התקני אחסון אנרגיה מודרניים, הסוגים הנפוצים ביותר של אגירת אנרגיה

התקני אחסון אנרגיה הן מערכות האוגרות אנרגיה בצורות שונות, כגון אלקטרוכימיים, קינטיים, פוטנציאלים, אלקטרומגנטיים, כימיים ותרמיים, תוך שימוש למשל בתאי דלק, סוללות, קבלים, גלגלי תנופה, אוויר דחוס, מצברים הידראוליים, מגנטים על, מימן וכו'. .

התקני אחסון אנרגיה הם משאב חשוב ומשמשים לעתים קרובות כדי לספק חשמל ללא הפרעה או לתמוך במערכת החשמל בתקופות של חוסר יציבות לטווח קצר מאוד. הם גם ממלאים תפקיד חשוב במערכות אנרגיה מתחדשת עצמאית.

הקריטריונים העיקריים להתקני אחסון אנרגיה הנדרשים ליישום ספציפי הם:

• כמות האנרגיה במונחים של אנרגיה ספציפית (בWh · kg -1) וצפיפות האנרגיה (בWh · kg -1 או Wh · l -1);
• כוח חשמלי, כלומר. עומס חשמלי נדרש;
• נפח ומסה;
• מהימנות;
• עֲמִידוּת;
• בִּטָחוֹן;
• מחיר;
• ניתן למחזור;
• השפעה על הסביבה.

בעת בחירת התקני אחסון אנרגיה, יש לקחת בחשבון את המאפיינים הבאים:

• כוח ספציפי;
• נפח אחסון;
• אנרגיה ספציפית;
• זמן תגובה;
• יְעִילוּת;
• קצב פריקה עצמית / מחזורי טעינה;
• רגישות לחום;
• חיי מטען-פריקה;
• השפעה על הסביבה;
• עלויות הון / תפעול;
• שֵׁרוּת.

התקני אחסון אנרגיה חשמלית הם חלק בלתי נפרד ממכשירי טלקומוניקציה (טלפונים ניידים, טלפונים, מכשירי קשר וכו'), מערכות גיבוי ורכבים חשמליים היברידיים בצורת רכיבי אחסון (סוללות, קבלי-על ותאי דלק).

התקני אחסון אנרגיה, בין אם חשמליים או תרמיים, מוכרים כטכנולוגיות ליבה של אנרגיה נקייה.

לאגירת אנרגיה לטווח ארוך יש פוטנציאל גדול לעולם שבו כוח הרוח והשמש שולטים בתוספת של תחנות כוח חדשות ומחליפות בהדרגה מקורות חשמל אחרים.

רוח ושמש מייצרים רק בזמנים מסוימים, ולכן הם זקוקים לטכנולוגיה נוספת שתעזור להשלים את החסר.

בעולם שבו חלקו של ייצור חשמל לסירוגין, עונתי ובלתי צפוי גדל והסיכון לביטול סנכרון עם הצריכה עולה, האחסון הופך את המערכת לגמישה יותר על ידי קליטת כל הפרשי הפאזות בין ייצור וצריכת אנרגיה.

מצברים משמשים בעיקר כחיץ ומאפשרים ניהול ושילוב קל יותר של מקורות אנרגיה מתחדשים הן ברשת והן בבניינים, ומציעים אוטונומיה מסוימת בהיעדר רוח ושמש.

במערכות גנרטור, הם יכולים לחסוך בדלק ולעזור למנוע חוסר יעילות של הגנרטור על ידי שירות העומס בתקופות של ביקוש להספק נמוך כאשר הגנרטור הכי פחות יעיל.

על ידי חציצה של תנודות בייצור מתחדש, אגירת אנרגיה יכולה גם להפחית את התדירות של הפעלת גנרטורים.

במערכות רוח ודיזל בעלות הספק חודר גבוה (בהן כוח הרוח המותקן עולה על העומס הממוצע), אפילו כמות קטנה מאוד של אחסון מפחיתה באופן דרמטי את תדירות ההפעלה של דיזל.

הסוגים הנפוצים ביותר של התקני אחסון אנרגיה תעשייתיים:

התקני אחסון אנרגיה תעשייתיים

מכשירים לאגירת אנרגיה אלקטרוכימית

סוללות, במיוחד סוללות חומצה עופרת, נותרו מכשיר אחסון האנרגיה השולט.

סוגי סוללות תחרותיות רבות (ניקל-קדמיום, ניקל-מתכת הידריד, ליתיום-יון, נתרן גופרית, מתכת-אוויר, סוללות זרימה) עולות על סוללות עופרת-חומצה בהיבט אחד או יותר של ביצועים כגון חיים, יעילות, צפיפות אנרגיה , קצב טעינה ופריקה, ביצועי מזג אוויר קר או תחזוקה נדרשים.

עם זאת, ברוב המקרים, העלות הנמוכה שלהם לכל קילוואט-שעה של קיבולת הופכת את סוללות העופרת לבחירה הטובה ביותר.

חלופות כגון גלגלי תנופה, קבלים אולטרה או אחסון מימן עשויות להפוך להצלחה מסחרית בעתיד, אך הן נדירות כיום.

סוללות ליתיום-יון (Li-ion) הן כעת מקור כוח מודרני לכל המכשירים האלקטרוניים המודרניים. צפיפות האנרגיה הנפחית של סוללות ליתיום-יון מנסרות לאלקטרוניקה ניידת הוכפלה פי שלושה במהלך 15 השנים האחרונות.

ככל שמופיעים מספר יישומים חדשים עבור סוללות Li-ion, כגון רכבים חשמליים ומערכות אחסון אנרגיה, עיצוב התא ודרישות הביצועים משתנות ללא הרף ומציבות אתגרים ייחודיים ליצרני הסוללות המסורתיים.

