English
Система накопления энергии (ESS) — это устройство или группа устройств, используемых для хранения энергии и ее последующего использования. Аккумуляторные, химические, электрохимические, механические и тепловые системы хранения энергии являются одними из наиболее распространенных, удовлетворяющих повседневные потребности в источниках энергии.
Системы накопления энергии позволяют хранить и поставлять энергию туда и тогда, где и когда она необходима, создавая более устойчивую энергетическую инфраструктуру и обеспечивая экономию средств для потребителей и коммунальных служб. Кроме того, они обеспечивают безопасность систем, быстро реагируя на перепады напряжения. надежность и стабильность.
Помимо роста стоимости энергии, изменения в поставках возобновляемых источников энергии и скачки спроса на электроэнергию создают проблемы для глобальных сетей, требуя большей гибкости в наших первоначальных структурах, чтобы сделать их доступными и приемлемыми для всех Afford clean energy.
Современные и новейшие технологии хранения энергии позволяют надежно доставлять энергию одним щелчком выключателя.
Даже когда солнце не светит или ветер не дует, накопители энергии на базе энергосистемы могут решить проблему прерывистости солнечной или ветровой энергии и обеспечить непрерывное снабжение чистой энергией жилых, коммерческих и промышленных объектов.
Компоненты систем хранения энергии (ESS)
Типичная система хранения энергии состоит из двух основных компонентов:
Система преобразования энергии (PCS) управляет преобразованием переменного тока в постоянный и постоянного тока в переменный (переменный и постоянный ток — типы электричества), который поступает в батарею для зарядки или преобразуется в электрическую энергию из батареи. Аккумуляторы накапливают переменный ток и подают его в сеть.
Система управления батареей (BMS) отвечает за зарядку, балансировку и мониторинг состояния батареи, а также за микроконтроллер, обеспечивающий управление системой и связь.
Движущие силы систем хранения энергии
В быстро развивающейся энергетической отрасли все больше компаний выбирают возобновляемые источники энергии для удовлетворения различных потребностей, таких как:
- Выработка электроэнергии в автономном режиме
- Повышение устойчивости
- Повышение энергоэффективности
- Управление рисками
- Сокращение выбросов
- Сократите потребление энергии
Однако возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, подвержены влиянию погодных изменений, и системы ESS могут дополнять и смягчать прерывистость солнечной или ветровой энергии, накапливая энергию для последующего использования.
Например, когда солнечные панели страдают от облачности или дождя, технология ESS помогает поддерживать надежное электроснабжение и использовать накопленную энергию, когда это необходимо.
Кроме того, накопители энергии помогают электросетям, в том числе микросетям, работать более экономично, поскольку система работает при средней, а не пиковой нагрузке. Технология ESS также обеспечивает значительную ежегодную экономию средств.
Преимущества систем хранения энергии
Системы хранения энергии дают очевидные преимущества —-, начиная от упреждающего управления несоответствием между спросом и предложением электроэнергии и заканчивая повышением устойчивости энергосистемы.
Преимущества ESS включают, но не ограничиваются следующим:
- Обеспечение надежности критически важных услуг
- Повышение гибкости объекта
- Повышение устойчивости взаимозависимых сетей
- Удовлетворение нагрузки во время пикового спроса
- Подготовьте сеть к зарядке электромобилей (быстро)
- Обслуживание отдаленных населенных пунктов
В последние годы все больше внимания уделяется решениям в области хранения энергии. Например, стационарные накопители для повышения надежности, устойчивости и управления спросом на электроэнергию.
Риски систем хранения энергии
Системы хранения энергии несут в себе некоторые риски, такие как.
- Электрические пожары
- Перегрев
- Короткие замыкания
- Термическое разрушение
Например, ионные аккумуляторы, сочетающие в себе простые в изготовлении электролиты и энергичные материалы, могут стать причиной пожара в случае повреждения мембраны, что делает необходимым наличие интегрированной системы противопожарной защиты для раннего и надежного обнаружения пожара в системах хранения энергии на основе ионно-серебряных аккумуляторов.
Кроме того, широкое распространение калиевых батарей на базе электросетей сопряжено с определенными проблемами, связанными с их стоимостью, ограниченным сроком службы и безопасностью.
