EN
Основні компоненти енергії Систем зберігання енергії
Медіуми зберігання енергії: від батарей до термальних резервуарів
Зберігання енергії має багато форм, кожна з яких підходить для різних цілей і пропонує унікальні переваги. Батареї є найбільш поширеним варіантом, що охоплює все, починаючи від простих олівцевокислотних блоків до передових літій-іонних пакетів і спеціалізованих систем поточних батарей. Свинцева кислота залишається популярною для екстреного резерву, оскільки вона працює надійно, не руйнуючи банку. Літій-іонна технологія почала розвиватися, коли пристрої мали потребу в більшій потужності, розміщені в менших просторах, що пояснює, чому ми бачимо їх всюди, від смартфонів до електромобілів. Потім є потокові батареї, які дійсно блискуть, коли вони мають справу з великими потребами у зберіганні завдяки тому, як легко вони масштабуються і проходять незліченні цикли зарядки, не втрачаючи багато потужності з часом.
Крім звичайних рішень для зберігання батарей, термальні резервуари, такі як баки розплавленої солі та блоки зберігання льоду, також відіграють важливу роль у підтримці енергетичного балансу в різних системах. Наприклад, розплавлену соль, яку часто зустрічають у великих центрах сонячної енергетики, де соль розплавляється до сотень градусів Цельсія і зберігає тепло, поки не буде потрібно знову виробляти електроенергію, навіть у хмарні дні або вночі, коли не світить сонце. Потім є технологія зберігання льоду, яку багато компаній встановлюють у своїх будівлях. Ці системи в основному заморожують воду в масивні блоки в часи, коли ціни на електроенергію низькі, а потім розплавляють її, щоб забезпечити кондиціонер в спекотні дні, коли всі інші платять високі ціни за охолодження.
При виборі відповідного середовища зберігання енергії необхідно враховувати застосування вимоги, показники ефективності та вартість. Оптимальне рішення часто включає поєднання різних технологій зберігання, щоб максимізувати ефективність та надійність.
Системи перетворення потужності: інвертори та контролери
Системи зберігання енергії по суті залежать від технологій перетворення енергії, щоб вирішити, як електрика переміщається між місцем зберігання і місцем, де люди її насправді використовують. Інвертори грають тут велику роль, оскільки вони приймають накопичену постійний струм (DC) і перетворюють його в змінний струм (AC), який працює з нашими звичайними електричними мережами і побутовими приладами. Коли ми дивимося на різні види інверторів, ми бачимо, що струнні інвертори працюють досить добре для будинків і менших установок. З іншого боку, центральні інвертори, як правило, краще підходять для великих проектів, таких як масивні сонячні ферми або промислові об'єкти, які повинні перетворювати величезні обсяги енергії відразу.
У поєднанні з інверторами, передові контролери дійсно підвищують ефективність систем, залишаються надійними і працюють ефективно. Те, що ці контролери роблять, це підтримують синхронізацію з мережовим зв'язком, що дуже важливо для безперешкодної роботи без хика. Вони регулюють потік енергії майже постійно, тому що електрика, яку виробляють, відповідає необхідності в будь-який момент. Це означає, що в цілому витрачається менше енергії, що в довгостроковій перспективі заощаджує гроші для тих, хто використовує ці системи.
Видільність систем перетворення енергії ще більше збільшується завдяки зростаючій необхідності інтеграції в мережу. З урахуванням того, що джерела відновлюваної енергії, такі як сонячна та вітрова, входять до головного потоку, ефективні механізми синхронізації є ключовими для забезпечення безперебійної доставки енергії.
Системи керування акумуляторами (BMS) для ефективності
Системи керування акумуляторами (BMS) є незамінними для ефективної роботи та тривалості розв'язків зберігання енергії. Їх основні функції включають моніторинг та керування станом акумулятора, забезпечення балансу заряду та підтримку оптимальних температурних умов. Ці функції допомагають запобігти загостренню акумулятора та продовжують його термін служби.
Сучасні технології BMS включають передбачувальну аналітику для покращення продуктивності, дозволяючи проводити передчасні дії для оптимізації здоров'я системи. Крім того, BMS є важливими для забезпечення безпеки та виконання нормативних вимог, оскільки вони можуть виявляти аномалії, такі як перегріvanня чи коливання напруги, запобігаючи потенційним небезпекам.
Безпека є ключовим аспектом БМС, оскільки неправильна експлуатація систем зберігання енергії може призвести до значних ризиків. З розвитком технологій системи БМС постійно вдосконалюються, пропонуючи кращі прогнозувальні можливості та солідне дотримання регуляцій, що робить їх незамінними для забезпечення безпечного використання систем зберігання енергії.
