Как работят системите за съхранение на енергия

Основни компоненти на енергията Складови системи

Медии за съхраняване на енергия: От батерии до термални резervoари

Съхранението на енергия има много форми, всяка от които е подходяща за различни цели и предлага уникални ползи. Батериите са най-разпространеният вариант, покриващ всичко от прости оловни и киселинни агрегати до усъвършенствани литиево-йонни пакети и специализирани системи за поточни батерии. Свинцевата киселина остава популярна за спешни резервни нужди, защото работи надеждно, без да разваля банката. Литиево-йонната технология се разрастваше, когато устройствата се нуждаеха от повече енергия, опаковани в по-малки пространства, което обяснява защо ги виждаме навсякъде от смартфони до електрически автомобили днес. След това има поточни батерии, които наистина блестят, когато се справят с огромни изисквания за съхранение благодарение на това колко лесно се мащабират и издържат през безброй цикли на зареждане, без да губят много капацитет с течение на времето.

Освен обикновените решения за съхранение на батерии, топлинните резервоари като резервоари за разтопена сол и ледени съхранения също играят важна роля за поддържане на енергийния баланс в различните системи. Вземете разтопената сол например, която обикновено се среща в тези големи соларни централи, където топят солта до стотици градуси по Целзий и съхраняват топлината, докато не се нуждаят от електричество отново, дори в облачни дни или през нощта, когато няма слънце. Има и технология за съхранение на лед, която много фирми всъщност инсталират в сградите си в наши дни. Тези системи в основата си замразяват водата в масивни блокове по време на ниски цени на електричеството, а след това я стопяват отново, за да осигурят климатик по горещите следобеди, когато всички останали плащат високи цени за охлаждане.

При избора на подходящ носител за съхранение на енергия трябва да се вземе предвид, че приложение изисквания, показатели за ефективност и разходи. Оптималното решение често включва комбиниране на различни технологии за съхранение, за да се увеличи максимално ефективността и надеждността.

Системи за преобразуване на мощност: Инвертори и контролери

Системите за съхранение на енергия наистина зависят от технологията за преобразуване на енергия, за да се справят с това как електричеството се движи между мястото, където е съхранявано и мястото, където хората действително го използват. Инверторите играят голяма роля тук, тъй като вземат съхраняваната ток и я превръщат в променлив ток, който работи с нашите обикновени електрически мрежи и домакински уреди. Когато погледнем различните видове инвертори, откриваме, че струновите инвертори работят доста добре за домове и по-малки инсталации. От друга страна, централните инвертори са по-подходящи за по-големи проекти като тези масивни слънчеви ферми или индустриални съоръжения, които трябва да преобразуват огромни количества енергия наведнъж.

Когато се комбинират с инвертори, напредналите контролери наистина подобряват ефективността на системите, остават надеждни и работят ефективно. Това, което правят тези контролъри е да поддържат всичко синхронизирано правилно с мрежата, нещо много важно за поддържане на нещата да работят гладко без хълцания. Те управляват потока на енергия почти постоянно, така че каквото и електричество да се генерира всъщност съответства на това, което е необходимо в даден момент. Това означава по-малко енергия, която се губи, което спестява пари в дългосрочен план за тези, които работят с тези системи.

Важността на системите за преобразуване на енергия се усилва още повече поради растящата необходимост от интеграция в мрежата. При влизането на възобновяемите източници на енергия, като слънчева и вятъчна, в основния поток, ефективните механизми за синхронизиране са жизненоважни, за да се гарантира непрекъснатото доставяне на енергия.

Системи за управление на батерии (BMS) за ефективност

Системите за управление на батерии (BMS) са неотделима част от ефективното функциониране и продължителния срок на служба на решенията за батерейно съхраняване. Най-важните им функции включват наблюдение и управление на състоянието на батерията, осигуряване на баланс при зареждането и поддържане на оптимални температурни условия. Тези функции помагат да се предотврати разрушаването на батерията и да се удължи нейният срок на служба.

Модерните технологии BMS включват предиктивен анализ, за да се подобрени производствените показатели, позволявайки предварителни действия за оптимизация на здравето на системата. Помимо това, BMS са ключови за осигуряване на безопасност и спазване на правилата, тъй като могат да забелязват аномалии като превъзходен нагрев или флуктуации на напрежението, предотвратявайки потенциални опасности.

Безопасността е ключов аспект на БМС, тъй като грешката в управлението на системи за съхраняване на енергия може да доведе до значителни рискове. С развитието на технологии, системите БМС непрекъснато се подобряват, предлагайки по-добри предиктивни възможности и силно спазване на регулации, което ги прави незаменими при осигуряването на безопасна реализация на системи за съхраняване на енергия.

