Energia varasto

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 18. heinäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Energian  varastointi - energian kerääminen sen käyttöä varten tulevaisuudessa. Energiaa varastoivaa laitetta kutsutaan yleisesti akuksi tai paristoksi. Tyypillinen esimerkki energian varastointilaitteesta (energian varastointilaitteesta) on akku, joka varastoi kemiallista energiaa, joka muunnetaan helposti sähköksi matkapuhelimen käyttöä varten.

Historia

Lähihistoria

1900-luvulla sähköä tuotettiin pääasiassa polttamalla fossiilisia polttoaineita. Energian kuljetukseen, ilmansaasteisiin ja ilmaston lämpenemiseen liittyvät ongelmat ovat johtaneet uusiutuvien energialähteiden, kuten aurinko- ja tuulivoiman, käytön lisääntymiseen. Tuulivoima riippuu ilmasto-olosuhteista ja säästä. Aurinkoenergia riippuu maantieteellisestä sijainnista, pilvipeityksestä. Se on saatavilla vain päiväsaikaan, kun taas kysyntä on usein huipussaan auringonlaskun jälkeen. Kiinnostus näistä lähteistä saatavan energian keräämiseen on kasvussa, koska ne ovat viime aikoina tuottaneet kasvavan osan maailman energiantuotannosta.

Verkon ulkopuolisen sähkön käyttö oli markkinarako 1900-luvulla , mutta se on laajentunut merkittävästi 2000-luvulla . Kannettavia laitteita käytetään kaikkialla maailmassa. Aurinkopaneelit ovat yleistymässä maaseudulla. Sähkön saatavuus on nyt taloudellinen asia, ei sijainti. Liikenteen energiahuollossa kuitenkin edelleen vallitsee polttoaineen poltto.

Menetelmät

Scheme

Katso myös: Energian varastointijärjestelmä

Seuraava luettelo sisältää energian varastointityypit:

Mekaaninen akkumulaatio

Energiaa voidaan varastoida veteen, joka on pumpattu korkeampiin korkeuksiin pumppaamalla tai siirtämällä kiinteää ainetta korkeampiin paikkoihin (painovoimaakut). Muita mekaanisia menetelmiä ovat paineilma ja vauhtipyörät, jotka muuttavat sähköenergian kineettiseksi energiaksi ja palauttavat sen, kun sähkön kysyntä saavuttaa huippunsa.

Vesivoima

Pääartikkeli: Vesivoimalaitos

Vesivoimaloita, joissa on altaita, voidaan käyttää tuottamaan sähköä kysyntähuippujen aikana. Vesi varastoidaan säiliöön vähäisen tarpeen aikana ja vapautetaan, kun kysyntä on suuri. Vaikutus on samanlainen kuin pumppauksen kertyminen, mutta ilman siihen liittyviä häviöitä. Vaikka vesivoimalaitos ei suoraan varastoi energiaa muista lähteistä, se käyttäytyy vastaavasti vähentämällä tuotantoa muista lähteistä hankitun ylimääräisen sähkön aikana. Tässä tilassa padot ovat yksi tehokkaimmista energian varastoinnin muodoista, koska vain sen tuottamisen ajoitus muuttuu. Vesivoimaturbiinien käynnistysajat ovat useiden minuuttien luokkaa [1] .

Pumppuvaraajavoimalaitos

Pääartikkeli: Pumppuvarastovoimalaitos

Pumppuvoimalat (PSPP) ovat maailmanlaajuisesti suurin energian varastointimuoto suuressa mittakaavassa. Pumppuvoimalaitoksen energiatehokkuus vaihtelee käytännössä 70 %:sta 80 %:iin [2] [2] [3] [4] .

Vähäisen sähköntarpeen aikana ylimääräistä tuotantokapasiteettia käytetään pumppaamaan vettä alemmasta säiliöstä korkeampaan. Kun kysyntä kasvaa, vesi virtaa takaisin alempaan säiliöön (tai vesistöihin/vesistöihin) sähköä tuottavan turbiinin kautta. Käännettävät turbogeneraattorikokoonpanot toimivat sekä pumppuna että turbiinina (yleensä Francis-turbiini ). Lähes kaikki tällaiset rakenteet käyttävät kahden säiliön välistä korkeuseroa. "Puhtaat" pumppu- ja varastointilaitokset siirtävät vettä säiliöiden välillä, kun taas "pumppu" on yhdistelmä pumppuvarastointia ja tavanomaisia ​​vesivoimaloita, jotka hyödyntävät luonnollista veden virtausta.

Paineilmaenergian varastointitekniikka

Pneumaattinen akku käyttää ylimääräistä energiaa ilman puristamiseen sähkön tuottamiseksi. Paineilma varastoidaan maanalaiseen säiliöön [5] .

