1. Огляд
Технології накопичення енергії можна загалом розділити на фізичне накопичення та хімічне накопичення. Фізичне накопичення включає такі технології, як гідроакумулювання, накопичення енергії на стисненому повітрі, накопичення енергії на маховику, гравітаційне накопичення та накопичення енергії з фазовим переходом. Хімічне накопичення включає літій-іонні акумулятори, проточні акумулятори, натрій-іонні акумулятори та технології накопичення водню (аміаку).
Нові технології накопичення енергії стосуються технологій накопичення, які в основному виробляють електроенергію, за винятком гідроакумулювання. Порівняно з гідроакумулюванням, нові технології накопичення енергії пропонують гнучке розміщення, короткі терміни будівництва, швидке реагування та різноманітні функціональні характеристики.
Нові технології накопичення енергії широко застосовуються в різних секторах енергосистеми, суттєво змінюючи експлуатаційні характеристики традиційних енергосистем. Вони стали незамінними засобами для безпечної, стабільної та економічної роботи енергосистем.
2. Зберігання механічної енергії
Механічне накопичення енергії в основному включає накопичення енергії стисненим повітрям та накопичення енергії маховика.
Акумулятор енергії стисненим повітрям (CAES): CAES використовує надлишок електроенергії в періоди низького попиту для стиснення повітря, яке накопичується, а потім вивільняється в періоди пікового попиту для вироблення енергії шляхом приведення в дію газової турбіни. CAES підходить для великомасштабних застосувань, таких як вітрові електростанції, завдяки своїй здатності скорочувати пікові навантаження, але вимагає певних географічних умов.
Накопичення енергії маховика: цей метод використовує електричну енергію для прискорення ротора, розміщеного у вакуумі, перетворюючи електричну енергію на кінетичну енергію для накопичення. Накопичення енергії маховика характеризується короткою тривалістю розряду та меншою ємністю, що робить його ідеальним для таких застосувань, як джерела безперебійного живлення (ДБЖ) та регулювання частоти. Однак його щільність енергії відносно низька, підтримуючи потужність лише від кількох секунд до хвилин.
3. Електрохімічне накопичення енергії
Електрохімічне накопичення енергії – це визначна галузь, яка включає різні типи акумуляторів:
Літій-іонні акумулятори: найзріліша та широко використовувана технологія електрохімічного зберігання енергії, яка наразі перебуває у великомасштабному виробництві та має найшвидше зростання та найбільшу частку ринку.
Свинцево-кислотні акумулятори: електроди цих акумуляторів виготовлені переважно зі свинцю та його оксидів з електролітом із сірчаної кислоти. Вони є зрілою технологією зі стабільною роботою, але страждають від тривалого часу заряджання, високого забруднення та короткого терміну служби.
Проточні батареї: Все ще перебувають на стадії демонстраційного застосування, проточні батареї можна класифікувати на основі їх електролітних систем на ванадієві окисно-відновні проточні батареї, цинк-залізні проточні батареї, цинк-бромні проточні батареї та залізо-хромові проточні батареї. Ванадієві окисно-відновні проточні батареї є найбільш комерціалізованими, тоді як інші все ще прискорюються до індустріалізації.
Натрій-іонні акумулятори: ці акумулятори використовують інтеркаляцію та деінтеркаляцію іонів натрію між анодом і катодом для заряджання та розряджання. Технологія натрій-іонів все ще є експериментальною та проходить подальші дослідження та випробування.
4. Електромагнітне накопичення енергії
Електромагнітні накопичувачі енергії включають надпровідні магнітні накопичувачі енергії (SMES) та суперконденсаторні накопичувачі енергії, що підходять для застосувань, що вимагають швидкого розряду та високої потужності.
Надпровідний магнітний накопичувач енергії (SMES): Зберігає електричну енергію в магнітному полі з можливістю швидкого заряду/розряду та високою щільністю потужності. Незважаючи на наявність комерційних низькотемпературних та високотемпературних продуктів SMES, їх застосування в електричних мережах залишається обмеженим через високу вартість та складне обслуговування надпровідних матеріалів, що утримує їх на експериментальній стадії.
Суперконденсатори: Зберігають електричну енергію за допомогою електростатичних принципів, з низькою стійкістю до напруги діелектричного матеріалу. Тому суперконденсатори мають обмежену ємність накопичення енергії, низьку щільність енергії та високі інвестиційні витрати.
5. Зберігання хімічної енергії
Хімічне накопичення енергії головним чином стосується технологій накопичення водню. Вони перетворюють періодичну або надлишкову електроенергію на водень за допомогою електролізу для зберігання, який за потреби можна перетворити назад на електричну енергію за допомогою паливних елементів або інших генеруючих пристроїв.
Згідно з "Дослідженням шляхів розвитку станцій пікового скорочення накопичення водневої енергії" компанії Polaris, поточна ефективність виробництва енергії водневими паливними елементами становить близько 45%. Враховуючи втрати енергії під час електролізу води, загальна ефективність системи виробництва енергії з накопичення водневої енергії становить приблизно 35%. Підвищення ефективності перетворення енергії є критичним завданням, і масштабний промисловий розвиток накопичення водневої енергії вимагає значного часу.
