1. Overzicht
Energieopslagtechnologieën kunnen grofweg worden onderverdeeld in fysieke opslag en chemische opslag. Fysieke opslag omvat technologieën zoals pompwaterkrachtcentrales, perslucht, vliegwielopslag, zwaartekrachtopslag en faseovergangsopslag. Chemische opslag omvat lithium-ionbatterijen, flowbatterijen, natrium-ionbatterijen en waterstof- (ammoniak)opslagtechnologieën.
Nieuwe energieopslag verwijst naar opslagtechnologieën die primair elektrische energie leveren, met uitzondering van pompwaterkrachtcentrales. In vergelijking met pompwaterkrachtcentrales bieden nieuwe energieopslagtechnologieën flexibele locatiekeuze, korte bouwtijden, snelle respons en diverse functionele eigenschappen.
Nieuwe energieopslagtechnologieën worden op grote schaal toegepast in diverse sectoren van het elektriciteitsnet en veranderen de operationele kenmerken van traditionele energiesystemen ingrijpend. Ze zijn onmisbare voorzieningen geworden voor een veilige, stabiele en economische werking van het elektriciteitsnet.
2. Mechanische energieopslag
Mechanische energieopslag omvat hoofdzakelijk persluchtenergieopslag en vliegwielenergieopslag.
Persluchtenergieopslag (CAES): CAES gebruikt overtollige elektriciteit tijdens perioden met lage vraag om lucht samen te persen. Deze lucht wordt opgeslagen en later, tijdens piekuren, weer vrijgegeven om elektriciteit op te wekken door een gasturbine aan te drijven. CAES is geschikt voor grootschalige toepassingen zoals windparken vanwege de mogelijkheid om piekbelastingen af te vlakken, maar vereist specifieke geografische omstandigheden.
Vliegwielenergieopslag: Bij deze methode wordt elektrische energie gebruikt om een rotor in een vacuüm te versnellen, waarbij de elektrische energie wordt omgezet in kinetische energie die wordt opgeslagen. Vliegwielenergieopslag kenmerkt zich door korte ontladingsduur en kleinere capaciteiten, waardoor het ideaal is voor toepassingen zoals ononderbroken stroomvoorzieningen (UPS) en frequentiebeheer. De energiedichtheid is echter relatief laag, waardoor de stroomvoorziening slechts enkele seconden tot minuten kan worden gehandhaafd.
3. Elektrochemische energieopslag
Elektrochemische energieopslag is een belangrijk onderzoeksgebied dat verschillende soorten batterijen omvat:
Lithium-ionbatterijen: De meest vol成熟e en meest gebruikte elektrochemische opslagtechnologie, die momenteel op grote schaal wordt geproduceerd en de snelste groei en het grootste marktaandeel kent.
Loodzuuraccu's: Deze accu's hebben elektroden die voornamelijk bestaan uit lood en loodoxiden, met een elektrolyt van zwavelzuur. Het is een vol成熟e technologie met stabiele prestaties, maar nadelen zijn lange laadtijden, hoge vervuiling en een korte levensduur.
Flowbatterijen: Flowbatterijen bevinden zich nog in de demonstratiefase en kunnen op basis van hun elektrolytsysteem worden onderverdeeld in vanadium-redox-flowbatterijen, zink-ijzer-flowbatterijen, zink-broom-flowbatterijen en ijzer-chroom-flowbatterijen. Vanadium-redox-flowbatterijen zijn het meest commercieel verkrijgbaar, terwijl de andere typen zich nog in een versneld tempo ontwikkelen voor industrialisatie.
Natrium-ionbatterijen: Deze batterijen maken gebruik van de intercalatie en de-intercalatie van natriumionen tussen de anode en de kathode voor het laden en ontladen. De natrium-iontechnologie is nog experimenteel en wordt verder onderzocht en getest.
4. Elektromagnetische energieopslag
Elektromagnetische energieopslag omvat supergeleidende magnetische energieopslag (SMES) en supercondensator-energieopslag, geschikt voor toepassingen die snelle ontlading en een hoog vermogen vereisen.
Supergeleidende magnetische energieopslag (SMES): Slaat elektrische energie op in een magnetisch veld met snelle laad- en ontlaadmogelijkheden en een hoge vermogensdichtheid. Ondanks de beschikbaarheid van commerciële SMES-producten voor lage en hoge temperaturen, blijft hun toepassing in elektriciteitsnetten beperkt vanwege de hoge kosten en het complexe onderhoud van supergeleidende materialen, waardoor ze zich nog in de experimentele fase bevinden.
Supercondensatoren slaan elektrische energie op met behulp van elektrostatische principes, waarbij het diëlektrische materiaal een lage spanning kan weerstaan. Daarom hebben supercondensatoren een beperkte energieopslagcapaciteit, een lage energiedichtheid en hoge investeringskosten.
5. Chemische energieopslag
Chemische energieopslag verwijst voornamelijk naar waterstofopslagtechnologieën. Deze zetten intermitterende of overtollige elektriciteit via elektrolyse om in waterstof voor opslag, die vervolgens met behulp van brandstofcellen of andere energieopwekkingsapparaten weer kan worden omgezet in elektrische energie wanneer dat nodig is.
Volgens het rapport "Development Path Research of Hydrogen Energy Storage Peak Shaving Stations" van Polaris bedraagt het huidige rendement van waterstofbrandstofcelsystemen voor energieopwekking ongeveer 45%. Rekening houdend met het energieverlies tijdens de elektrolyse van water, is het totale systeemrendement van waterstofenergieopslag ongeveer 35%. Het verbeteren van de energieomzettingsrendement is een cruciale uitdaging en de grootschalige industriële ontwikkeling van waterstofenergieopslag vergt aanzienlijke tijd.