Pneumaattinen akku voi täyttää tuotannon epävakauden ja kuormituksen välisen kuilun. Pneumaattinen akku tyydyttää kuluttajien energiantarpeen tarjoamalla tehokkaasti saatavilla olevaa energiaa kysyntään. Uusiutuvilla energialähteillä, kuten tuuli- ja aurinkoenergialla, on vaihtelevia resursseja. Tämän seurauksena muiden energiamuotojen lisääminen on välttämätöntä energiantarpeen tyydyttämiseksi aikoina, jolloin uusiutuvien luonnonvarojen saatavuus on heikentynyt. Paineilmaenergian varastointiyksiköt pystyvät varastoimaan ylimääräistä energiaa uusiutuvista energialähteistä energian ylituotannon aikana. Tätä varastoitunutta energiaa voidaan käyttää, kun sähkön kysyntä kasvaa tai energiavarojen saatavuus heikkenee.

Puristamalla ilmaa syntyy lämpöä: Kun ilmaa puristetaan, se lämpenee. Laajentuminen puolestaan ​​vaatii lämpöenergiaa. Jos lisäenergiaa ei lisätä, ilma on paljon kylmempää laajenemisen jälkeen. Jos puristuksen aikana syntyvä lämpö voidaan varastoida ja käyttää laajenemisen aikana, tehokkuus paranee huomattavasti [6] .

Vauhtipyörän energian varastointitekniikka

Vauhtipyörän energian varastointi (FES) toimii kiihdyttämällä roottorin ( vauhtipyörän ) erittäin suureen nopeuteen ja varastoi pyörimisenergiaa . Kun energiaa otetaan talteen, vauhtipyörän nopeus pienenee; energian lisääminen vastaavasti lisää vauhtipyörän nopeutta.

Useimmat FES-järjestelmät käyttävät sähköä vauhtipyörän kiihdyttämiseen ja hidastamiseen, mutta laitteita, jotka käyttävät suoraan mekaanista energiaa, harkitaan [7] .

FES-järjestelmissä on erittäin lujista hiilikuitukomposiiteista valmistetut roottorit ripustettuina magneettilaakereihin ja pyörivät 20 000 - yli 50 000 rpm tyhjiökotelossa. Tällaiset vauhtipyörät voivat saavuttaa maksiminopeuden ("latauksen") muutamassa minuutissa. Vauhtipyöräjärjestelmä on kytketty yhdistettyyn sähkömoottoriin / generaattoriin .

FES-järjestelmillä on suhteellisen pitkä käyttöikä (kestää vuosikymmeniä vähän tai ei lainkaan huoltoa [8] ; vauhtipyörille määritetty koko syklin käyttöikä vaihtelee 10 5 - 10 7 käyttöjaksoa), korkea ominaisenergia (100-130 W h /kg tai 360-500 kJ/kg) ja tehotiheys [9] .

Kiinteiden massojen gravitaatiopotentiaalienergian kertyminen

Kiinteiden massojen korkeuden muutos voi varastoida tai vapauttaa energiaa sähkömoottorin/generaattorin käyttämän nostojärjestelmän kautta.

Menetelmiin kuuluu kiskojen [10] [11] ja nostureiden [12] käyttö betonikuormien siirtämiseen ylös ja alas, korkealla sijaitsevien aurinkoenergialla toimivien kelluvien alustojen käyttö, jotka tukevat vinssejä kiinteiden massojen nostamiseksi ja laskemiseksi.

Lämpöenergian kertyminen

Lämpöenergian varastointi (TES) on lämmön tilapäinen varastointi tai poistaminen.

Kertynyt lämpöenergia

Lämmönvarastointi hyödyntää materiaalin lämmitystä energian varastoimiseksi.

Seasonal lämpöenergian varastointitekniikat (SHS) mahdollistavat lämmön tai kylmien kuukausien käytön sen jälkeen, kun se on saatu luonnollisista lähteistä tai jätteestä. Kertyminen voi tapahtua pohjavesikerroksissa, geologisten alustojen, kuten hiekan tai kiteisen kiven, porausreikäklustereissa, soralla ja vedellä täytettyihin vuorattuihin kaivoihin tai vedellä täytettyihin kaivoksiin. SNTE-tekniikoiden takaisinmaksuaika on usein neljästä kuuteen vuoteen. Esimerkkinä on Drake Landingin aurinkoyhteisö Kanadassa, jossa 97 % ympärivuotisesta lämmöstä tuotetaan autotallien katoilla olevilla aurinkolämpökeräimillä, joiden tukiteknologiana on porauslämpövarasto (SNTS) [13] . Brastrupissa ( Tanska ) aurinkoenergialämmitysjärjestelmä käyttää myös CHS:tä 65 °C:n (149 °F) varastointilämpötilassa. Lämpöpumppua, joka toimii vain, kun verkossa on liikaa tuulivoimaa, käytetään nostamaan lämpötila 80 °C:seen (176 °F) jakelua varten. Kun tuulella ei ole ylimääräistä sähköä, käytetään kaasukattilaa. 20 % Brastrupin lämmöstä on peräisin aurinkoenergiasta. [neljätoista]

