1. Przegląd
Technologię magazynowania energii można ogólnie podzielić na magazynowanie fizyczne i magazynowanie chemiczne. Magazynowanie fizyczne obejmuje technologie takie jak magazynowanie hydroelektryczne szczytowo-pompowe, magazynowanie sprężonego powietrza, magazynowanie w kole zamachowym, magazynowanie grawitacyjne i magazynowanie z przemianą fazową. Magazynowanie chemiczne obejmuje akumulatory litowo-jonowe, akumulatory przepływowe, akumulatory sodowo-jonowe oraz technologie magazynowania wodoru (amoniaku).
Nowe technologie magazynowania energii odnoszą się do technologii magazynowania, które wytwarzają głównie energię elektryczną, z wyłączeniem elektrowni szczytowo-pompowych. W porównaniu z elektrowniami szczytowo-pompowymi, nowe technologie magazynowania energii oferują elastyczność w zakresie lokalizacji, krótkie okresy budowy, szybką reakcję i zróżnicowane właściwości funkcjonalne.
Nowe technologie magazynowania energii znajdują szerokie zastosowanie w różnych sektorach systemu elektroenergetycznego, radykalnie zmieniając charakterystykę operacyjną tradycyjnych systemów elektroenergetycznych. Stały się one niezbędnym elementem zapewniającym bezpieczną, stabilną i ekonomiczną eksploatację systemów elektroenergetycznych.
2. Magazynowanie energii mechanicznej
Magazynowanie energii mechanicznej obejmuje przede wszystkim magazynowanie energii sprężonego powietrza i magazynowanie energii koła zamachowego.
Magazynowanie energii w sprężonym powietrzu (CAES): CAES wykorzystuje nadwyżki energii elektrycznej w okresach niskiego zapotrzebowania do sprężania powietrza, które jest magazynowane, a następnie uwalniane w okresach szczytowego zapotrzebowania do wytwarzania energii poprzez napędzanie turbiny gazowej. CAES nadaje się do zastosowań na dużą skalę, takich jak farmy wiatrowe, ze względu na możliwość redukcji zapotrzebowania szczytowego, ale wymaga specyficznych warunków geograficznych.
Magazynowanie energii w kole zamachowym: Ta metoda wykorzystuje energię elektryczną do przyspieszania wirnika umieszczonego w próżni, przekształcając energię elektryczną w energię kinetyczną, którą następnie magazynuje. Magazynowanie energii w kole zamachowym charakteryzuje się krótkim czasem rozładowania i mniejszą pojemnością, co czyni je idealnym rozwiązaniem do zastosowań takich jak zasilacze UPS i systemy regulacji częstotliwości. Jednak gęstość energii jest stosunkowo niska, co pozwala na podtrzymywanie zasilania przez zaledwie kilka sekund lub minut.
3. Elektrochemiczne magazynowanie energii
Magazynowanie energii elektrochemicznej to ważna dziedzina obejmująca różne rodzaje baterii:
Akumulatory litowo-jonowe: Najbardziej dojrzała i najszerzej stosowana technologia elektrochemicznego magazynowania energii, obecnie produkowana na dużą skalę, najszybciej rozwijająca się i mająca największy udział w rynku.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe: Te akumulatory posiadają elektrody wykonane głównie z ołowiu i jego tlenków oraz elektrolit w postaci kwasu siarkowego. To dojrzała technologia o stabilnej wydajności, ale charakteryzują się długim czasem ładowania, wysokim poziomem zanieczyszczeń i krótką żywotnością.
Akumulatory przepływowe: Akumulatory przepływowe, będące wciąż w fazie demonstracyjnej, można podzielić ze względu na układ elektrolitu na wanadowe akumulatory przepływowe redoks, cynkowo-żelazowe, cynkowo-bromowe oraz żelazowo-chromowe. Najbardziej skomercjalizowane są wanadowe akumulatory przepływowe redoks, podczas gdy pozostałe wciąż zmierzają w kierunku industrializacji.
Akumulatory sodowo-jonowe: Akumulatory te wykorzystują interkalację i deinterkalację jonów sodu pomiędzy anodą a katodą do ładowania i rozładowywania. Technologia sodowo-jonowa jest wciąż w fazie eksperymentalnej i podlega dalszym badaniom i testom.
4. Magazynowanie energii elektromagnetycznej
Magazynowanie energii elektromagnetycznej obejmuje nadprzewodzące magazyny energii magnetycznej (SMES) oraz magazyny energii w superkondensatorach, odpowiednie do zastosowań wymagających szybkiego rozładowania i dużej mocy.
Nadprzewodzące magnetyczne magazyny energii (SMES): Magazynują energię elektryczną w polu magnetycznym, umożliwiając szybkie ładowanie/rozładowywanie i wysoką gęstość mocy. Pomimo dostępności komercyjnych niskotemperaturowych i wysokotemperaturowych produktów SMES, ich zastosowanie w sieciach energetycznych pozostaje ograniczone ze względu na wysoki koszt i złożoność konserwacji materiałów nadprzewodzących, co utrzymuje je w fazie eksperymentalnej.
Superkondensatory: Magazynują energię elektryczną z wykorzystaniem zasad elektrostatyki, charakteryzując się niską wytrzymałością napięciową materiału dielektrycznego. W związku z tym superkondensatory charakteryzują się ograniczoną pojemnością magazynowania energii, niską gęstością energii i wysokimi kosztami inwestycyjnymi.
5. Magazynowanie energii chemicznej
Magazynowanie energii chemicznej odnosi się głównie do technologii magazynowania wodoru. Polegają one na przekształcaniu sporadycznej lub nadwyżkowej energii elektrycznej w wodór poprzez elektrolizę, który następnie, w razie potrzeby, może być ponownie przekształcony w energię elektryczną za pomocą ogniw paliwowych lub innych urządzeń generujących.
Według raportu „Development Path Research of Hydrogen Energy Storage Peak Shaving Stations” firmy Polaris, obecna sprawność wytwarzania energii przez systemy ogniw paliwowych wodorowych wynosi około 45%. Biorąc pod uwagę straty energii podczas elektrolizy wody, ogólna sprawność wytwarzania energii z magazynowania wodoru wynosi około 35%. Poprawa sprawności konwersji energii stanowi kluczowe wyzwanie, a rozwój technologii magazynowania energii wodorowej na dużą skalę wymaga znacznego nakładu czasu.