לפיכך, הדרישה הגבוהה לפעולה בטוחה ואמינה של סוללות ליתיום-יון בעלות אנרגיה גבוהה וצפיפות הספק גבוהה הופכת לבלתי נמנעת.

יישום של התקני אחסון אנרגיה אלקטרוכימיים בתעשיית החשמל:

מפעלי מצברים, שימוש בסוללות לאחסון אנרגיה חשמלית

קבלי-על אלקטרוכימיים

קבלי-על הם התקני אחסון אנרגיה אלקטרוכימיים הניתנים לטעינה או פריקה מלאה תוך שניות.

עם צפיפות ההספק הגבוהה שלהם, עלויות תחזוקה נמוכות יותר, טווח טמפרטורות רחב ומחזור עבודה ארוך יותר בהשוואה לסוללות משניות, קבלי-על זכו לתשומת לב מחקרית משמעותית בעשור האחרון.

יש להם גם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר מאשר קבלים דיאלקטריים חשמליים רגילים.קיבולת האחסון של קבל-על תלויה בהפרדה האלקטרוסטטית בין יוני האלקטרוליטים לאלקטרודות שטח הפנים הגדולות.

האנרגיה הספציפית הנמוכה יותר של קבלי-על בהשוואה לסוללות ליתיום-יון מהווה מכשול לשימוש הנרחב שלהם.

שיפור הביצועים של קבלי-על הכרחי כדי לענות על הצרכים של מערכות עתידיות, החל מאלקטרוניקה ניידת ועד כלי רכב חשמליים וציוד תעשייתי גדול.

קבלי-על בפירוט:
יוניסטים (קבלי-על) - מכשיר, יישום מעשי, יתרונות וחסרונות

אחסון אנרגיית אוויר דחוס

אגירת אנרגיית אוויר דחוס היא דרך לאגור אנרגיה שהופקה בזמן אחד לשימוש בזמן אחר. בקנה מידה שירות, ניתן לשחרר אנרגיה שנוצרת בתקופות של ביקוש נמוך לאנרגיה (לא שיא) כדי לעמוד בתקופות של ביקוש גבוה (עומס שיא).

אחסון איזותרמי של אוויר דחוס (CAES) היא טכנולוגיה חדשה המנסה להתגבר על חלק מהמגבלות של מערכות מסורתיות (דיאבטיות או אדיאבטיות).

אגירת אנרגיה קריוגנית

בריטניה מתכננת לבנות 250 MWh של אחסון אוויר נוזלי. הוא ישולב עם פארק של מקורות אנרגיה מתחדשים ויפצה על ההפרעות שלהם.

ההפעלה מתוכננת לשנת 2022. יחידות אגירת האנרגיה הקריוגנית יעבדו בשיתוף עם פארק האנרגיה טראפורד ליד מנצ'סטר, שבו חלק מייצור החשמל מגיע מפאנלים פוטו-וולטאיים ומטורבינות רוח.

מתקן אחסון זה יפצה על הפרעות בשימוש במקורות אנרגיה מתחדשים אלו.

עקרון הפעולה של מתקן זה יתבסס על שני מחזורים של החלפת המזגן.

אנרגיה חשמלית תשמש כדי לשאוב אוויר ואז לקרר אותו לטמפרטורות נמוכות מאוד (-196 מעלות) עד שיהפוך לנוזלי. לאחר מכן הוא יאוחסן במיכלים גדולים ומבודדים בלחץ נמוך המותאמים במיוחד לשימוש זה.

המחזור השני יתקיים כאשר יש צורך באנרגיה חשמלית. הנוזל הקריוגני מחומם על ידי מחליף חום כדי להמשיך את האידוי ולהחזירו למצב גזי.

אידוי של נוזל קריוגני גורם להתרחבות נפח הגז, מה שמניע טורבינות המייצרות חשמל.

התקני אחסון אנרגיה קינטית

גלגל תנופה הוא מכשיר מכני מסתובב המשמש לאגירת אנרגיה סיבובית. גלגל התנופה יכול ללכוד אנרגיה ממקורות אנרגיה לסירוגין לאורך זמן ולספק אספקה ​​רציפה של אנרגיה חשמלית לרשת.

מערכות אחסון אנרגיה של גלגל תנופה משתמשות באנרגיה חשמלית קלט הנאגרת כאנרגיה קינטית.

למרות שהפיזיקה של מערכות מכניות היא לרוב די פשוטה (כגון סיבוב גלגל תנופה או הרמת משקולות למעלה), הטכנולוגיות המאפשרות שימוש יעיל ויעיל בכוחות אלו מתקדמות במיוחד.

חומרי היי-טק, מערכות בקרת המחשב העדכניות ביותר ועיצוב חדשני הופכים את המערכות הללו למתאימות ליישומים אמיתיים.

מערכות UPS לאחסון קינטי מסחרי מורכבות משלוש מערכות משנה:

• התקני אחסון אנרגיה, בדרך כלל גלגל תנופה;
• מכשירי הפצה;
• גנרטור נפרד שניתן להפעיל כדי לספק כוח סובלני לתקלות על קיבולת אחסון האנרגיה.

ניתן לשלב את גלגל התנופה עם גנרטור גיבוי, המשפר את האמינות על ידי חיבור ישיר של מערכות מכניות.

עוד על מכשירים אלו:

התקני אחסון אנרגיה קינטית לתעשיית החשמל

כיצד מסודרים ופועלים התקני אחסון אנרגיה של גלגל תנופה (קינטי).

אחסון אנרגיה מגנטית מוליכת-על בטמפרטורה גבוהה (SMES) עבור רשתות חשמל:

כיצד פועלות ופועלות מערכות אחסון אנרגיה מגנטית מוליכות-על