Piilotettu lämpöenergian kertyminen

Latentti lämpöenergian varastointijärjestelmät toimivat materiaalien kanssa, joilla on suuri piilevä lämpökapasiteetti , jotka tunnetaan faasimuutosmateriaaleina (PCM). Näiden materiaalien tärkein etu on, että niiden piilevä lämpökapasiteetti on paljon suurempi kuin aistillinen lämpö. Tietyllä lämpötila-alueella faasisiirtymä kiinteästä nesteeksi absorboi suuren määrän lämpöenergiaa myöhempää käyttöä varten.

Latentti lämpöenergian varastointi on prosessi, jossa lämmön muodossa oleva energia joko absorboituu tai vapautuu materiaalin faasimuutoksen (PCM) aikana. Faasimuutos on materiaalin sulamista tai jähmettymistä. Vaiheenmuutoksen aikana PCM pystyy absorboimaan suuren määrän energiaa korkean sulamispisteensä ansiosta.

Sähkökemiallinen

Akku

Akussa on yksi tai useampi sähkökemiallinen kenno. Akkuja on kaikenmuotoisia ja -kokoisia painonapeista megawatin sähköverkkoihin.

Ladattavilla akuilla on alhaisemmat kokonaiskäyttökustannukset ja pienemmät ympäristövaikutukset kuin ei-ladattavilla (kertakäyttöisillä) akuilla. Joitakin ladattavia akkutyyppejä on saatavana samoissa muodoissa kuin kertakäyttöisiä paristoja. Ladattavien akkujen alkukustannukset ovat korkeammat, mutta ne voidaan ladata erittäin edullisesti ja käyttää monta kertaa.

Yleiset akkukemiat:

  • Lyijyakut : Lyijyakuilla on suurin osuus akkumarkkinoista. Varautuneessa tilassa metallisen lyijyn negatiivinen elektrodi ja lyijysulfaatin positiivinen elektrodi upotetaan elektrolyyttiin , jossa on laimeaa rikkihappoa (H 2 SO 4 ). Purkausprosessin aikana elektronit työntyvät ulos kennosta, kun lyijysulfaattia muodostuu negatiiviselle elektrodille ja elektrolyytti pelkistyy vedeksi.
    • Lyijyakkutekniikkaa on kehitetty laajasti. Toiminta vaatii vähän työvoimaa, sen kustannukset ovat alhaiset. Akun käytettävissä oleva energiakapasiteetti purkautuu nopeasti, mikä johtaa lyhyeen käyttöikään ja alhaiseen energiatiheyteen [15] .
  • Nikkeli-kadmiumparisto ( NiCd): Nikkelioksidihydroksidia ja kadmiummetallia käytetään elektrodeina . Kadmium on myrkyllinen alkuaine, ja Euroopan unioni kielsi sen vuonna 2004 useimmissa käyttötarkoituksissa. Nikkeli-kadmiumparistot on korvattu lähes kokonaan nikkelimetallihydridiakuilla (NiMH).
  • Nikkelimetallihydridiakku (NiMH): ensimmäiset kaupalliset näytteet ilmestyivät vuonna 1989 . Nyt se on yleinen kulutus- ja teollisuustuote. Akussa on vetyä absorboiva metalliseos kadmiumin sijasta negatiivisessa elektrodissa.
  • Litiumioniakku : monien kuluttajien valinta elektroniikkalaitteiden alalla. Siinä on yksi parhaista energia-painosuhteista ja erittäin hidas itsepurkautuminen, kun sitä ei käytetä.
  • Litiumionipolymeeriakku : Nämä akut ovat kevyitä ja niistä voidaan tehdä minkä muotoisia tahansa.
Flow akku

Virtausakku toimii ohjaamalla liuosta kalvon läpi, jossa ioneja vaihdetaan kennon lataamiseksi/purkamiseksi. Virtajännite määräytyy kemiallisesti Nernst-yhtälön avulla ja käytännössä se vaihtelee välillä 1,0 - 2,2 V. Varastointikapasiteetti riippuu niiden säiliöiden tilavuudesta, joissa liuos sijaitsee.

Virtausakku on teknisesti lähellä sekä polttokennoa että sähkökemiallista akkukennoa . Kaupalliset sovellukset on tarkoitettu pitkän puoliintumisajan säilytykseen, kuten varavirtaan.

