1. Kas yra EESS? Žvilgsnis į energijos kaupimo sistemą
Energijos kaupimas – tai procesas, kurio metu energija paverčiama į gamtoje patikimiau egzistuojančią formą ir saugoma taip, kad būtų prieinama, kai jos reikia. Kai energija kuriama, keičiama, perkeliama ir naudojama, dažnai būna skirtumų tarp pasiūlos ir paklausos kiekio, formos, pasiskirstymo ir laiko atžvilgiu. Naudojant energijos kaupimo technologijas energijai kaupti ir išlaisvinti, šiuos skirtumus galima išlyginti. Tai suvienodins energijos pasiūlą ir paklausą bei padidins energijos vartojimo efektyvumą. Mechaninę energiją, šilumos energiją, cheminę energiją, spinduliuotės (šviesos) energiją, elektromagnetinę energiją, branduolinę energiją ir kitų rūšių energiją galima suskirstyti į skirtingas grupes. Be spinduliavimo energijos, visos kitos energijos rūšys gali būti kaupiamos standartinėmis formomis. Pavyzdžiui, mechaninė energija gali būti kaupiama kaip kinetinė arba potencialinė energija, elektros energija gali būti kaupiama kaip indukuoto lauko energija arba elektrostatinio lauko energija, šiluminė energija gali būti kaupiama kaip latentinė šiluma arba jautrioji šiluma, o branduolinė energija yra gryna energijos kaupimo forma. Tarp skirtingų energijos kaupimo būdų yra hidroakumuliacija, suslėgto oro kaupimas, smagračio kaupimas, akumuliatorių kaupimas, terminis kaupimas ir vandenilio kaupimas.
Šiuo metu baterijos dažniau naudojamos energijai kaupti mikrotinkluose, nes tai brandūs produktai, turintys didelę naudojimo patirtį. Baterijų energijos kaupimo sistema susideda iš kelių dalių, įskaitant energijos kaupimo akumuliatorių bloką, akumuliatorių valdymo sistemą (BMS), įtampos kėlimo transformatorių, energijos kaupimo dvikryptį keitiklį (PCS), energijos kaupimo sekimo sistemą ir kai kurias kitas dalis. Kai tinklas sugenda, energijos kaupimo sistemą galima perjungti iš prijungimo prie tinklo į darbą be tinklo. Tada ji veikia kaip atsarginis maitinimo šaltinis visai mikrotinklo sistemai, palaikydama stabilią įtampą ir srovę, kai ji nėra prijungta prie tinklo.
2. Energijos kaupimo akumuliatoriaus pasirinkimas
2.1 Baterija su švino ir anglies dvideginio įkrova
Švino-anglies akumuliatorius yra naujo tipo energijos kaupimo įrenginys, pagamintas pridedant anglies medžiagų, turinčių talpinių savybių, prie įprasto švino-rūgšties akumuliatoriaus neigiamo elektrodo. Tai galima padaryti „viduje ir“ arba „viduje maišant“. Švino-anglies akumuliatoriai yra panašūs į įprastus švino-rūgšties akumuliatorius ir superkondensatorius. Jie gali pagerinti įprastų švino-rūgšties akumuliatorių veikimą įvairiais būdais, ir čia yra keletas jų mokslinių privalumų:
1. didelis įkrovimo daugiklis;
2. ciklo trukmė yra 4–5 kartus ilgesnė nei įprastų švino rūgšties akumuliatorių;
3. geras saugumas;
4. didelis regeneracijos panaudojimo rodiklis (iki 97 %), daug didesnis nei kitų cheminių akumuliatorių; daug žaliavų, maža kaina, 1,5 karto didesnė nei įprastų švino rūgšties akumuliatorių; o įprastų švino rūgšties akumuliatorių kaina yra apie 1,5 karto didesnė nei šių akumuliatorių. 1,5 karto stipresnis nei įprastas švino rūgšties akumuliatorius.
Švino-anglies akumuliatorių našumas gerokai pagerėjo, palyginti su tradiciniais švino-rūgšties akumuliatoriais. Tačiau vis dar nėra aišku, kokį vaidmenį pagrindinė anglies medžiaga atlieka gerinant švino-anglies akumuliatorių našumą. Anglies medžiagų pridėjimas gali turėti neigiamą poveikį, pavyzdžiui, dėl neigiamo elektrodo išsiskiria vandenilis, o akumuliatorius praranda vandenį, todėl šią problemą reikia spręsti.
2.2 Ličio baterija
Įkraunant ir iškraunant ličio jonų baterijas, teigiamu anodu naudojamos cheminės medžiagos, kurių sudėtyje yra ličio. Ličio jonų baterijose nėra ličio metalo.
Ličio jonų baterijos turi teigiamą elektrodą, pagamintą iš ličio turinčių junginių, tokių kaip ličio kobaltatas (LiCoO2), ličio manganatas (LiMn2O4), ličio geležies fosfatas (LiFePO4) ir kitos dviejų ar trijų komponentų medžiagos. Neigiamas elektrodas pagamintas iš ličio-anglies tarpsluoksnio junginių, tokių kaip grafitas, minkšta anglis, kieta anglis ir ličio titanatas.
Ličio jonų akumuliatoriai turi du išskirtinius privalumus: didelis energijos kaupimo tankis ir galios tankis. Kiti privalumai: didelis efektyvumas, platus panaudojimo spektras, didelis dėmesys, sparti mokslo pažanga ir daug erdvės augimui. ① Kadangi naudojami cheminiai elektrolitai, kyla didelė saugumo rizika; saugą reikia gerinti.
2.3 Energijos kaupimo akumuliatoriaus pasirinkimas
Panagrinėkime šių dviejų tipų energijos kaupimo baterijų skirtumus pagal tai, kiek giliai jas galima iškrauti, kokiame temperatūros diapazone jos gali veikti ir kiek laiko jos veikia.
Aukščiau pateiktoje lentelėje parodyta, kad švino-anglies akumuliatoriai turi trumpą ciklo trukmę ir išskiria vandenilį, kuris yra pavojingas. Kita vertus, ličio geležies fosfato akumuliatoriai gali veikti esant įvairiai temperatūrai ir pasižymi ilgu ciklo trukme, energijos perdavimo efektyvumu ir energijos tankiu.
Dėl šios priežasties ličio geležies fosfato akumuliatoriai yra geriausias pasirinkimas daugumai energijos kaupimo projektų.
