellák) formájában.
Az elektromos vagy termikus energiatároló berendezések alapvető tiszta energiatechnológiának minősülnek.
A hosszú távú energiatárolás nagy lehetőségeket rejt magában egy olyan világ számára, ahol a szél- és a napenergia uralja az új erőműveket, és fokozatosan felváltja az egyéb villamosenergia-forrásokat.
A szél és a napenergia csak bizonyos időpontokban termel, ezért további technológiára van szükségük a hiányosságok pótlására.
Egy olyan világban, ahol növekszik az időszakos, szezonális és kiszámíthatatlan villamosenergia-termelés aránya, valamint a fogyasztással való deszinkronizáció kockázata, a tárolás rugalmasabbá teszi a rendszert azáltal, hogy elnyeli az energiatermelés és -fogyasztás közötti minden fáziskülönbséget.
Az akkumulátorok elsősorban pufferként szolgálnak, és lehetővé teszik a megújuló energiaforrások egyszerűbb kezelését és integrálását mind a hálózatba, mind az épületekbe, némi autonómiát kínálva szél és napfény hiányában.
A generátoros rendszerekben üzemanyagot takaríthatnak meg, és segíthetnek elkerülni a generátor nem megfelelő hatékonyságát azáltal, hogy alacsony energiaigényű időszakokban szolgálják ki a terhelést, amikor a generátor a legkevésbé hatékony.
A megújuló termelés ingadozásainak pufferelésével az energiatárolás csökkentheti a generátorok beindításának gyakoriságát is.
A nagy áthatolóképességű szél- és dízelrendszerekben (ahol a beépített szélteljesítmény meghaladja az átlagos terhelést) már a nagyon kis mennyiségű tárolás is drámaian csökkenti a dízelindítások gyakoriságát.
Az ipari energiatároló eszközök leggyakoribb típusai:
Ipari energiatároló berendezések
Elektrokémiai energiatároló eszközök
Az akkumulátorok, különösen az ólom-savas akkumulátorok továbbra is az uralkodó energiatároló eszközök.
Számos versenyképes akkumulátortípus (nikkel-kadmium, nikkel-fém-hidrid, lítium-ion, nátrium-kén, fém-levegő, átfolyó akkumulátorok) teljesítménye egy vagy több szempontból, például élettartam, hatékonyság, energiasűrűség tekintetében felülmúlja az ólom-savas akkumulátorokat. , töltési és kisütési sebesség, hideg időjárási teljesítmény vagy karbantartás szükséges.
A legtöbb esetben azonban alacsony kilowattóránkénti kapacitási költségük miatt az ólom-savas akkumulátorok a legjobb választás.
Az olyan alternatívák, mint a lendkerekek, az ultrakondenzátorok vagy a hidrogéntárolók kereskedelmileg sikeresek lehetnek a jövőben, de ma már ritkák.
A lítium-ion (Li-ion) akkumulátorok ma már minden modern fogyasztói elektronikai eszköz modern áramforrását jelentik. A hordozható elektronikához használt prizmás lítium-ion akkumulátorok térfogati energiasűrűsége az elmúlt 15 év során megduplázódott, háromszorosára nőtt.
A Li-ion akkumulátorok számos új alkalmazásának megjelenésével, mint például az elektromos járművek és az energiatároló rendszerek, a cellák tervezésére és teljesítményére vonatkozó követelmények folyamatosan változnak, és egyedi kihívások elé állítják a hagyományos akkumulátorgyártókat.
Így elkerülhetetlenné válik a nagy igény a nagy energiájú, nagy teljesítménysűrűségű lítium-ion akkumulátorok biztonságos és megbízható működése iránt.
Elektrokémiai energiatároló eszközök alkalmazása az energiaiparban:
Akkumulátor üzemek, akkumulátorok használata elektromos energia tárolására
Elektrokémiai szuperkondenzátorok
A szuperkondenzátorok elektrokémiai energiatároló eszközök, amelyek másodpercek alatt teljesen feltölthetők vagy kisüthetők.
A másodlagos akkumulátorokhoz képest nagyobb teljesítménysűrűségük, alacsonyabb karbantartási költségük, széles hőmérséklet-tartományuk és hosszabb működési ciklusuk miatt a szuperkondenzátorok jelentős kutatási figyelmet kaptak az elmúlt évtizedben.