Superkondensaattori

Pääartikkeli: Superkondensaattori

Superkondensaattorit, joita kutsutaan myös sähköisiksi kaksikerroksisiksi kondensaattoreiksi (EDLC) tai ultrakondensaattoreiksi, ovat yleisiä termejä sähkökemiallisille kondensaattoreille , joissa ei ole tavanomaisia ​​kiinteitä dielektrisiä aineita . Kapasitanssi määräytyy kahdella akkumulaatioparametrilla: kaksikerroksinen kapasitanssi ja näennäiskapasitanssi [16] [17] .

Superkondensaattorit täyttävät tavanomaisten kondensaattorien ja akkujen välisen kuilun. Ne varastoivat eniten energiaa minkä tahansa kondensaattorin tilavuus- tai massayksikköä ( energiatiheyttä ) kohti. Ne tukevat jopa 10 000 faradia / 1,2 V [18] , jopa 10 000 kertaa enemmän kuin elektrolyyttikondensaattorit , mutta ne toimittavat tai vastaanottavat alle puolet tehosta aikayksikköä kohti ( tehotiheys ) [19] .

Vaikka superkondensaattorien ominaisenergia ja ominaisenergiatiheys on noin 10 % akkuihin verrattuna, niiden tehotiheys on tyypillisesti 10-100 kertaa suurempi. Tämä johtaa paljon lyhyempiin lataus-/purkausjaksoihin. Lisäksi ne kestävät paljon enemmän lataus- ja purkausjaksoja kuin akut.

Superkondensaattorit tukevat monenlaisia ​​sovelluksia, mukaan lukien:

  • Alhainen virransyöttö muistin varmuuskopiointiin staattisessa käyttömuistissa (SRAM)
  • Tehoa autoille, linja-autoille, junille, nostureille ja hisseille, mukaan lukien energian talteenotto jarrutuksen aikana, lyhytaikainen energian varastointi ja pulssivirtalähde

Muut kemikaalit

Power-to-Gas (P2G) -tekniikka

Power-to-Gas -tekniikka on tekniikka, joka muuntaa sähkön kaasumaiseksi polttoaineeksi, kuten vedyksi tai metaaniksi . Tunnetaan kolme menetelmää sähkön käyttämiseksi veden muuntamiseksi vedyksi ja hapeksi elektrolyysin avulla .

Ensimmäisessä menetelmässä vetyä ruiskutetaan maakaasuverkkoon. Toinen menetelmä on saada vety reagoimaan hiilidioksidin kanssa metaanin tuottamiseksi käyttämällä metanointireaktiota (kuten Sabatier-reaktiota ) tai biologista metanointia, mikä johtaa 8 %:n lisäenergian muunnoshäviöön. Metaani voidaan sitten syöttää maakaasuverkkoon. Kolmannessa menetelmässä käytetään puukaasugeneraattorin tai biokaasulaitoksen ulostulokaasua sen jälkeen, kun biokaasumodifiointiaine on sekoitettu elektrolysaattorin veteen biokaasun laadun parantamiseksi.

Vety

Pääartikkeli: Vedyn varastointi

Vetyä voidaan pitää myös energian varastointilaitteena: sähköä tuotetaan tässä tapauksessa vetypolttokennolla.

Killon vetyä syntetisoimiseen kuluu noin 50 kWh (180 MJ) aurinkoenergiaa, joten sähkön hinta on kriittinen.

Vedyn maanalainen varastointi tehdään maanalaisissa luolissa, suolakupoleissa ja ehtyneissä öljy- ja kaasukentissä. [20] Imperial Chemical Industries on varastoinut suuria määriä vetykaasua maanalaisiin luoliin vuosia ilman ongelmia. Eurooppalainen hanke Hyunder ilmoitti vuonna 2013 , että se vaatisi 85 luolaa tuuli- ja aurinkoenergian varastoimiseksi maanalaiseen vetyyn.

Metaani

Pääartikkeli: Synteettinen maakaasu

Metaani  on yksinkertaisin hiilivety, jonka molekyylikaava on CH 4 . Metaania on helpompi varastoida ja kuljettaa kuin vetyä. Sen varastointia ja polttamista varten on täysimittainen infrastruktuuri (putkistot, kaasumittarit, voimalaitokset).

Synteettinen maakaasu ( synteesikaasu tai SNG) voidaan tuottaa monivaiheisessa prosessissa vedystä ja hapesta alkaen . Vety reagoi hiilidioksidin kanssa Sabatier-reaktiossa , jolloin syntyy metaania ja vettä. Metaania voidaan varastoida ja käyttää sähkön tuottamiseen. Tuloksena oleva vesi kierrätetään, mikä vähentää ulkoisten vesilähteiden tarvetta. Elektrolyysivaiheessa happea varastoidaan polttamaan metaania puhtaassa happiympäristössä läheisessä voimalaitoksessa.