Типи систем зберігання енергії та їх механізми
Гідроакумуляційна енергозберігаюча система: гравітаційна енергія
Намалювальна гідрозапасова система, або коротко PHS, є одним з основних методів зберігання великих обсягів енергії. Основна ідея полягає в тому, щоб перемістити воду вгору, коли є надлишок енергії, а потім відпустити її назад через турбіни, щоб створити електрику, коли попит зростає. У всьому світі ці системи складають приблизно 95% всієї накопиченої енергії, хоча вони, як правило, працюють краще, коли географія дозволяє природні відмінності висоти між водосховищами. Але є певні перешкоди. Знайти відповідні місця залишається складним завданням, оскільки далеко не всі регіони мають гори або пагорби поблизу. Крім того, будівництво нових об'єктів часто викликає екологічні занепокоєння щодо змін у використанні землі та потенційних порушень місцевих екосистем. Ці проблеми означають, що планувачам потрібно ретельно подумати про вибір місця та втілювати належні гарантії протягом всього розвитку.
Літій-іонні батареї: електрохімічне зберігання
Літій-іонні батареї тепер майже всюди, коли мова йде про зберігання енергії, завдяки тому, як добре вони працюють хімічно. В основному все, що відбувається всередині них, це процес зарядки і розрядки, що дозволяє їм зберігати велику кількість енергії в невеликих просторах. Хоча ще багато роботи потрібно зробити з переробкою старих і забезпечення їх довготривалості, люди в різних місцях від домашніх гаражів до великих заводів почали використовувати їх у великих кількостях. Ми бачили багато прикладів, коли люди встановлюють ці батареї вдома або компанії включають їх у свою діяльність, що доводить, наскільки універсальними вони можуть бути, незалежно від того, де вони використовуються.
Теплове зберігання енергії: розплавлені солі та матеріали зміни фази
Зберігання теплової енергії за допомогою розплавлених солей і матеріалів з змінною фази (PCM) є цікавим способом захоплення і зберігання теплової енергії. Наприклад, сонячні електростанції, що виробляють енергію з концентрованої енергії, сильно залежать від зберігання розплавленої солі, оскільки вона дуже добре зберігає тепло. Коли мова йде про будівлі, інтеграція ПКМ в стіни або підлоги може допомогти керувати споживанням енергії протягом усього дня, дозволяючи будівлям переміщувати свою енергонавантаження в пікові часи. Але є й проблеми. Теплові втрати відбуваються, коли накопичена енергія не повністю втримується, а матеріали, як правило, розкладаються після повторних циклів нагріву. Дослідники з різних галузей продовжують працювати над рішеннями, щоб зробити ці системи більш надійними і економічно ефективними в практичних застосуваннях.
Системи маховика: кінетична енергія в русі
Моторні колеса - це досить крутий спосіб зберігання енергії, використовуючи рух, а не хімічні реакції. Основна ідея досить проста: крутити важке колесо дуже швидко, щоб схопити енергію, а потім сповільнити її, коли нам потрібна енергія. У порівнянні з батареями або іншими методами, вони можуть швидко реагувати, а також при необхідності надавати вражаючі виблиски енергії. Однак, ще багато роботи потрібно зробити, перш ніж ці системи стануть основним потоком. По-перше, виробничі витрати залишаються досить високими через спеціальні матеріали, необхідні для цих обмощувальних роторів. Крім того, компанії повинні конкурувати з такими відомими гравцями, як літій-іонні батареї, які домінують на більшості ринків. Якщо виробники хочуть, щоб моторолети стали популярними, їм потрібно буде багато інвестувати в дослідження, а також шукати розумні способи скорочення витрат на виробництво. Деякі експерти вважають, що ми можемо побачити значні прориви протягом наступного десятиліття, оскільки попит на альтернативні рішення зберігання продовжує рости в різних галузях, від управління мережами до електромобілів.
Абсорбція енергії під час періодів низького запиту
Зберігання енергії відіграє велику роль у захопу додаткової енергії, коли попит падає, що допомагає зберегти електричну мережу стабільною і дає місце для більшого використання відновлюваних джерел енергії. Коли сонячні панелі або вітрові турбіни виробляють більше електроенергії, ніж потрібно, ці пристрої для зберігання енергії вступають у дію, щоб не витрачати її зруйновано. Вони зберігають його, поки люди не будуть в ньому потребувати. Як це працює стає зрозумілим, коли дивитися на фактичні реалізації. Наприклад, сонячна енергія - в яскраві сонячні дні часто надходить набагато більше електроенергії, ніж споживає населення. Системи зберігання збирають надлишок і зберігають його на ніч або хмарні дні, коли продукція не виходить. Такий буфер дуже важливий для мереж, де в систему потрапляє багато відновлюваної енергії. Без належних варіантів зберігання ці мережі не зможуть підтримувати постійне постачання електроенергії в різний час дня і в різну погоду.