Видове на системи за съхраняване на енергия и техните механизми

Пумповано воден склад: Гравитационно приводено енергийно съхраняване

Използването на помпени хидрозахранвателни системи (PHS) е един от основните методи за съхранение на големи количества енергия. Основната идея е да се движи водата нагоре, когато има излишък на енергия, и след това да се пусне да тече обратно надолу през турбините, за да се създаде електричество, когато търсенето нарасне. По света тези системи съставляват около 95% от всички запазени енергийни капацитети, въпреки че те са склонни да работят най-добре, когато географията позволява естествени разлики в височината между резервоарите. Но определено има пречки. Да се намерят подходящи места остава трудно, тъй като не всеки регион има планини или хълмове в близост. Освен това изграждането на нови съоръжения често поражда опасения за околната среда относно промените в земеползването и потенциалните нарушения на местните екосистеми. Тези въпроси означават, че планиращите трябва да мислят внимателно за избора на място и да прилагат подходящи предпазни мерки по време на развитието.

Литиеви ионни батерии: Електрохимично накопяване

Литиево-йонните батерии са почти навсякъде, когато става въпрос за съхранение на енергия, благодарение на това колко добре работят химически. В основата си това, което се случва вътре в тях е, че те преминават през процес на зареждане и разрязване, което им позволява да събират доста енергия в малки пространства. Въпреки че все още има много работа, необходима за рециклиране на старите и за да се уверите, че са устойчиви в дългосрочен план, хората на всички места от домашни гаражи до големи фабрики са започнали да ги използват в големи количества. Виждали сме много примери от реалния свят, където хората инсталират тези батерии у дома или компаниите ги включват в своите операции, доказвайки колко многостранни могат да бъдат, независимо къде се използват.

Термично енергийно съхраняване: топли соли и материали с промяна на фазата

Съхраняването на топлинна енергия чрез разтопена сол и материали за промяна на фазата (PCM) представлява интересен начин за улавяне и задържане на топлинна енергия. Вземете например концентрирани слънчеви електроцентрали, те разчитат силно на съхранение на разтопена сол, защото тя работи толкова добре за задържане на топлина с течение на времето. Когато става въпрос за сгради, интегрирането на PCM в стени или подове може да помогне за управление на потреблението на енергия през целия ден, което позволява на сградите да изместят енергийната си натоварване по време на пиковите часове. Но има и проблеми. Термичните загуби се случват, когато запазената енергия не е напълно съхранена, а материалите са склонни да се разграждат след многократни цикли на нагряване. Изследователи от различни индустрии продължават да работят върху решения, които да направят тези системи по-надеждни и икономически ефективни в практическите приложения.

Системи с вихла: Кинетична енергия в движение

Флаевите колела са доста добър начин за съхранение на енергия, използвайки движение, а не химически реакции. Основната идея е много проста: въртите тежкото колело много бързо, за да улавите енергия, а след това я забавете, когато се нуждаем от енергия. Това, което прави летящите колела изключителни, е колко бързо могат да реагират в сравнение с батериите или други методи, плюс това, че при необходимост доставят впечатляващи изблици на енергия. Въпреки това, все още има работа, която трябва да се направи, преди тези системи да станат майнстрийм. За начало, производствените разходи остават доста високи поради специализираните материали, необходими за тези въртящи се ротори. Освен това компаниите трябва да се конкурират с утвърдени играчи като литиево-йонните батерии, които доминират на повечето пазари в момента. Ако производителите искат да спечелят тракция, ще трябва да инвестират много в изследвания, докато намират умни начини да намалят разходите за производство. Някои експерти смятат, че може да видим значителни пробиви през следващото десетилетие, тъй като търсенето на алтернативни решения за съхранение продължава да расте в индустриите от управлението на мрежата до електрическите превозни средства.

Абсорбция на енергия по време на периоди с ниска зареда

Съхранението на енергия играе голяма роля в улавянето на допълнителна енергия, когато търсенето намалява, което помага да се поддържа стабилна електрическата мрежа и прави място за повече възобновяеми източници на енергия. Когато слънчевите панели или вятърните турбини произвеждат повече електричество, отколкото е необходимо, тези решения за съхранение се намесят, така че никоя от тази енергия да не се губи. Съхраняват го, докато хората се нуждаят от него по-късно. Начинът, по който това работи става ясно, когато се погледне на действителните изпълнения. Вземете например слънчевата енергия - в светли слънчеви дни често се получава много повече електричество, отколкото домакинствата консумират. Системите за съхранение хващат излишъка и го съхраняват за нощи или облачни дни, когато производството е малко. Този тип буфер е много важен за мрежите, където много възобновяема енергия се влива в системата. Без подходящи опции за съхранение, тези мрежи ще се борят да поддържат последователно доставяне на енергия през променящите се метеорологични условия и различните часове на деня.