Metaanin palaminen tuottaa hiilidioksidia (CO 2 ) ja vettä. Hiilidioksidia voidaan kierrättää Sabatier-prosessin nopeuttamiseksi ja vettä voidaan kierrättää elektrolyysiä varten. Metaanin tuotanto, varastointi ja poltto prosessoivat reaktiotuotteet.

Biopolttoaineet

Pääartikkeli: Biopolttoaineet

Fossiiliset polttoaineet voivat korvata erilaisia ​​biopolttoaineita , kuten biodieseliä , kasviöljyjä , alkoholipolttoaineita tai biomassaa . Kemialliset prosessit voivat muuttaa hiiltä ja vetyä (hiilessä, maakaasussa, kasvi- ja eläinbiomassassa ja orgaanisessa jätteessä) yksinkertaisiksi hiilivedyiksi, jotka sopivat korvaamaan perinteisiä hiilivetypolttoaineita. Esimerkkejä ovat Fischer-Tropsch- diesel , metanoli, dimetyylieetteri ja synteesikaasu . Tätä dieselpolttoaineen lähdettä käytettiin laajalti toisen maailmansodan aikana Saksassa, jonka raakaöljyn saatavuus oli rajallinen. Samoista syistä Etelä-Afrikka tuottaa suurimman osan dieselpolttoaineestaan ​​hiilestä.

Alumiini

Useat tutkijat ovat ehdottaneet alumiinia energian varastointivälineeksi . Alumiinin sähkökemiallinen ekvivalentti on lähes nelinkertainen litiumiin verrattuna. Energiaa voidaan saada alumiinista reagoimalla veden kanssa muodostaen vetyä. Veden kanssa reagoimiseksi alumiini on kuitenkin erotettava luonnollisesta oksidikerroksestaan. Tämä on prosessi, joka vaatii jauhamista sekä kemiallisia reaktioita syövyttävien aineiden tai metalliseosten kanssa. Vetyä tuottavan reaktion sivutuote on alumiinioksidi , joka voidaan kierrättää takaisin alumiiniksi Hall–Herult-prosessissa , mikä tekee reaktiosta teoreettisesti uusiutuvan. Jos Hall-Herult-prosessia ajetaan aurinko- tai tuulienergialla, alumiinia voidaan käyttää energian varastointiin, ja tällainen prosessi on tehokkaampi kuin suora aurinkoelektrolyysi [21] .

Boori, pii ja sinkki

Vaihtoehtoisina energian varastointivälineinä pidetään myös booria [22] , piitä ja sinkkiä [23] .

Muut kemikaalit

Orgaaninen yhdiste norbornadieeni varastoi nelipyöräisessä reaktiossa valolle altistuessaan aurinkoenergiaa kemiallisen sidosenergian muodossa. Ruotsissa on kehitetty toimiva näyte, joka on sijoitettu molekyylilämpöjärjestelmänä [24] .

Electrical Methods

Kondensaattori

Pääartikkeli: Sähkökondensaattori

Kondensaattori on passiivinen kaksinapainen sähkökomponentti, jota käytetään sähköstaattisen energian varastointiin. Käytännössä kondensaattorit vaihtelevat suuresti, mutta niissä kaikissa on vähintään kaksi sähköjohdinta (levyä), jotka on erotettu eristeellä (eriste). Kondensaattori voi varastoida sähköenergiaa, kun se on irrotettu latauspiiristä, joten sitä voidaan käyttää väliaikaisena akkuna tai muun tyyppisenä ladattavana energian varastointijärjestelmänä . Kondensaattoreita käytetään yleisesti elektronisissa laitteissa virran ylläpitämiseksi paristoja vaihdettaessa (tämä estää tietojen katoamisen haihtuvassa muistissa). Keskimäärin kondensaattoreiden tiheys on alle 360 ​​joulea kilogrammaa kohti, kun taas tavanomaisen alkalipariston osalta tämä parametri on luokkaa 590 kJ / kg.

Kondensaattorit varastoivat energiaa sähköstaattiseen kenttään levyjen välissä. Johtimien välisen potentiaalieron vuoksi (esimerkiksi kun kondensaattori on kytketty akkuun), sähkökenttä kulkee eristeen läpi, jolloin positiivinen varaus (+Q) kerääntyy yhdelle levylle ja negatiivinen varaus (-Q) ) toisella levyllä. Jos akku on kytkettynä kondensaattoriin riittävän pitkään, kondensaattorin läpi ei pääse virtaamaan virtaa. Kuitenkin, jos jännite syötetään kondensaattorin napojen yli, voi esiintyä bias-virtaa .

