1. Mikä on ESS? Katsaus energian varastointijärjestelmään
Energian varastointi on prosessi, jossa energiaa muutetaan muotoon, joka voi esiintyä luonnossa luotettavammin, ja sitten säilytetään tavalla, joka tekee siitä saatavilla tarvittaessa. Kun energiaa luodaan, muutetaan, siirretään ja käytetään, tarjonnan ja kysynnän välillä on usein eroja määrän, muodon, leviämisen ja ajan suhteen. Energian varastointiteknologian käyttö energian varastointiin ja vapauttamiseen voi tasoittaa näitä eroja. Tämä tekee energian tarjonnasta ja kysynnästä tasaisemman ja parantaa energiatehokkuutta. Mekaaninen energia, lämpöenergia, kemiallinen energia, säteily- (valo) energia, sähkömagneettinen energia, ydinenergia ja muut energiatyypit voidaan jakaa eri ryhmiin. Säteilyenergian lisäksi kaikki muut energiatyypit voidaan varastoida standardimuodoissa. Esimerkiksi mekaaninen energia voidaan varastoida kineettisenä tai potentiaalienergiana, sähköenergia voidaan varastoida indusoituna kenttäenergiana tai sähköstaattisena kenttäenergiana, lämpöenergia voidaan varastoida latenttina lämpönä tai aistittavana lämpönä, ja ydinenergia on puhdas energian varastointimuoto. Energian varastointitapoja ovat pumppausenergian varastointi, paineilman varastointi, vauhtipyörän varastointi, akkuvarastointi, terminen varastointi ja vedyn varastointi.
Tällä hetkellä akkuja käytetään yleisemmin energian varastointiin mikroverkoissa, koska ne ovat kypsiä tuotteita, joilla on paljon käyttökokemusta. Akkuenergian varastointijärjestelmässä on useita osia, mukaan lukien pääasiassa energian varastointiakkuyksikkö, akunhallintajärjestelmä (BMS), jännitteennostomuuntaja, energian varastointiin tarkoitettu kaksisuuntainen muunninlaite (PCS), energian varastoinnin seurantajärjestelmä ja joitakin muita osia. Kun verkko katkeaa, energian varastointijärjestelmä voidaan kytkeä verkkoyhteydestä toimimaan itsenäisesti. Se toimii sitten varavirtalähteenä koko mikroverkkojärjestelmälle pitäen jännitteen ja virran vakaina, kun se ei ole kytkettynä verkkoon.
2. Energiaa varastoivan akun valitseminen
2.1 Lyijyhiiliakku
Lyijy-hiilikakku on uudentyyppinen energian varastointilaite, joka on valmistettu lisäämällä kapasitiivisia hiilimateriaaleja tavallisen lyijyakun negatiiviseen elektrodiin. Tämä voidaan tehdä joko "sisäisesti ja" tai "sisäisesti sekoitettuna". Lyijy-hiilikakut ovat kuin sekä tavalliset lyijyakut että superkondensaattorit. Ne voivat parantaa tavallisten lyijyakkujen toimintaa paljon monella tapaa, ja tässä on joitakin niiden tieteellisistä eduista:
1. korkea latauskerroin;
2. syklin käyttöikä on 4–5 kertaa tavallisten lyijyakkujen käyttöikä;
3. hyvä turvallisuus;
4. korkea regeneroinnin hyötysuhde (jopa 97 %), paljon korkeampi kuin muilla kemiallisilla akuilla; paljon raaka-aineita, alhaiset kustannukset, 1,5 kertaa tavallisten lyijyakkujen hinta; ja tavallisten lyijyakkujen hinta on noin 1,5 kertaa näiden akkujen hinta. 1,5 kertaa vahvempi kuin tavallinen lyijyakku.
Lyijy-hiilikakkujen suorituskyky on parantunut huomattavasti perinteisiin lyijyakkuihin verrattuna. Ei kuitenkaan vieläkään ole selvää, mikä rooli keskeisellä hiilimateriaalilla on lyijy-hiilikakkujen suorituskyvyn parantamisessa. Hiilimateriaalien lisäämisellä voi olla negatiivisia vaikutuksia, kuten negatiivisen elektrodin aiheuttama vedyn saostuminen ja akun veden menetys, joten tämä on asia, johon on puututtava.
2.2 Litiumparisto
Litiumioniakkujen lataus- ja purkausprosessissa käytetään litiumia sisältäviä kemikaaleja positiivisena anodina. Litiumioniakuissa ei ole litiummetallia.
Litiumioniakuissa on positiivinen elektrodi, joka on valmistettu litiumia sisältävistä yhdisteistä, kuten litiumkoboltaatista (LiCoO2), litiummanganaatista (LiMn2O4), litiumrautafosfaatista (LiFePO4) ja muista kaksi- tai kolmikomponenttisista materiaaleista. Negatiivinen elektrodi on valmistettu litium-hiili-välikerrosyhdisteistä, kuten grafiitista, pehmeästä hiilestä, kovasta hiilestä ja litiumtitanaatista.
Litiumioniakuilla on kaksi erinomaista etua: toinen on korkea energian varastointitiheys ja toinen tehotiheys. Muita etuja ovat korkea hyötysuhde, laaja käyttöalue, paljon huomiota, nopea tieteellinen kehitys ja paljon kasvunvaraa. ① Kemiallisten elektrolyyttien käyttöön liittyy suuria turvallisuusriskejä; turvallisuutta on parannettava.
2.3 Energiaa varastoivan akun valinta
Katsaus näiden kahden energian varastointiakkutyypin eroihin niiden purkaussyvyyden, käyttölämpötilan ja käyttöiän suhteen.
Yllä oleva taulukko osoittaa, että lyijy-hiilikakuilla on lyhyt syklin käyttöikä ja ne vapauttavat vetyä, mikä on vaarallista. Litiumrautafosfaattiakut taas voivat toimia useissa eri lämpötiloissa ja niillä on korkea syklin käyttöikä, energiansiirtotehokkuus ja energiatiheys.
Tästä syystä litiumrautafosfaattiakut ovat paras valinta useimpiin energian varastointiprojekteihin.
