1. Áttekintés
Az energiatárolási technológia nagyjából két csoportra osztható: fizikai tárolásra és kémiai tárolásra. A fizikai tárolás olyan technológiákat foglal magában, mint a szivattyúzott víztárolás, a sűrített levegős tárolás, a lendkerekes tárolás, a gravitációs tárolás és a fázisváltós tárolás. A kémiai tárolás magában foglalja a lítium-ion akkumulátorokat, az áramlási akkumulátorokat, a nátrium-ion akkumulátorokat és a hidrogén (ammónia) tárolási technológiákat.
Az új energiatárolás olyan tárolási technológiákra utal, amelyek elsősorban elektromos energiát termelnek, a szivattyús vízenergia-tárolás kivételével. A szivattyús vízenergia-tárolással összehasonlítva az új energiatárolási technológiák rugalmas elhelyezést, rövid építési időt, gyors reagálást és változatos funkcionális jellemzőket kínálnak.
Az új energiatárolási technológiákat széles körben alkalmazzák az energiarendszer különböző szektoraiban, mélyrehatóan megváltoztatva a hagyományos energiarendszerek működési jellemzőit. Nélkülözhetetlen eszközökké váltak az energiarendszerek biztonságos, stabil és gazdaságos működéséhez.
2. Mechanikus energiatárolás
A mechanikus energiatárolás főként sűrített levegős energiatárolást és lendkerék-energiatárolást foglal magában.
Sűrített levegős energiatárolás (CAES): A CAES az alacsony keresletű időszakokban felhalmozódott felesleges villamos energiát használja fel a levegő sűrítésére, amelyet aztán tárol, majd a csúcskeresletű időszakokban felszabadít, hogy gázturbinák meghajtásával energiát termeljen. A CAES csúcsterhelés-csökkentő képessége miatt alkalmas nagyméretű alkalmazásokhoz, például szélerőműparkokhoz, de speciális földrajzi adottságokat igényel.
Lendkerék energiatárolása: Ez a módszer elektromos energiát használ fel egy vákuumba helyezett rotor felgyorsítására, az elektromos energiát mozgási energiává alakítva tárolásra. A lendkerék energiatárolását rövid kisülési időtartamok és kisebb kapacitás jellemzi, így ideális olyan alkalmazásokhoz, mint a szünetmentes tápegységek (UPS) és a frekvenciaszabályozás. Energiasűrűsége azonban viszonylag alacsony, és csak néhány másodpercig vagy percig képes fenntartani az energiát.
3. Elektrokémiai energiatárolás
Az elektrokémiai energiatárolás egy kiemelkedő terület, amely különféle típusú akkumulátorokat foglal magában:
Lítium-ion akkumulátorok: A legfejlettebb és legszélesebb körben használt elektrokémiai tárolási technológia, jelenleg nagymértékű gyártás alatt áll, a leggyorsabb növekedéssel és a legnagyobb piaci részesedéssel rendelkezik.
Ólom-savas akkumulátorok: Ezeknek az akkumulátoroknak az elektródái elsősorban ólomból és oxidjaiból, kénsav elektrolittal készülnek. Ezek egy kiforrott technológiát képviselnek stabil teljesítménnyel, de hosszú töltési idővel, magas szennyezéssel és rövid élettartammal rendelkeznek.
Áramlásos akkumulátorok: A demonstrációs alkalmazási szakaszban lévő áramlásos akkumulátorok elektrolitrendszerük alapján vanádium-redox áramlásos akkumulátorokra, cink-vas áramlásos akkumulátorokra, cink-bróm áramlásos akkumulátorokra és vas-króm áramlásos akkumulátorokra oszthatók. A vanádium-redox áramlásos akkumulátorok a legelterjedtebbek, míg a többi még mindig gyorsuló iparosodási folyamatban van.
Nátrium-ion akkumulátorok: Ezek az akkumulátorok a nátriumionok anód és katód közötti interkalációját és deinterkalációját használják a töltéshez és a kisütéshez. A nátriumion-technológia még kísérleti jellegű, további kutatások és tesztelések alatt áll.
4. Elektromágneses energiatárolás
Az elektromágneses energiatárolás magában foglalja a szupravezető mágneses energiatárolást (SMES) és a szuperkondenzátoros energiatárolást, amelyek alkalmasak a gyors kisülést és nagy teljesítményt igénylő alkalmazásokhoz.
Szupravezető mágneses energiatárolás (SMES): Elektromos energiát tárol mágneses térben, gyors töltési/kisütési képességgel és nagy teljesítménysűrűséggel. Annak ellenére, hogy kereskedelmi forgalomban kaphatók alacsony és magas hőmérsékletű SMES termékek, alkalmazásuk az elektromos hálózatokban továbbra is korlátozott a szupravezető anyagok magas költsége és összetett karbantartása miatt, ami miatt még kísérleti fázisban vannak.
Szuperkondenzátorok: Elektromos energiát tárolnak elektrosztatikus elvek alapján, a dielektromos anyag alacsony feszültségállóságával. Ezért a szuperkondenzátorok korlátozott energiatároló kapacitással, alacsony energiasűrűséggel és magas beruházási költségekkel rendelkeznek.
5. Kémiai energiatárolás
A kémiai energiatárolás főként a hidrogéntárolási technológiákra utal. Ezek elektrolízissel alakítják át a szakaszosan termelt vagy felesleges villamos energiát hidrogénné tárolás céljából, amelyet aztán szükség esetén üzemanyagcellák vagy más energiatermelő eszközök segítségével vissza lehet alakítani elektromos energiává.
A Polaris „Development Path Research of Hydrogen Energy Storage Peak Shaving Stations” (Hidrogénenergia-tároló csúcsteljesítmény-leválasztó állomások fejlesztési útvonalának kutatása) című tanulmánya szerint a hidrogén üzemanyagcellás rendszerek jelenlegi energiatermelési hatásfoka körülbelül 45%. Figyelembe véve a víz elektrolízise során fellépő energiaveszteséget, a hidrogéntárolós energiatermelés teljes rendszerhatékonysága körülbelül 35%. Az energiaátalakítási hatékonyság javítása kritikus kihívás, és a hidrogénenergia-tárolás nagyszabású ipari fejlesztése jelentős időt igényel.