Käytännössä levyjen välinen eriste päästää pienen määrän virtaa kulkemaan vuodon muodossa ja sillä on sähkökentän voimakkuuden raja, joka tunnetaan läpilyöntijännitteenä. Kuitenkin dielektrisen palautumisen vaikutus suurjännitteen rikkoutumisen jälkeen voi johtaa uuden sukupolven itsekorjautuvien kondensaattoreiden syntymiseen [25] [26] .

Suprajohtava induktiivinen tallennus

Suprajohtava magneettinen energian varastointijärjestelmä - Suprajohtava induktiivinen varastointi (SPIN) varastoi energiaa magneettikenttään, joka syntyy tasavirran virtauksesta suprajohtavassa kelassa , joka on jäähdytetty suprajohtavan kriittisen lämpötilansa alapuolelle . Tyypillinen SPIN-järjestelmä sisältää suprajohtavan kelan, ilmastointijärjestelmän ja jääkaapin. Kun suprajohtava kela on ladattu, virta ei heikkene ja magneettista energiaa voidaan varastoida loputtomiin.

Varastoitu energia voidaan siirtää verkkoon purkamalla käämi. Sopiva invertteri/tasasuuntaaja tuottaa noin 2-3 % energiahäviön kumpaankin suuntaan. SPIN menettää vähiten sähköä energian varastoinnin aikana muihin energian varastointimenetelmiin verrattuna.

Jäähdytyksen energiatarpeesta ja suprajohtavan langan hinnasta johtuen SPIN-järjestelmää käytetään lyhytaikaiseen varastointiin esimerkiksi sähkön laadun parantamiseksi, jota käytetään myös verkon tasapainottamisessa.

Sovellus

Mills

Klassinen energian varastoinnin sovellus ennen teollista vallankumousta oli vesistöjen hallinta vesimyllyjen voimanlähteenä viljankäsittelyä tai käyttötekniikkaa varten. Monimutkaisia ​​altaiden ja patojen järjestelmiä on rakennettu varastoimaan ja vapauttamaan vettä (ja sen sisältämää potentiaalista energiaa ) tarvittaessa.

Kodin energian varastointi

Energian varastoinnin kotona odotetaan yleistyvän, kun otetaan huomioon uusiutuvien energialähteiden (erityisesti aurinkosähkön) hajautetun tuotannon kasvava merkitys ja merkittävä osuus asuinrakennusten energiankulutuksesta [27] . Aurinkosähkölaitteilla varustetun talon omavaraisuuden (omavaraisuuden) lisäämiseksi 40 %:lla tarvitaan energian varastointia [27] . Jotkut valmistajat valmistavat akkuja energian varastointia varten, tyypillisesti varastoimaan ylimääräistä aurinko-/tuulienergiaa. Nykyään kotienergian varastoinnissa litiumioniakkuja suositaan lyijyakkuihin verrattuna, koska niiden kustannukset ovat samanlaiset, mutta suorituskyky on paljon parempi [28] .

Tesla Motors julkaisee kaksi Tesla Powerwall - mallia . Toinen on 10 kWh/viikko versio ja toinen 7 kWh versio päivittäisiin syklisovelluksiin [29] . Vuonna 2016 rajoitettu versio, Telsa Powerpack 2, maksoi 398 dollaria/kWh sähkön varastoinnista ja maksoi 12,5 senttiä/kWh (USA:n keskimääräinen verkkohinta), mikä vaikutti positiivisesti sijoitetun pääoman tuottoprosenttiin, jos sähkön hinta ei ylittänyt 30 senttiä/kWh [30] .

Enphase Energy on julkistanut integroidun järjestelmän, jonka avulla kotikäyttäjät voivat varastoida, valvoa ja hallita sähköenergiaa. Järjestelmä säästää 1,2 kWh energiaa ja 275 W / 500 W tehoa [31] .

Tuuli- tai aurinkoenergian varastointi lämpöenergian varastoinnilla, vaikkakin vähemmän joustava, on huomattavasti halvempaa kuin akut. Yksinkertainen 52 gallonan sähköinen vedenlämmitin voi varastoida noin 12 kWh energiaa kuuman veden lisäämiseen tai tilan lämmitykseen [32] .

Sähköverkko ja voimalaitokset

Uusiutuvan energian varastointi

Suurin uusiutuvan energian tarjonta on nyt vesivoimaloista. Vesivoimalan lähellä oleva suuri säiliö voi varastoida tarpeeksi vettä joen vuotuisen virtauksen keskiarvoon kuivan ja kostean kauden välillä. Vaikka vesivoimalaitos ei suoraan varastoi energiaa ajoittaisista lähteistä, se tasapainottaa sähköverkkoa pitämällä kiinni vedestä, kun energiaa tuotetaan auringon tai tuulen säteilystä.

