1. Що таке ESS? Огляд системи накопичення енергії
Зберігання енергії – це процес перетворення енергії у форму, яка може надійніше існувати в природі, а потім її зберігання таким чином, щоб вона була доступною, коли вона потрібна. Під час створення, зміни, переміщення та використання енергії часто існують відмінності між пропозицією та попитом з точки зору кількості, форми, розподілу та часу. Використання технології накопичення енергії для зберігання та вивільнення енергії може зрівняти ці відмінності. Це зрівняє пропозицію та попит на енергію та підвищить енергоефективність. Механічну енергію, теплову енергію, хімічну енергію, радіаційну (світлову) енергію, електромагнітну енергію, ядерну енергію та інші види енергії можна розділити на різні групи. Окрім променистої енергії, всі інші види енергії можна зберігати у стандартних формах. Наприклад, механічну енергію можна зберігати як кінетичну або потенційну енергію, електричну енергію можна зберігати як енергію індукованого поля або енергію електростатичного поля, теплову енергію можна зберігати як приховану теплоту або відчутну теплоту, а ядерна енергія є чистою формою накопичення енергії. Серед різних способів накопичення енергії – насосне накопичення, накопичення стисненого повітря, накопичення на маховику, накопичення в акумуляторах, теплове накопичення та накопичення водню.
Наразі акумулятори частіше використовуються для зберігання енергії в мікромережах, оскільки це зрілі вироби з великим досвідом роботи. Система акумуляторного накопичення енергії складається з кількох частин, зокрема, з акумуляторного блоку накопичення енергії, системи керування акумуляторами (BMS), підвищувального трансформатора, двонаправленого перетворювача накопичення енергії (PCS), системи відстеження накопичення енергії та деяких інших частин. Коли мережа виходить з ладу, система накопичення енергії може перемикатися з підключення до мережі на роботу без неї. Тоді вона діє як резервне джерело живлення для всієї системи мікромережі, підтримуючи стабільність напруги та струму, коли вона не підключена до мережі.
2. Вибір акумулятора для зберігання енергії
2.1 Акумулятор зі свинцево-вугільними батареями
Свинцево-вуглецевий акумулятор – це новий тип накопичувача енергії, виготовлений шляхом додавання вуглецевих матеріалів з ємнісними властивостями до негативного електрода звичайного свинцево-кислотного акумулятора. Це можна зробити або «внутрішньо та», або «внутрішньо змішано». Свинцево-вуглецеві акумулятори схожі як на звичайні свинцево-кислотні акумулятори, так і на суперконденсатори. Вони можуть значно покращити роботу звичайних свинцево-кислотних акумуляторів у багатьох відношеннях, і ось деякі з їхніх наукових переваг:
1. високий множник зарядки;
2. термін служби в 4-5 разів довший, ніж у звичайних свинцево-кислотних акумуляторів;
3. належна безпека;
4. високий коефіцієнт використання регенерації (до 97%), значно вищий, ніж у інших хімічних акумуляторів; багато сировини, низька вартість, у 1,5 раза вища, ніж у звичайних свинцево-кислотних акумуляторів; а вартість звичайних свинцево-кислотних акумуляторів приблизно в 1,5 раза вища, ніж у цих акумуляторів. У 1,5 раза міцніші, ніж звичайні свинцево-кислотні акумулятори.
Продуктивність свинцево-вуглецевих акумуляторів значно покращилася порівняно з традиційними свинцево-кислотними акумуляторами. Однак досі незрозуміло, яку роль відіграє ключовий вуглецевий матеріал у покращенні продуктивності свинцево-вуглецевих акумуляторів. Додавання вуглецевих матеріалів може мати негативні наслідки, такі як виділення водню негативним електродом та втрата води акумулятором, тому це питання потребує вирішення.
2.2 Літієва батарея
У процесі заряджання та розряджання літій-іонні акумулятори використовують хімічні речовини, що містять літій, як позитивний анод. У літій-іонних акумуляторах немає металевого літію.
Літій-іонні акумулятори мають позитивний електрод, виготовлений з літійвмісних сполук, таких як кобальтат літію (LiCoO2), манганат літію (LiMn2O4), фосфат літію заліза (LiFePO4) та інших дво- або трикомпонентних матеріалів. Негативний електрод виготовлений з літій-вуглецевих прошаркових сполук, таких як графіт, м'який вуглець, твердий вуглець та титанат літію.
Літій-іонні акумулятори мають дві видатні переваги: висока щільність накопичення енергії, а інша – щільність потужності. Інші переваги включають високу ефективність, широкий спектр використання, велику увагу, швидкий науковий прогрес та великий простір для розвитку. ① Оскільки використовуються хімічні електроліти, існують великі ризики для безпеки; безпека має бути кращою.
2.3 Вибір акумулятора для зберігання енергії
Розглянемо відмінності між цими двома типами акумуляторів для зберігання енергії з точки зору того, наскільки глибоко їх можна розряджати, діапазону температур, в яких вони можуть працювати, та терміну служби.
У таблиці вище показано, що свинцево-вуглецеві акумулятори мають короткий термін служби та виділяють водень, що є небезпечним. Літій-залізофосфатні акумулятори, з іншого боку, можуть працювати в діапазоні температур і мати високий термін служби, ефективність передачі енергії та щільність енергії.
З цієї причини літій-залізо-фосфатні акумулятори є найкращим вибором для більшості проектів накопичення енергії.
