Moderna energilagringsenheter, de vanligaste typerna av energilagring

Energilagringsenheter är system som lagrar energi i olika former, såsom elektrokemisk, kinetisk, potential, elektromagnetisk, kemisk och termisk, med användning av till exempel bränsleceller, batterier, kondensatorer, svänghjul, tryckluft, hydrauliska ackumulatorer, supermagneter, väte, etc. .

Energilagringsenheter är en viktig resurs och används ofta för att tillhandahålla oavbruten ström eller för att stödja kraftsystemet under perioder av mycket kortvarig instabilitet.De spelar också en viktig roll i fristående förnybara energisystem.

Huvudkriterierna för energilagringsenheter som krävs för en specifik tillämpning är:

• mängden energi i termer av specifik energi (i Wh · kg -1) och energitäthet (i Wh · kg -1 eller Wh · l -1);
• elektrisk kraft, dvs. erforderlig elektrisk belastning;
• volym och massa;
• pålitlighet;
• varaktighet;
• säkerhet;
• pris;
• återvinningsbar;
• påverkan på miljön.

När du väljer energilagringsenheter bör följande egenskaper beaktas:

• specifik kraft;
• lagringskapacitet;
• specifik energi;
• reaktionstid;
• effektivitet;
• självurladdningshastighet / laddningscykler;
• känslighet för värme;
• laddning-urladdning liv;
• påverkan på miljön;
• kapital / driftskostnader;
• service.

Lagringsanordningar för elektrisk energi är en integrerad del av telekommunikationsutrustning (mobiltelefoner, telefoner, walkie-talkies, etc.), reservkraftsystem och hybridelektriska fordon i form av lagringskomponenter (batterier, superkondensatorer och bränsleceller).

Energilagringsanordningar, oavsett om de är elektriska eller termiska, anses vara kärnteknologier för ren energi.

Långsiktig energilagring har stor potential för en värld där vind- och solkraft dominerar tillskottet av nya kraftverk och successivt ersätter andra elkällor.

Vind och sol producerar bara vid vissa tidpunkter, så de behöver ytterligare teknik för att fylla luckorna.

I en värld där andelen intermittent, säsongsbetonad och oförutsägbar elproduktion ökar och risken för avsynkronisering med förbrukningen ökar, gör lagringen systemet mer flexibelt genom att absorbera alla fasskillnader mellan energiproduktion och energiförbrukning.

Ackumulatorer fungerar främst som en buffert och möjliggör enklare hantering och integrering av förnybara energikällor både i nätet och i byggnader, vilket ger en viss autonomi i frånvaro av vind och sol.

I generatorsystem kan de spara bränsle och hjälpa till att undvika generatorineffektivitet genom att tjäna belastningen under perioder med låg effektbehov när generatorn är minst effektiv.

Genom att buffra fluktuationer i förnybar produktion kan energilagring också minska frekvensen av generatorstarter.

I vind- och dieselsystem med hög penetrerande effekt (där den installerade vindkraften överstiger medelbelastningen) minskar även en mycket liten mängd lagring dramatiskt frekvensen av dieselstarter.

De vanligaste typerna av industriella energilagringsenheter:

Industriella energilagringsenheter

Elektrokemiska energilagringsanordningar

Batterier, särskilt blybatterier, förblir den dominerande energilagringsenheten.

Många konkurrerande batterityper (nickel-kadmium, nickel-metallhydrid, litiumjon, natriumsvavel, metall-luft, genomströmningsbatterier) överträffar blybatterier i en eller flera aspekter av prestanda som livslängd, effektivitet, energitäthet , laddnings- och urladdningshastighet, kall väderlek eller underhåll krävs.

I de flesta fall gör dock deras låga kostnad per kilowattimme kapacitet blybatterier till det bästa valet.

Alternativ som svänghjul, ultrakondensatorer eller vätgaslagring kan bli kommersiellt framgångsrika i framtiden, men är sällsynta idag.

Lithium-ion (Li-ion) batterier är nu en modern strömkälla för alla moderna hemelektronikenheter. Den volymetriska energitätheten för prismatiska litiumjonbatterier för bärbar elektronik har fördubblats till tre gånger under de senaste 15 åren.

Eftersom flera nya applikationer för Li-ion-batterier dyker upp, såsom elfordon och energilagringssystem, förändras celldesign och prestandakrav ständigt och innebär unika utmaningar för traditionella batteritillverkare.

