1. Czym jest ESS? Przyjrzyjmy się systemowi magazynowania energii
Magazynowanie energii to proces przekształcania energii w formę, która może występować w naturze w sposób bardziej niezawodny, a następnie jej magazynowania w sposób zapewniający jej dostępność w razie potrzeby. Podczas wytwarzania, przetwarzania, przemieszczania i użytkowania energii często występują różnice między podażą a popytem pod względem ilości, kształtu, rozproszenia i czasu. Wykorzystanie technologii magazynowania energii do przechowywania i uwalniania energii może zniwelować te różnice. To zrównoważy podaż i popyt na energię oraz zwiększy efektywność energetyczną. Energię mechaniczną, cieplną, chemiczną, promieniowania (świetlną), elektromagnetyczną, jądrową i inne rodzaje energii można podzielić na różne grupy. Oprócz energii promieniowania, wszystkie inne rodzaje energii można magazynować w standardowych formach. Na przykład energię mechaniczną można magazynować jako energię kinetyczną lub potencjalną, energię elektryczną jako energię pola indukowanego lub elektrostatycznego, energię cieplną jako ciepło utajone lub jawne, a energia jądrowa jest czystą formą magazynowania energii. Do różnych sposobów magazynowania energii należą: magazynowanie szczytowo-pompowe, magazynowanie sprężonego powietrza, magazynowanie w kołach zamachowych, magazynowanie akumulatorowe, magazynowanie termiczne i magazynowanie wodoru.
Obecnie baterie są częściej wykorzystywane do magazynowania energii w mikrosieciach, ponieważ są to dojrzałe produkty z dużym doświadczeniem. System magazynowania energii w bateriach składa się z kilku części, w tym głównie z zestawu baterii, systemu zarządzania baterią (BMS), transformatora podwyższającego napięcie, dwukierunkowego konwertera magazynowania energii (PCS), systemu śledzenia magazynowania energii i kilku innych elementów. W przypadku awarii sieci, system magazynowania energii można przełączyć z trybu połączenia z siecią na tryb pracy bez niej. Działa on wówczas jako zapasowe źródło zasilania dla całego systemu mikrosieci, utrzymując stabilne napięcie i prąd, gdy nie jest on podłączony do sieci.
2. Wybór akumulatora magazynującego energię
2.1 Akumulator z węglem ołowiowym
Akumulator ołowiowo-węglowy to nowy rodzaj urządzenia magazynującego energię, który powstaje poprzez dodanie materiałów węglowych o właściwościach pojemnościowych do elektrody ujemnej zwykłego akumulatora kwasowo-ołowiowego. Proces ten można przeprowadzić metodą „wewnętrznie i” lub „wewnętrznie mieszając”. Akumulatory ołowiowo-węglowe przypominają zarówno zwykłe akumulatory kwasowo-ołowiowe, jak i superkondensatory. Mogą one znacznie usprawnić działanie zwykłych akumulatorów kwasowo-ołowiowych pod wieloma względami, a oto niektóre z ich naukowych zalet:
1. mnożnik wysokiego ładowania;
2. żywotność cykliczna jest 4-5 razy większa niż w przypadku zwykłych akumulatorów kwasowo-ołowiowych;
3. dobre bezpieczeństwo;
4. wysoki stopień wykorzystania regeneracji (nawet 97%), znacznie wyższy niż w przypadku innych akumulatorów chemicznych; dużo surowców, niski koszt, 1,5 raza wyższy niż w przypadku zwykłych akumulatorów kwasowo-ołowiowych; a koszt zwykłych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest około 1,5 raza wyższy niż koszt tych akumulatorów. 1,5 raza mocniejsze niż zwykły akumulator kwasowo-ołowiowy.
Wydajność akumulatorów ołowiowo-węglowych znacznie się poprawiła w porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Nadal jednak nie jest jasne, jaką rolę odgrywa kluczowy materiał węglowy w poprawie wydajności akumulatorów ołowiowo-węglowych. Dodanie materiałów węglowych może mieć negatywne skutki, takie jak wytrącanie wodoru z elektrody ujemnej i utrata wody z akumulatora, dlatego jest to problem, który należy rozwiązać.
2.2 Bateria litowa
W procesie ładowania i rozładowywania akumulatory litowo-jonowe wykorzystują substancje chemiczne zawierające lit jako anodę dodatnią. Akumulatory litowo-jonowe nie zawierają litu.
Akumulatory litowo-jonowe mają elektrodę dodatnią wykonaną ze związków zawierających lit, takich jak kobaltan litu (LiCoO2), manganian litu (LiMn2O4), fosforan litu i żelaza (LiFePO4) oraz inne materiały dwu- lub trzyczęściowe. Elektroda ujemna składa się ze związków litowo-węglowych, takich jak grafit, węgiel miękki, węgiel twardy i tytanian litu.
Akumulatory litowo-jonowe mają dwie wyjątkowe zalety: wysoką gęstość magazynowania energii i gęstość mocy. Inne korzyści to wysoka wydajność, szeroki zakres zastosowań, duże zaangażowanie, szybki postęp naukowy i duże możliwości rozwoju. ① Ze względu na stosowanie elektrolitów chemicznych, istnieją duże zagrożenia dla bezpieczeństwa, które muszą być zwiększone.
2.3 Wybór akumulatora magazynującego energię
Przyjrzyjmy się różnicom między tymi dwoma typami akumulatorów magazynujących energię pod kątem głębokości rozładowania, zakresu temperatur, w których mogą pracować, oraz ich żywotności.
Powyższa tabela pokazuje, że akumulatory ołowiowo-węglowe mają krótką żywotność i uwalniają niebezpieczny wodór. Z kolei akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mogą pracować w szerokim zakresie temperatur i charakteryzują się wysoką żywotnością, wydajnością transferu energii i gęstością energetyczną.
Z tego powodu akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe są najlepszym wyborem dla większości projektów magazynowania energii.
