1. Επισκόπηση
Η τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να κατηγοριοποιηθεί γενικά σε φυσική αποθήκευση και χημική αποθήκευση. Η φυσική αποθήκευση περιλαμβάνει τεχνολογίες όπως η αποθήκευση με αντλιοστάσια, ο πεπιεσμένος αέρας, η αποθήκευση με σφόνδυλο, η αποθήκευση με βαρύτητα και η αποθήκευση με αλλαγή φάσης. Η χημική αποθήκευση περιλαμβάνει μπαταρίες ιόντων λιθίου, μπαταρίες ροής, μπαταρίες ιόντων νατρίου και τεχνολογίες αποθήκευσης υδρογόνου (αμμωνίας).
Η νέα αποθήκευση ενέργειας αναφέρεται σε τεχνολογίες αποθήκευσης που παράγουν κυρίως ηλεκτρική ενέργεια, εξαιρουμένης της αντλησιοταμίευσης. Σε σύγκριση με την αντλησιοταμίευση, οι νέες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας προσφέρουν ευέλικτη χωροθέτηση, σύντομες περιόδους κατασκευής, ταχεία απόκριση και ποικίλα λειτουργικά χαρακτηριστικά.
Οι νέες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας εφαρμόζονται ευρέως σε διάφορους τομείς του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, αλλάζοντας ριζικά τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των παραδοσιακών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Έχουν γίνει απαραίτητες για την ασφαλή, σταθερή και οικονομική λειτουργία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας.
2. Αποθήκευση Μηχανικής Ενέργειας
Η αποθήκευση μηχανικής ενέργειας περιλαμβάνει κυρίως την αποθήκευση ενέργειας από πεπιεσμένο αέρα και την αποθήκευση ενέργειας από σφόνδυλο.
Αποθήκευση Ενέργειας Πεπιεσμένου Αέρα (CAES): Το CAES χρησιμοποιεί την πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλής ζήτησης για τη συμπίεση αέρα, ο οποίος αποθηκεύεται και αργότερα απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια περιόδων αιχμής για την παραγωγή ενέργειας μέσω της κίνησης ενός αεριοστροβίλου. Το CAES είναι κατάλληλο για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας, όπως τα αιολικά πάρκα, λόγω των δυνατοτήτων εξισορρόπησης αιχμής, αλλά απαιτεί συγκεκριμένες γεωγραφικές συνθήκες.
Αποθήκευση Ενέργειας με Σφόνδυλο: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για την επιτάχυνση ενός ρότορα τοποθετημένου σε κενό, μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική ενέργεια για αποθήκευση. Η αποθήκευση ενέργειας με σφόνδυλο χαρακτηρίζεται από μικρές διάρκειες εκφόρτισης και μικρότερες χωρητικότητες, καθιστώντας την ιδανική για εφαρμογές όπως αδιάλειπτα τροφοδοτικά (UPS) και ρύθμιση συχνότητας. Ωστόσο, η ενεργειακή της πυκνότητα είναι σχετικά χαμηλή, διατηρώντας την ισχύ μόνο για λίγα δευτερόλεπτα έως λεπτά.
3. Ηλεκτροχημική Αποθήκευση Ενέργειας
Η ηλεκτροχημική αποθήκευση ενέργειας είναι ένας εξέχων τομέας που περιλαμβάνει διάφορους τύπους μπαταριών:
Μπαταρίες ιόντων λιθίου: Η πιο ώριμη και ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία ηλεκτροχημικής αποθήκευσης, η οποία βρίσκεται σήμερα σε μεγάλης κλίμακας παραγωγή και παρουσιάζει την ταχύτερη ανάπτυξη και το υψηλότερο μερίδιο αγοράς.
Μπαταρίες μολύβδου-οξέος: Αυτές οι μπαταρίες έχουν ηλεκτρόδια κατασκευασμένα κυρίως από μόλυβδο και τα οξείδια του με ηλεκτρολύτη θειικού οξέος. Είναι μια ώριμη τεχνολογία με σταθερή απόδοση, αλλά υποφέρουν από μεγάλους χρόνους φόρτισης, υψηλή ρύπανση και μικρή διάρκεια ζωής.
