1. Yleiskatsaus
Energian varastointiteknologia voidaan karkeasti luokitella fyysiseen varastointiin ja kemialliseen varastointiin. Fyysiseen varastointiin kuuluvat teknologiat, kuten pumppausvesivarastointi, paineilmavarastointi, vauhtipyörävarastointi, painovoimavarastointi ja faasimuutosvarastointi. Kemialliseen varastointiin kuuluvat litiumioniakut, virtausakut, natriumioniakut ja vedyn (ammoniakin) varastointiteknologiat.
Uusi energian varastointi viittaa varastointiteknologioihin, jotka tuottavat pääasiassa sähkötehoa, lukuun ottamatta pumppausvoimaa. Pumppuvoimaan verrattuna uudet energian varastointiteknologiat tarjoavat joustavan sijoittelun, lyhyet rakennusajat, nopean reagoinnin ja monipuoliset toiminnalliset ominaisuudet.
Uusia energian varastointiteknologioita sovelletaan laajalti sähköjärjestelmän eri osa-alueilla, ja ne muuttavat perusteellisesti perinteisten sähköjärjestelmien toiminnallisia ominaisuuksia. Niistä on tullut välttämättömiä laitteita sähköjärjestelmien turvalliselle, vakaalle ja taloudelliselle toiminnalle.
2. Mekaaninen energian varastointi
Mekaaninen energian varastointi sisältää pääasiassa paineilman energian varastoinnin ja vauhtipyörän energian varastoinnin.
Paineilman energian varastointi (CAES): CAES käyttää ylijäämäsähköä alhaisen kysynnän aikana ilman puristamiseen, joka varastoidaan ja myöhemmin vapautetaan huippukysynnän aikana sähkön tuottamiseksi kaasuturbiinia käyttämällä. CAES soveltuu laajamittaisiin sovelluksiin, kuten tuulipuistoihin, huippukysynnän pienentämiskykynsä ansiosta, mutta se vaatii erityisiä maantieteellisiä olosuhteita.
Vauhtipyöräenergian varastointi: Tässä menetelmässä käytetään sähköenergiaa tyhjiöön sijoitetun roottorin kiihdyttämiseen, jolloin sähköenergia muunnetaan kineettiseksi energiaksi varastointia varten. Vauhtipyöräenergian varastoinnille on ominaista lyhyt purkausaika ja pienempi kapasiteetti, minkä ansiosta se sopii ihanteellisesti esimerkiksi keskeytymättömiin virtalähteisiin (UPS) ja taajuuden säätöön. Sen energiatiheys on kuitenkin suhteellisen alhainen ja se ylläpitää virtaa vain muutamasta sekunnista minuutteihin.
3. Sähkökemiallinen energian varastointi
Sähkökemiallinen energian varastointi on merkittävä ala, johon kuuluu erityyppisiä akkuja:
Litiumioniakut: Kypsin ja laajimmin käytetty sähkökemiallinen varastointiteknologia, jota tällä hetkellä tuotetaan laajamittaisesti ja jolla on nopein kasvu ja suurin markkinaosuus.
Lyijyakut: Näiden akkujen elektrodit on valmistettu pääasiassa lyijystä ja sen oksideista, ja elektrolyyttinä on rikkihappo. Ne edustavat kypsää teknologiaa ja niillä on vakaa suorituskyky, mutta niillä on pitkät latausajat, korkea saastepitoisuus ja lyhyt käyttöikä.
Virtausakut: Vielä demonstraatiovaiheessa olevat virtausakut voidaan luokitella elektrolyyttijärjestelmiensä perusteella vanadiini-redox-virtausakkuihin, sinkki-rauta-virtausakkuihin, sinkki-bromi-virtausakkuihin ja rauta-kromi-virtausakkuihin. Vanadiini-redox-virtausakut ovat kaupallisimpia, kun taas muiden teollistuminen on vielä kiihtymässä.
Natriumioniakut: Nämä akut käyttävät natriumionien interkalaatiota ja deinterkalaatiota anodin ja katodin välillä lataamiseen ja purkamiseen. Natriumioniteknologia on vielä kokeellinen, ja sitä tutkitaan ja testataan edelleen.
4. Sähkömagneettinen energian varastointi
Sähkömagneettiseen energian varastointiin kuuluvat suprajohtava magneettinen energian varastointi (SMES) ja superkondensaattorienergian varastointi, jotka soveltuvat sovelluksiin, jotka vaativat nopeaa purkausta ja suurta tehoa.
Suprajohtava magneettinen energian varastointi (SMES): Varastoi sähköenergiaa magneettikenttään, jolla on nopea lataus- ja purkausominaisuus ja suuri tehotiheys. Vaikka kaupallisia matalan ja korkean lämpötilan SMES-tuotteita on saatavilla, niiden käyttö sähköverkoissa on edelleen rajallista suprajohtavien materiaalien korkeiden kustannusten ja monimutkaisen huollon vuoksi, minkä vuoksi ne ovat vasta kokeiluvaiheessa.
Superkondensaattorit: Varastoivat sähköenergiaa sähköstaattisilla periaatteilla, ja dielektrisen materiaalin jännitekesto on alhainen. Siksi superkondensaattoreilla on rajallinen energianvarastointikapasiteetti, alhainen energiatiheys ja korkeat investointikustannukset.
5. Kemiallinen energian varastointi
Kemiallinen energian varastointi viittaa pääasiassa vedyn varastointiteknologioihin. Nämä muuttavat ajoittaista tai ylijäämäistä sähköä elektrolyysin avulla varastoitavaksi vedyksi, joka voidaan tarvittaessa muuntaa takaisin sähköenergiaksi polttokennojen tai muiden tuotantolaitteiden avulla.
Polariksen "Development Path Research of Hydrogen Energy Storage Peak Shaving Stations" -tutkimuksen mukaan vetypolttokennojärjestelmien nykyinen sähköntuotantotehokkuus on noin 45 %. Kun otetaan huomioon veden elektrolyysin aikana tapahtuva energiahäviö, vedyn varastoinnin sähköntuotantojärjestelmän kokonaistehokkuus on noin 35 %. Energianmuunnostehokkuuden parantaminen on kriittinen haaste, ja vetyenergian varastoinnin laajamittainen teollinen kehittäminen vaatii huomattavasti aikaa.