Således blir det höga kravet på säker och pålitlig drift av högenergi-, högeffektdensitets-litiumjonbatterier oundviklig.

Tillämpning av elektrokemiska energilagringsenheter i kraftindustrin:

Ackumulatoranläggningar, användning av batterier för att lagra elektrisk energi

Elektrokemiska superkondensatorer

Superkondensatorer är elektrokemiska energilagringsenheter som kan laddas helt eller laddas ur på några sekunder.

Med sin högre effekttäthet, lägre underhållskostnader, breda temperaturområde och längre driftcykel jämfört med sekundära batterier, har superkondensatorer fått betydande forskningsuppmärksamhet under det senaste decenniet.

De har också en högre energitäthet än konventionella elektriska dielektriska kondensatorer.Lagringskapaciteten hos en superkondensator beror på den elektrostatiska separationen mellan elektrolytjonerna och elektroderna med stor ytarea.

Den lägre specifika energin hos superkondensatorer jämfört med litiumjonbatterier är ett hinder för deras utbredda användning.

Att förbättra prestanda hos superkondensatorer är nödvändigt för att möta behoven hos framtida system, från bärbar elektronik till elfordon och stor industriell utrustning.

Superkondensatorer i detalj:
Jonister (superkondensatorer) — anordning, praktisk tillämpning, fördelar och nackdelar

Energilagring av tryckluft

Lagring av tryckluftsenergi är ett sätt att lagra energi som produceras vid ett tillfälle för användning vid en annan tidpunkt. I en allmännyttig skala kan energi som genereras under perioder med lågt energibehov (lågtrafik) frigöras för att möta perioder med hög efterfrågan (topplast).

Trycklufts isotermisk lagring (CAES) är en ny teknik som försöker övervinna några av begränsningarna hos traditionella (diabatiska eller adiabatiska) system.

Kryogen energilagring

Storbritannien planerar att bygga 250 MWh lagring av flytande luft. Den kommer att kombineras med en park av förnybara energikällor och kompensera för deras avbrott.

Driftsättning är planerad till 2022. De kryogena energilagringsenheterna kommer att fungera tillsammans med Trafford Energy Park nära Manchester, där en del av elproduktionen kommer från solcellspaneler och vindkraftverk.

Denna lagringsanläggning kommer att kompensera för avbrott i användningen av dessa förnybara energikällor.

Funktionsprincipen för denna installation kommer att baseras på två cykler för att byta luftkonditionering.

Elektrisk energi kommer att användas för att dra in luft och sedan kyla den till mycket låga temperaturer (-196 grader) tills den blir flytande. Den kommer sedan att förvaras i stora, isolerade lågtryckstankar speciellt anpassade för denna användning.

Den andra cykeln kommer att äga rum när det finns behov av elektrisk energi. Den kryogena vätskan värms upp av en värmeväxlare för att fortsätta förångningen och återföra den till ett gasformigt tillstånd.

Avdunstning av kryogen vätska gör att volymen gas expanderar, vilket driver turbiner som genererar elektricitet.

Enheter för lagring av kinetisk energi

Ett svänghjul är en roterande mekanisk anordning som används för att lagra rotationsenergi. Svänghjulet kan fånga energi från intermittenta energikällor över tid och ge en kontinuerlig tillförsel av elektrisk energi till nätet.

Svänghjulsenergilagringssystem använder ingående elektrisk energi som lagras som kinetisk energi.

Även om fysiken i mekaniska system ofta är ganska enkel (som att vrida ett svänghjul eller lyfta vikter), är teknikerna som gör att dessa krafter kan användas effektivt och effektivt särskilt avancerade.

Högteknologiska material, de senaste datorstyrsystemen och innovativ design gör dessa system lämpliga för verkliga applikationer.

UPS-system för kommersiell kinetisk lagring består av tre delsystem:

• energilagringsanordningar, vanligtvis ett svänghjul;
• distributionsanordningar;
• en separat generator som kan startas för att ge feltålig kraft över energilagringskapaciteten.

Svänghjulet kan integreras med en reservgenerator, vilket förbättrar tillförlitligheten genom att direktansluta mekaniska system.

Mer om dessa enheter:

Apparater för lagring av kinetisk energi för kraftindustrin

Hur svänghjuls (kinetiska) energilagringsenheter är ordnade och fungerar

Högtemperatur supraledande magnetisk energilagring (SMES) för kraftnät:

Hur supraledande magnetiska energilagringssystem fungerar och fungerar