А экономические и технические факторы делают коммерческую целесообразность внедрения ЭСС весьма проблематичной. В результате технология ESS находится на разных стадиях внедрения во всем мире.
Типы технологий ЭСС
Исходя из формы хранения энергии (принципа хранения), технологии хранения энергии обычно делятся на пять типов, включая：
1. Накопление химической энергии
- Аммиак
- Водород
- Метанол
- Синтетический природный газ
- Синтетическое топливо
Химические накопители энергии используют электроэнергию для производства химических веществ, которые могут быть использованы в качестве топлива для выработки электроэнергии, транспорта или поддержки тепловой нагрузки.
Химические накопители энергии включают водород и другие богатые водородом химические энергоносители, произведенные из различных внутренних источников энергии (например, ископаемых, ядерных и возобновляемых) для использования в различных областях применения накопителей энергии, включая
- Тяжелые автомобили
- Электроэнергия в газ
- Электроэнергия в жидкость
- Производство стали
Водород можно хранить в виде газа в баллонах под давлением или больших подземных кавернах (сжатый газообразный H2), в виде жидкости в криогенной среде, предпочтительно низкотемпературной жидкости H2), а также в виде жидких или твердых гидридов (например, водорода и магния).
2. Хранение электрической энергии
Конденсатор
Суперконденсатор
Сверхпроводящие магнитные накопители энергии (SMES)
Суперконденсаторы, также известные как «электрохимические двухслойные конденсаторы» или «суперконденсаторы», — это мощные устройства с низким энергопотреблением, в которых для хранения энергии используется электрохимический двойной слой заряда.
Суперконденсаторы масштабируемы и могут выдерживать большое количество циклов (до 100 000) благодаря отсутствию химических реакций.
Системы SMES накапливают электрический ток в виде поля, создаваемого током, протекающим через сверхпроводящую катушку (охлажденную ниже критической точки температуры), и высвобождают энергию, разряжая катушку. Система хранения своевременно разряжается и имеет дополнительное преимущество — простое обслуживание электромагнитного поля.
3. Электрохимические накопители энергии/системы хранения энергии в аккумуляторах (BESS)
С тех пор как в 1800 году Алессандро Вота изобрел первую батарею, аккумуляторы приобрели множество форм, а также разнообразные перезаряжаемые элементы, отвечающие определенным требованиям к мощности и продолжительности работы.
Перезаряжаемая батарея：
Проточные батареи (варианты: ванадиевые редокс-батареи, ZnBr (цинк))
Свинцово-кислотные батареи и усовершенствованные свинцово-кислотные батареи (биполярные свинцово-кислотные, свинцово-углеродные)
Батареи Lon (включая LCO, LFP, LMO, LTO, NCA и NMC)
Натриево-ионная батарея
Натриево-серная батарея
Твердотельный аккумулятор
Концепция батарей ESS заключается в накоплении энергии за счет обратимых электрохимических реакций в одном или нескольких электрохимических элементах и преобразовании накопленной энергии в электрическую.
Батарейный блок — это единое устройство, а батарейный модуль — это элементы батареи, соединенные параллельно или последовательно. Батарейный блок состоит из ряда отдельных модулей и системы защиты, организованных вместе.
Традиционные аккумуляторные системы состоят из свинцово-кислотных батарей глубокого цикла. Однако в последние годы легкие, эффективные и масштабируемые литий-ионные батареи заняли лидирующие позиции и стали широко применяться в самых разных областях, включая мобильные телефоны, электромобили и интеллектуальные сети, стационарные накопители энергии.
Кроме того, литий-ионные батареи подходят для небольших и крупных систем, способных хранить несколько мегаватт-часов (МВт-ч) и поддерживать всю сеть. Например, система мощностью 100 МВт/ч может быть установлена менее чем на 0,5 акра земли.
Технология проточных батарей основана на циркуляции жидкого электролита, заряжающего или разряжающего электроны и вырабатывающего электричество за счет окислительно-восстановительных реакций (восстановление и окисление). Батареи Flow разработаны с использованием компонентов, пригодных для вторичной переработки, имеют более длительный срок службы и обеспечивают экономически эффективное и надежное питание.
