1. Pregled
Tehnologija skladištenja energije može se grubo podijeliti na fizičko skladištenje i kemijsko skladištenje. Fizičko skladištenje uključuje tehnologije kao što su pumpane hidroelektrane, komprimirani zrak, skladištenje pomoću zamašnjaka, gravitacijsko skladištenje i skladištenje promjenom faze. Kemijsko skladištenje uključuje litij-ionske baterije, protočne baterije, natrij-ionske baterije i tehnologije skladištenja vodika (amonijaka).
Nove tehnologije skladištenja energije odnose se na tehnologije skladištenja koje prvenstveno proizvode električnu energiju, isključujući reverzibilne hidroelektrane. U usporedbi s reverzibilnim hidroelektranama, nove tehnologije skladištenja energije nude fleksibilno lociranje, kratka razdoblja izgradnje, brz odziv i raznolike funkcionalne karakteristike.
Nove tehnologije skladištenja energije široko se primjenjuju u raznim sektorima elektroenergetskog sustava, duboko mijenjajući operativne karakteristike tradicionalnih elektroenergetskih sustava. Postale su nezamjenjivi uređaji za siguran, stabilan i ekonomičan rad elektroenergetskih sustava.
2. Mehanička pohrana energije
Mehaničko skladištenje energije uglavnom uključuje skladištenje energije komprimiranog zraka i skladištenje energije zamašnjaka.
Skladištenje energije komprimiranog zraka (CAES): CAES koristi višak električne energije tijekom razdoblja niske potražnje za komprimiranje zraka, koji se pohranjuje i kasnije oslobađa tijekom razdoblja vršne potražnje za proizvodnju energije pogonom plinske turbine. CAES je prikladan za velike primjene poput vjetroelektrana zbog svojih mogućnosti smanjenja vršne potražnje, ali zahtijeva specifične geografske uvjete.
Pohrana energije zamašnjaka: Ova metoda koristi električnu energiju za ubrzavanje rotora smještenog u vakuumu, pretvarajući električnu energiju u kinetičku energiju za pohranu. Pohrana energije zamašnjaka karakterizira se kratkim trajanjem pražnjenja i manjim kapacitetima, što je čini idealnom za primjene poput neprekidnih izvora napajanja (UPS) i regulacije frekvencije. Međutim, gustoća energije je relativno niska, održavajući snagu samo nekoliko sekundi do minuta.
3. Elektrokemijsko skladištenje energije
Elektrokemijsko skladištenje energije istaknuto je područje koje uključuje različite vrste baterija:
Litij-ionske baterije: Najzrelija i široko korištena elektrokemijska tehnologija pohrane, trenutno u velikoj proizvodnji s najbržim rastom i najvećim tržišnim udjelom.
Olovno-kiselinske baterije: Ove baterije imaju elektrode izrađene prvenstveno od olova i njegovih oksida s elektrolitom sumporne kiseline. To je zrela tehnologija sa stabilnim performansama, ali pate od dugog vremena punjenja, visokog zagađenja i kratkog vijeka trajanja.
Protočne baterije: Još uvijek u fazi demonstracijske primjene, protočne baterije mogu se kategorizirati na temelju svojih elektrolitnih sustava u vanadijeve redoks protočne baterije, cink-željezne protočne baterije, cink-bromove protočne baterije i željezo-kromove protočne baterije. Vanadijeve redoks protočne baterije su najkomercijalnije, dok se ostale još uvijek ubrzavaju prema industrijalizaciji.
Natrij-ionske baterije: Ove baterije koriste interkalaciju i deinterkalaciju natrijevih iona između anode i katode za punjenje i pražnjenje. Tehnologija natrijevih iona je još uvijek eksperimentalna i prolazi kroz daljnja istraživanja i testiranja.
4. Elektromagnetsko skladištenje energije
Elektromagnetsko skladištenje energije uključuje supravodljivo magnetsko skladištenje energije (SMES) i skladištenje energije superkondenzatorom, prikladno za primjene koje zahtijevaju brzo pražnjenje i veliku snagu.
Supravodljivo magnetsko skladištenje energije (SMES): Pohranjuje električnu energiju u magnetskom polju s mogućnostima brzog punjenja/pražnjenja i visokom gustoćom snage. Unatoč dostupnosti komercijalnih niskotemperaturnih i visokotemperaturnih SMES proizvoda, njihova primjena u elektroenergetskim mrežama ostaje ograničena zbog visoke cijene i složenog održavanja supravodljivih materijala, što ih drži u eksperimentalnoj fazi.
Superkondenzatori: Pohranjuju električnu energiju koristeći elektrostatska načela, s niskom naponskom otpornošću dielektričnog materijala. Stoga superkondenzatori imaju ograničen kapacitet pohrane energije, nisku gustoću energije i visoke investicijske troškove.
5. Skladištenje kemijske energije
Kemijsko skladištenje energije uglavnom se odnosi na tehnologije skladištenja vodika. One pretvaraju povremenu ili višak električne energije u vodik putem elektrolize za skladištenje, koji se po potrebi može pretvoriti natrag u električnu energiju pomoću gorivnih ćelija ili drugih uređaja za proizvodnju energije.
Prema "Istraživanju puta razvoja stanica za smanjenje vršnih opterećenja skladištenja vodikove energije" tvrtke Polaris, trenutna učinkovitost proizvodnje energije sustava vodikovih gorivnih ćelija iznosi oko 45%. Uzimajući u obzir gubitak energije tijekom elektrolize vode, ukupna učinkovitost sustava za proizvodnju energije skladištenja vodika iznosi približno 35%. Poboljšanje učinkovitosti pretvorbe energije ključni je izazov, a industrijski razvoj skladištenja vodikove energije velikih razmjera zahtijeva znatno vrijeme.