Energiasűrűségük is nagyobb, mint a hagyományos elektromos dielektromos kondenzátoroké.A szuperkondenzátor tárolókapacitása az elektrolit ionok és a nagy felületű elektródák közötti elektrosztatikus elválasztástól függ.
A szuperkondenzátorok kisebb fajlagos energiája a lítium-ion akkumulátorokhoz képest akadályozza széleskörű alkalmazásukat.
A szuperkondenzátorok teljesítményének javítása szükséges a jövőbeli rendszerek igényeinek kielégítéséhez, a hordozható elektronikától az elektromos járművekig és a nagy ipari berendezésekig.
Szuperkondenzátorok részletesen:
Ionisták (szuperkondenzátorok) — eszköz, gyakorlati alkalmazás, előnyei és hátrányai
Sűrített levegős energiatárolás
A sűrített levegős energiatárolás az egy időben megtermelt energia tárolásának módja egy másik felhasználásra. Közüzemi szinten az alacsony energiaigényű (csúcsidőn kívüli) időszakokban előállított energia felszabadítható a nagy igényű időszakok (csúcsterhelés) kielégítésére.
A sűrített levegős izotermikus tárolás (CAES) egy új technológia, amely megpróbálja leküzdeni a hagyományos (diabatikus vagy adiabatikus) rendszerek korlátait.
Kriogén energiatárolás
Nagy-Britannia 250 MWh cseppfolyósított levegő tároló építését tervezi. A megújuló energiaforrások parkjával kombinálják, és kompenzálják azok fennakadásait.
Az üzembe helyezést 2022-re tervezik. A kriogén energiatároló egységek a Manchester melletti Trafford Energy Parkkal együtt működnek majd, ahol az áramtermelés egy része fotovoltaikus panelekből és szélturbinákból származik.
Ez a tároló kompenzálja a megújuló energiaforrások használatában bekövetkező fennakadásokat.
Ennek a telepítésnek a működési elve a légkondicionáló két cseréjén fog alapulni.
Az elektromos energiát levegő beszívására, majd nagyon alacsony hőmérsékletre (-196 fok) történő lehűtésére használják, amíg folyékony nem lesz. Ezután nagy, szigetelt, kisnyomású, kifejezetten erre a célra kialakított tartályokban tárolják.
A második ciklusra akkor kerül sor, amikor elektromos energiára van szükség. A kriogén folyadékot hőcserélő melegíti fel, hogy tovább párologjon és visszakerüljön gáz halmazállapotba.
A kriogén folyadék elpárolgása a gáz térfogatának kitágulását okozza, ami meghajtja az elektromosságot termelő turbinákat.
Kinetikus energiatároló eszközök
A lendkerék egy forgó mechanikus eszköz, amely a forgási energia tárolására szolgál. A lendkerék idővel fel tudja venni az energiát az időszakos energiaforrásokból, és folyamatos elektromos energiával látja el a hálózatot.
A lendkerekes energiatároló rendszerek bemenő elektromos energiát használnak, amelyet kinetikus energiaként tárolnak.
Bár a mechanikai rendszerek fizikája gyakran meglehetősen egyszerű (például lendkerék elforgatása vagy súlyok felemelése), különösen fejlettek azok a technológiák, amelyek lehetővé teszik ezen erők hatékony és hatékony felhasználását.
A csúcstechnológiás anyagok, a legújabb számítógépes vezérlőrendszerek és az innovatív dizájn alkalmassá teszik ezeket a rendszereket valós alkalmazásokra.
A kereskedelmi kinetikus tárolásra szolgáló UPS-rendszerek három alrendszerből állnak:
- energiatároló eszközök, általában lendkerék;
- elosztó eszközök;
- külön generátor, amely indítható, hogy hibatűrő teljesítményt biztosítson az energiatároló kapacitás felett.
A lendkerék integrálható tartalék generátorral, ami a mechanikus rendszerek közvetlen csatlakoztatásával javítja a megbízhatóságot.
Bővebben ezekről a készülékekről:
Kinetikus energiatároló eszközök az energiaipar számára
Hogyan vannak elrendezve és működnek a lendkerekes (kinetikus) energiatároló eszközök
Magas hőmérsékletű szupravezető mágneses energiatároló (SMES) elektromos hálózatokhoz:
Hogyan működnek és működnek a szupravezető mágneses energiatároló rendszerek