Energian kertymisen tärkein suunta ovat pumppuvoimalaitokset. Alueet, kuten Norja , Wales , Japani ja Yhdysvallat, hyödyntävät maantieteellisiä piirteitä käyttämällä sähköpumppuja tankkien täyttämiseen. Tarvittaessa vesi kulkee generaattoreiden läpi ja muuttaa putoavan veden gravitaatiopotentiaalin sähköksi [5] .

Sähkön tuotannossa käytettävistä energian varastointityypeistä on syytä mainita vesivoimalaitokset, joissa on pumppuvarasto, akut, lämpöenergiavarasto (mukaan lukien sulat suolat), jotka voivat varastoida ja vapauttaa tehokkaasti erittäin suuren määrän lämpöenergiaa [33 ] ja paineilmaenergian varastointi, vauhtipyörät, kryogeeniset järjestelmät ja suprajohtavat magneettikelat.

Ylijäämäteho voidaan myös muuntaa metaaniksi ( Sabatier-reaktio ) maakaasuverkon syötöllä [34] [35] .

Vuonna 2011 Bonneville Energy Administration ( US Northwest ) kehitti pilottiohjelman öisin tai voimakkaiden tuulien aiheuttamien myrskykausien aikana tuotetun ylimääräisen tuuli- ja vesivoiman imemiseksi. Keskusohjauksella laitteet imevät ylimääräistä energiaa lämmittämällä keraamisia tiiliä erikoislämmittimissä satoihin asteisiin ja nostamalla lämpöä kuumavesisäiliöissä. Kun laitteet on ladattu, ne tarjoavat kodin lämmityksen ja käyttöveden tarpeen mukaan. Pilottijärjestelmä otettiin käyttöön vuoden 2010 suuren myrskyn jälkeen , joka toi tilanteen uusiutuvan energian ylituotantoon siinä määrin, että kaikki perinteiset energialähteet suljettiin tai ydinvoimaloiden tapauksessa vähennettiin pienin mahdollinen toimintataso, jolloin suuri alue jää lähes kokonaan uusiutuvalle energialle.

Toinen edistynyt menetelmä, jota käytettiin entisessä Solar Two -projektissa Yhdysvalloissa ja Solar Tres Power Towerissa Espanjassa , käyttää sulaa suolaa auringosta tulevan lämpöenergian varastoimiseen ja sitten muuntaa sen ja lähettää sen sähköenergiana. Järjestelmä pumppaa sulaa suolaa tornin tai muiden erityisten auringon lämmittämien putkistojen läpi. Eristetyt säiliöt varastoivat liuosta. Sähköä tuotetaan muuttamalla vesi höyryksi, joka syötetään turbiineihin.