4. Механические накопители энергии
Механические накопители энергии хранят энергию, полученную в результате движения. Примеры включают:
Адиабатические накопители энергии сжатого воздуха (ACAES)
Накопители энергии на сжатом воздухе (CAES)
Беспожарный локомотив
Маховичные накопители энергии (FES)
Насосные гидроаккумуляторы энергии (PHES)/Насосные гидроаккумуляторы энергии (PHS)
Накопители энергии на сжатом воздухе втягивают воздух и создают систему высокого давления в ряде больших подземных камер/пещер. Сжатый воздух, обычно смешанный с небольшим количеством природного газа, подается в генератор или электротурбину при резком увеличении спроса на электроэнергию или снижении скорости ветра.
Маховик накапливает энергию сети в быстро вращающемся роторе машины, поглощая и часто отдавая высокую мощность в течение короткого периода времени. Магнитное поле удерживает колесо в вакууме без трения, предотвращая потерю энергии. Кроме того, при необходимости выработки электроэнергии скорость вращения замедляется.
Системы накопления энергии на маховиках уравновешивают колебания спроса и предложения электроэнергии, рекуперируют энергию торможения электропоездов или обеспечивают кратковременное питание во время перебоев в подаче электроэнергии. По сравнению с другими системами хранения энергии эти системы отличаются низким воздействием на окружающую среду, низкими эксплуатационными расходами и длительным сроком службы.
Насосные гидроэлектростанции основаны на гравитационной концепции и предполагают использование турбин, использующих избыток электроэнергии для перекачки воды (в непиковые часы) в приподнятое водохранилище.
В пиковые периоды спроса на электроэнергию вода, хранящаяся в верхнем резервуаре, может перетекать в нижний резервуар и пропускаться через турбины для выработки электроэнергии.
По данным Министерства энергетики США, крупномасштабные проекты по хранению энергии используют гидронасосы для выработки электроэнергии и составляют около 95 % хранилищ в американских энергосистемах.
Однако строительство новых насосно-аккумулирующих станций сопряжено с трудностями, обусловленными такими факторами, как длительные сроки разработки и необходимость получения разрешений для крупных объектов водной инфраструктуры.
5. Хранение тепловой энергии
- Кирпичная печь для хранения
- Хранилище для льда Кондиционер
- Жидкостные воздушные хранилища энергии (LAES)
- Накопители энергии на основе расплавленной соли (MSES)
- Материалы для изменения фазы
- Solar Pond
- Аккумулятор пара
Системы аккумулирования тепловой энергии используют избыточную энергию для улавливания тепла и холода, а затем высвобождают ее по мере необходимости.
Например, расплавленная соль аккумулирует солнечное тепло, чтобы его можно было использовать, когда солнце не светит. Другой пример — хранение льда в зданиях, что позволяет снизить потребность в компрессорах, обеспечивая кондиционирование воздуха в течение длительного времени.
LAES использует избыток электроэнергии в сети для охлаждения окружающего воздуха и преобразования его в жидкий газ. Затем жидкость снова превращается в газообразное вещество под воздействием окружающего воздуха или за счет использования отработанного тепла, а расширенный газ используется для привода турбин, вырабатывающих электроэнергию.
Материалы с фазовым переходом используются в тепловых батареях, которые накапливают избыток электричества или тепла. Материалы, меняющие фазу (PCM), при смене фазы поглощают или выделяют достаточно энергии, чтобы обеспечить охлаждение или нагрев.
Например, материал накапливает тепло при переходе из твердого состояния в жидкое, снова переходит в твердое и отдает тепло для получения горячей воды и т.д.
Области применения аккумуляторных систем хранения энергии
Аккумуляторные системы могут заряжаться от электроэнергии, получаемой из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер.
Солнечные аккумуляторные батареи помогут предприятиям и домам стать более энергонезависимыми, обеспечивая надежное электроснабжение при длительных перебоях в подаче электроэнергии.
BESS универсальны и гибки в плане энергоемкости. Энергетическая безопасность, самодостаточность и резервное питание в чрезвычайных ситуациях являются ключевыми факторами, способствующими появлению систем хранения энергии в домашних условиях/аккумуляторов.
Домашние системы хранения энергии накапливают выработанное тепло или электричество, чтобы использовать его в нужный момент и снизить зависимость от электросети.