Протоколи за разтоварване за стабилност на мрежата

Системите за съхранение на енергия разчитат на протоколи за освобождаване, за да поддържат стабилна мрежата, когато нуждите от енергия се увеличават и намаляват. Тези протоколи позволяват на системите да реагират бързо на промени в търсенето, което помага за поддържане на стабилно захранване с енергия, като същевременно играе роля в управлението на пиковите натоварвания и поддържането на честотните нива в приемливи диапазони. Тестванията в реалния свят показват, че тези технологии работят добре на практика. Например, съоръженията за съхранение на батерии в Калифорния успешно са прилагали подобни протоколи по време на прекъсвания на тока. Регулаторните органи също се нуждаят от ясни насоки, за да могат тези протоколи да функционират правилно, без да се компрометира цялостната надеждност на нашите електроенергийни мрежи. Тъй като интегрираме повече вятър и слънчеви системи в нашите мрежи, тези стратегии за интелигентно освобождаване стават все по-важни за поддържане на баланс между производството и потреблението.

Загуби на ефективност и управление на топлината

Системите за съхранение на енергия неизбежно губят известна ефективност по време на цикъла на зареждане и разрязване, но разбирането на тези загуби е много важно за всеки, който работи с тях. Един голям проблем идва от управлението на топлината - когато се натрупва твърде много топлина, тя просто разяжда ефективността на цялата система. По-добри решения за топлоуправление наистина помагат тук, позволявайки на системите да се отърват от излишната топлина, преди да е причинила проблеми. Новите материали и по-интелигентните проекти също са направили разлика, особено тези, насочени към поддържане на ниски температури и осигуряване на по-добър поток на електричество през компонентите. Поглеждайки действителните числа, виждаме доста големи разлики в количеството енергия, която се губи между различните технологии за съхранение. Тази разлика подчертава защо продължаващите изследвания остават толкова важни, ако искаме да продължим да подобряваме това, което тези системи могат да правят, като по този начин губим по-малко енергия.

Интеграция в мрежата и реални приложения

Балансиране на променливостта на възобновяемата енергия

Системите за съхранение на енергия са наистина важни за справяне с това колко непредсказуема може да бъде възобновяемата енергия. Когато има твърде много слънце или вятър, тези системи съхраняват допълнителната енергия, така че ние все още имаме електричество дори в облачни дни или когато вятърът утихне. Вземете Калифорния например, където те започнаха да свързват големи батерии към слънчеви ферми в целия щат. Тази конфигурация помага за поддържане на енергията да тече стабилно без всички тези възходи и падения. Според някои данни от американската администрация за енергийна информация, по-добрата надеждност на мрежата означава по-малко прекъсвания на тока като цяло. Все пак, да направим тези решения за съхранение да работят правилно с настоящата ни мрежа не е лесно. Има проблеми с това да се уверим, че всичко работи гладко и дали всъщност има финансов смисъл за повечето общности в момента.

Пик на избръскване за управление на търсенето в мащаб на комунални услуги

Компанниите за комунални услуги разчитат на пиковия период, за да поддържат енергийното търсене под контрол, когато мрежата е подложени на стрес. Това означава да намалим консумацията на електричество по време на тези изключително натоварени часове, като вместо това използваме запазена енергия. За тази цел съществуват много различни технологични решения, но системите за съхранение на енергия се отличават като особено полезни инструменти. Някои резултати от реалния свят показват, че компаниите спестяват пари и работят по-лесно след прилагане на добри стратегии за пиково бръснене, до голяма степен благодарение на тези системи за съхранение. Гледайки напред, виждаме нови разработки като по-добър софтуер за прогнозиране и изкуствен интелект, които могат да помогнат за управлението на търсенето в мащаб. Тези постижения трябва да работят ръка за ръка с текущите проекти за интелигентни мрежи в цялата страна.

Микрорезервоари и решения за аварийно задържане

Микромрежата е в основата си малка енергийна система, която може да работи сама или да се свърже с по-голямата електроенергийна мрежа, и тези настройки наистина помагат да направят общностите по-устойчиви срещу проблеми с енергията. Когато има прекъсване, батериите, съхранявани в микросистемите, се включват веднага, за да поддържат основните услуги. Вземете какво се случи в някои части на Ню Йорк след бури, които отнеха електроенергията за дни. Районите с добри микросистеми поддържаха електричество, докато други бяха в тъмнина. Въпреки това, създаването на тези системи не е еднообразно. Градските райони се нуждаят от различни подходи в сравнение с селските места, плюс това, че е много важно да се разбере къде слънчевите панели или вятърните турбини се вписват в комбинацията. Извличането на правилния баланс между специфичните местоположения и наличните ресурси определя дали микромрежата ще работи добре, когато е най-важна.