Muistiinpanot

  1. ↑ Robert A. Huggins. energian varastointi . — Springer Science & Business Media, 2010-09-01. — 424 s. — ISBN 9781441910233 . Arkistoitu 14. elokuuta 2021 Wayback Machinessa
  2. ↑ 1 2 Tehon  lisääminen // The Economist. – 3.3.2012. — ISSN 0013-0613 . Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019.
  3. ↑ Wayback Machine . web.archive.org (1. elokuuta 2014). Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  4. ↑ Wayback Machine . web.archive.org (5. syyskuuta 2012). Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  5. ↑ 1 2 Wald, Matthew L. . Pushed Along by Wind, Power Storage Grows  , The New York Times  (27. heinäkuuta 2010). Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019. Haettu 16.3.2019.
  6. ↑ Gies, Erica . A Storage Solution Is in the Air  , New York Times (1. lokakuuta  2012). Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019. Haettu 16.3.2019.
  7. ↑ Wayback Machine . web.archive.org (16. toukokuuta 2011). Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  8. ↑ Vauhtipyörät : Pyörivät ohjaukseen  . sciencewriter.org (22. elokuuta 2010). Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 11. marraskuuta 2019.
  9. ↑ Vauhtipyörän energiavarastoinnin uusi sukupolvi | Tuotesuunnittelu ja -kehitys . web.archive.org (10. heinäkuuta 2010). Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  10. ↑ Nathanael Massey, ClimateWire. Energian varastointi on  lännessä . Tieteellinen amerikkalainen. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 4. joulukuuta 2017.
  11. ↑ Energiaa varastoiva juna saa Nevadan  hyväksynnän . Onni. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 20. elokuuta 2018.
  12. ↑ Akshat Rathi, Akshat Rathi. Betoniharkkojen pinoaminen on yllättävän tehokas tapa varastoida energiaa  . Kvartsi. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 3. joulukuuta 2020.
  13. ↑ Wayback Machine . web.archive.org (4. maaliskuuta 2016). Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  14. ↑ Braedstrupin aurinkopuisto Tanskassa on nyt todellisuutta! . web.archive.org (26. tammikuuta 2013). Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  15. ↑ Liangzhong YAO, Bo YANG, Hongfen CUI, Jun ZHUANG, Jilei YE. Energian varastointitekniikan ja sen soveltamisen voimajärjestelmissä haasteita ja edistysaskeleita  (englanniksi)  // Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. – 10.10.2016. — Voi. 4 , iss. 4 . - s. 519-528 . — ISSN 2196-5420 . - doi : 10.1007/s40565-016-0248-x .
  16. ↑ ScienceDirect . www.sciencedirect.com. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 14. tammikuuta 2019.
  17. ↑ Sosenkin V.e., Mikhalin A.a., Volfkovich Yu.m., Bograchev D.a. HIILEKTRODIT, JOLLA SUURI PSEUDAKAPASITEETTI SUPERKONDENTAATTOREISIIN  // Sähkökemia. - 2012. - T. 48 , no. 4 . — ISSN 0424-8570 . Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2019.
  18. ↑ Kondensaattorikennot - ELTON . web.archive.org (23. kesäkuuta 2013). Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  19. ↑ B.E. Conway. Sähkökemialliset superkondensaattorit: Tieteelliset perusteet ja teknologiset sovellukset . - Springer USA, 1999-04-30. — 734 s. — ISBN 9780306457364 .
  20. ↑ (PDF) Kestävää liikennettä sähköautokonseptien pohjalta : lyhyt katsaus  . tutkimusportti. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 21. lokakuuta 2013.
  21. ↑ Nykyinen tehokkuus, ominaisenergiankulutus, nettohiilenkulutus - alumiinin sulatusprosessi . www.aluminium-production.com. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 9. heinäkuuta 2018.
  22. ↑ Boori: parempi energian kantaja kuin vety? (28. helmikuuta 2009) . www.eagle.ca. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 5. heinäkuuta 2007.
  23. ↑ Ergosfääri: Sinkki: ihmemetallia? . Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 14. elokuuta 2007.
  24. ↑ Aurinkoenergian nestevarastointi : Tehokkaampi kuin koskaan ennen  . ScienceDaily. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 20. maaliskuuta 2017.
  25. ↑ A. Belkin, A. Bezryadin, L. Hendren, A. Hubler. Alumiinioksidinanokondensaattorien talteenotto suurjännitekatkon jälkeen  // Tieteelliset raportit. - 04 20, 2017. - V. 7 , nro 1 . - S. 932 . — ISSN 2045-2322 . - doi : 10.1038/s41598-017-01007-9 . Arkistoitu alkuperäisestä 1. joulukuuta 2019.
  26. ↑ Y. Chen, H. Li, F. Lin, F. Lv, M. Zhang. Tutkimus metallisoidun kalvokondensaattorin itsestään paranemisesta ja elinikäisistä ominaisuuksista korkean sähkökentän alla  // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2012-8. - T. 40 , no. 8 . - S. 2014-2019 . — ISSN 0093-3813 . - doi : 10.1109/TPS.2012.2200699 . Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019.
  27. ↑ 1 2 Lyijyakut yhdistettynä aurinkosähköihin lisäävät kotitalouksien sähköomavaraisuutta . www.sciencedirect.com. Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  28. ↑ Belgialaisten litiumioniakkuja käyttävien kotitalouksien aurinkosähköomavaraisuus ja sen vaikutus verkkoon . www.sciencedirect.com. Käyttöönottopäivä: 16.3.2019.
  29. ↑ Matthew DeBord. Elon Muskin suuri ilmoitus: Sen nimi on "Tesla Energy" . liiketoiminnan sisäpiiriläinen. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019.
  30. ↑ Fred Lambert. Tesla alentaa Powerpack-järjestelmän hintaa vielä 10 % uuden sukupolven  (englanniksi) myötä . Electrek (14. marraskuuta 2016). Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 14. marraskuuta 2016.
  31. ↑ Enphase plug-and-play aurinkoenergian varastointijärjestelmä pilottiohjelman  aloittamiseksi . newatlas.com. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019.
  32. ↑ Vedenlämmittimestäsi voi tulla suuritehoinen kodin  akku . Populaari Tiede. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019.
  33. ↑ Wald, Matthew L. . Jäätä tai sulaa suolaa, ei paristoja energian varastointiin  (englanniksi) , The New York Times  (21. huhtikuuta 2014). Arkistoitu 12. marraskuuta 2020. Haettu 16.3.2019.
  34. ↑ Jurgen Schmid. Uusiutuvat energiat ja energiatehokkuus: Bioenergia ja uusiutuva energia metaani integroidussa 100 % uusiutuvassa energiajärjestelmässä (väitöskirja)  // Universität Kassel / Kassel University Press. Arkistoitu alkuperäisestä 2. joulukuuta 2011.
  35. ↑ Skenaario négaWatt 2011-2050  (ranska) . Yhdistys negaWatt. Haettu 16. maaliskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2019.

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Bibliografisissa luetteloissa