Протоколи вивантаження для стабільності мережі
Системи зберігання енергії покладаються на протоколи розряду, щоб зберегти стабільність мережі, коли потреби в енергії зростають і знижуються. Ці протоколи дозволяють системам швидко реагувати на зміни попиту, що допомагає підтримувати стабільне живлення, а також грає роль у управлінні піковими навантаженнями та збереженні частотних рівнів в прийнятних діапазонах. Реальні випробування показали, що ці технології добре працюють на практиці. Наприклад, споруди зберігання батарей по всій Каліфорнії успішно впроваджують аналогічні протоколи під час перерви електроперемикання. Регулюючі органи також потребують чітких рекомендацій, щоб ці протоколи могли працювати належним чином, не шкодуючи загальній надійності наших електромереж. Оскільки ми все більше інтегруємо вітер і сонячну енергію в наші мережі, такі стратегії розряду стають все більш важливими для підтримки балансу між виробництвом і споживанням.
Втрати ефективності та управління теплом
Системи зберігання енергії неминуче втрачають деяку ефективність під час циклів зарядки та розряду, але розуміння цих втрат дуже важливо для всіх, хто працює з ними. Одна велика проблема полягає в управлінні теплом - коли надто багато тепла накопичується, це просто знижує ефективність всієї системи. Кращі рішення для управління теплом дійсно допомагають, дозволяючи системам позбутися надлишкового тепла, перш ніж він викликає проблеми. Нові матеріали та більш розумні конструкції також зробили різницю, особливо ті, які спрямовані на зниження температури і забезпечення кращого струму електрики через компоненти. Якщо подивитися на фактичні цифри, то побачимо досить широкі відмінності у кількості втрачених енергій між різними технологіями зберігання. Ця відмінність підкреслює, чому продовження досліджень залишається таким важливим, якщо ми хочемо продовжувати вдосконалювати те, що ці системи можуть зробити, витрачаючи при цьому менше енергії.
Інтеграція в мережу та реальні застосування
Вирівнювання непостійності відновлюваної енергії
Системи зберігання енергії дуже важливі для вирішення проблеми непередбачуваності відновлюваної енергії. Коли сонця чи вітру занадто багато, ці системи зберігають додаткову енергію, щоб у нас була електрика навіть у хмарні дні або коли вітер утихає. Наприклад, у Каліфорнії почали підключати великі батареї до сонячних ферм по всьому штату. Ця установка допомагає підтримувати постійний потік енергії без всіх цих підйомів і падінь. Згідно з деякими даними Адміністрації енергетичної інформації США, краща надійність мережі означає менше відключень електроенергії в цілому. Але все ж, зробити так, щоб ці системи зберігання працювали належним чином з нашою нинішньою мережею нелегко. Є проблеми з тим, щоб все працювало гладко і чи це дійсно має фінансовий сенс для більшості громад зараз.
Зниження пікового споживання для управління попитом на рівні утиліт
Компанії комунальної служби сильно покладаються на пікове стригання, щоб тримати попит на енергію під контролем, коли мережа піддається стресу. В основному це означає скорочення споживання електроенергії в час супер-завантаженості, використовуючи накопичену енергію. Для цього існує багато різних технологічних рішень, але системи зберігання енергії виділяються як особливо корисні інструменти. Деякі реальні результати показують, що компанії економили гроші і працюють плавно після впровадження хороших стратегій пікового стригу, в основному завдяки цим системам зберігання. Озираючись вперед, ми бачимо нові розробки, такі як краще програмне забезпечення для прогнозування і штучний інтелект, які можуть допомогти управляти попитом у масштабі. Ці досягнення повинні працювати рука об руку з поточними проектами "розумної мережі" по всій країні.
Мікромережі та розв'язки аварійного запасу
Мікромережа - це, по суті, невелика енергосистема, яка може працювати самостійно або підключатися до більшої електромережі, і ці установки дійсно допомагають зробити громади більш стійкими до проблем з енергією. Коли відбувається перерив, акумулятори, що зберігаються всередині мікромереж, відразу ж вводять у дію необхідні послуги. Візьмімо, наприклад, те, що сталося в деяких частинах Нью-Йорка після того, як шторми тривали кілька днів без електроенергії. Області з хорошими мікромережами підтримували електрику, в той час як інші сиділи в темряві. Але встановлення таких систем не єдина ідея. У міських районах потрібні різні підходи, порівняно з сільськими, а також важливо визначити, де вмішаються сонячні панелі або вітрові турбіни. Отримання правильного балансу між локацією та доступними ресурсами визначає, чи дійсно мікромережа буде добре працювати, коли вона найважливіша.