Μπαταρίες Ροής: Βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της επίδειξης εφαρμογής τους, και μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση τα ηλεκτρολυτικά τους συστήματα σε μπαταρίες ροής οξειδοαναγωγής βαναδίου, μπαταρίες ροής ψευδαργύρου-σιδήρου, μπαταρίες ροής ψευδαργύρου-βρωμίου και μπαταρίες ροής σιδήρου-χρωμίου. Οι μπαταρίες ροής οξειδοαναγωγής βαναδίου είναι οι πιο εμπορευματοποιημένες, ενώ οι υπόλοιπες εξακολουθούν να επιταχύνουν προς τη βιομηχανοποίηση.
Μπαταρίες ιόντων νατρίου: Αυτές οι μπαταρίες χρησιμοποιούν την παρεμβολή και την απο-παρεμβολή ιόντων νατρίου μεταξύ της ανόδου και της καθόδου για φόρτιση και εκφόρτιση. Η τεχνολογία ιόντων νατρίου βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο και βρίσκεται υπό περαιτέρω έρευνα και δοκιμές.
4. Ηλεκτρομαγνητική Αποθήκευση Ενέργειας
Η ηλεκτρομαγνητική αποθήκευση ενέργειας περιλαμβάνει την υπεραγώγιμη μαγνητική αποθήκευση ενέργειας (SMES) και την αποθήκευση ενέργειας με υπερπυκνωτές, κατάλληλη για εφαρμογές που απαιτούν ταχεία εκφόρτιση και υψηλή ισχύ.
Υπεραγώγιμη Μαγνητική Αποθήκευση Ενέργειας (SMES): Αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια σε μαγνητικό πεδίο με δυνατότητες ταχείας φόρτισης/εκφόρτισης και υψηλή πυκνότητα ισχύος. Παρά τη διαθεσιμότητα εμπορικών προϊόντων SMES χαμηλής και υψηλής θερμοκρασίας, η εφαρμογή τους σε δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας παραμένει περιορισμένη λόγω του υψηλού κόστους και της πολύπλοκης συντήρησης των υπεραγώγιμων υλικών, γεγονός που τα διατηρεί σε πειραματικό στάδιο.
Υπερπυκνωτές: Αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας ηλεκτροστατικές αρχές, με χαμηλή αντοχή τάσης του διηλεκτρικού υλικού. Επομένως, οι υπερπυκνωτές έχουν περιορισμένη χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας, χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και υψηλό επενδυτικό κόστος.
5. Αποθήκευση Χημικής Ενέργειας
Η χημική αποθήκευση ενέργειας αναφέρεται κυρίως σε τεχνολογίες αποθήκευσης υδρογόνου. Αυτές μετατρέπουν την διαλείπουσα ή την πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια σε υδρογόνο μέσω ηλεκτρόλυσης για αποθήκευση, η οποία μπορεί να μετατραπεί ξανά σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας κυψέλες καυσίμου ή άλλες συσκευές παραγωγής ενέργειας όταν χρειάζεται.
Σύμφωνα με την «Έρευνα για την Ανάπτυξη των Σταθμών Αποθήκευσης Ενέργειας Υδρογόνου» από την Polaris, η τρέχουσα απόδοση παραγωγής ενέργειας από συστήματα κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι περίπου 45%. Λαμβάνοντας υπόψη την απώλεια ενέργειας κατά την ηλεκτρόλυση του νερού, η συνολική απόδοση του συστήματος παραγωγής ενέργειας από αποθήκευση υδρογόνου είναι περίπου 35%. Η βελτίωση της απόδοσης μετατροπής ενέργειας αποτελεί κρίσιμη πρόκληση και η μεγάλης κλίμακας βιομηχανική ανάπτυξη της αποθήκευσης ενέργειας υδρογόνου απαιτεί σημαντικό χρόνο.
