Що таке зберігання енергії?

Акумуляції енергії дозволяють будівлям знизити споживання електроенергії з мережі в години пік. Це допомагає підтримувати ціни на низькому рівні, дозволяючи дистриб’юторам купувати електроенергію в період непікової навантаження, а потім продавати її, коли попит зростає. Зберігання енергії також забезпечує стійкість, оскільки воно служить резервним джерелом енергії, якщо виробництво електроенергії переривається.

Які існують методи зберігання енергії?

Існує багато способів зберігання енергії, зокрема: гідроакумулююча гідроелектростанція, батареї, водневі паливні елементи та електромобілі.

Чому зберігання енергії корисне для компаній?

Зберігання енергії дозволяє вам використовувати доступні відновлювані ресурси, навіть якщо вони періодичні. Крім того, вартість зберігання енергії різко знизилася з 2010-х років.

Які мінуси зберігання енергії?

Енергія може бути втрачена через неефективність «туди-назад» під час її зберігання та використання, зберігання енергії може бути дорогим залежно від методу, а також потрібна додаткова інфраструктура та простір, що може знищити природні середовища проживання та землю в деяких місцях.

Оскільки світ має справу з наслідками зміни клімату, багато вчених і політиків попереджають про наслідки тривалого використання викопного палива. Щоб заохочувати використання відновлюваних ресурсів, таких як гідроелектрика, сонце та вітер, інженери звертають увагу на зберігання енергії. Акумуляції енергії, які мають намір замінити пікові електростанції, допомагають вирішити головну проблему вітрових і сонячних джерел енергії – їх переривчастість і, отже, не настільки надійні. Крім того, накопичення енергії може реагувати на коливання попиту на енергію, що робить мережі більш чутливими та зменшує потребу в резервних електростанціях (які викидають парникові гази). У цій статті ми визначимо, що саме таке накопичення енергії, які існують різні типи накопичувачів енергії, яку користь накопичення енергії може принести вашій компанії, потенційні недоліки накопичення енергії та, нарешті, як керувати накопиченням енергії.

Що таке накопичення енергії?

Зберігання енергії не є новою технологією. Батареї існують з початку 19 століття, а Сполучені Штати почали використовувати гідроакумулюючу гідроенергію в 1920-х роках. Однак сьогодні все більше споживачів, урядів і кліматичних активістів наполягають на широкому використанні чистої енергії. У результаті проекти накопичення енергії зросли в геометричній прогресії та призвели до нових і вдосконалених рішень для зберігання енергії.

Усі викопні види палива, які ми знаємо та використовуємо (вугілля, нафта, природний газ), уже знаходяться в складі. Коли нам потрібна енергія, ми спалюємо паливо. Коли він нам не потрібен, він зберігається в резервуарах, бочках і сховищах. Однак сонячна та вітрова енергія не завжди доступна в природі, оскільки вона залежить від погодних умов (тобто тривалих періодів сонячного світла та вітру). Доступність сонячної енергії може зменшитися під час зимових штормів, тоді як на енергію вітру може вплинути в тихі літні дні. Оскільки відновлювані джерела енергії стають дедалі популярнішими, а попит на них, ймовірно, тільки зросте, зростає інтерес до систем, які можуть зберігати чисту енергію.

Зберігання енергії дозволяє будівлям знизити споживання енергії з мережі в години пік, напр. спекотні літні дні, коли включені кондиціонери, або вечір, коли вмикається більше світла. Можливо, ви помітили, що ваша електроенергія стає дорожчою в години пік – це тому, що електростанції повинні збільшити виробництво, щоб задовольнити зростаючий попит на енергію. Зберігання енергії допомагає підтримувати ціни на низькому рівні, дозволяючи дистриб’юторам купувати електроенергію в період непікової навантаження (коли енергія дешева), а потім продавати її, коли попит зростає.

У зв’язку з недавньою кризою дефіциту електроенергії в Каліфорнії обрані посадові особи все більше усвідомлюють необхідність стійкості мережі. Зберігання енергії забезпечує стійкість, оскільки воно служить резервним джерелом енергії, якщо виробництво електроенергії переривається.

Які існують різні методи накопичення енергії?

Існує безліч способів зберігання енергії, і кожен має свої недоліки та переваги. Тут ми досліджуватимемо вісім різних методів накопичення енергії (дев’ять, якщо врахувати потенціал зберігання електромобілів), які забезпечують накопичувальну ємність принаймні 20 МВт. Ці методи найкраще підходять для компаній або портфелів нерухомості з великими потребами в енергії. Детальніше про них читайте нижче.

Гідроакумулююча гідроенергетика.

Насосно-акумулююча гідроелектростанція (PSH) безсумнівно є найпопулярнішим способом накопичення енергії в США – вона становить 95 відсотків акумуляції в комунальному масштабі. За даними Міністерства енергетики США (DOE), за останні 10 років потужність гідроакумулюючих гідроелектростанцій зросла на 2 гігавати (ГВт).

Об’єкти PSH – це великомасштабні акумулюючі станції, де для виробництва електроенергії використовується сила тяжіння. У періоди сильного вітру та сонячної генерації вода перекачується у басейн на більшій висоті для зберігання. Коли попит на електроенергію зростає, а вітер і сонячна енергія не можуть задовольнити попит, вода повертається в нижній басейн, виробляючи енергію через турбіни, коли вона біжить вниз. Об’єкти PSH тепер мають можливість регулювати швидкість (що робить їх більш чутливими до вимог мережі) і працювати в системах із замкнутим циклом. PSH із замкнутим контуром не потребує підключення до постійного джерела проточної води. Це робить його варіантом для більш посушливих місць.

Перевага PSH полягає в тому, що він може бути дешевшим, ніж інші методи зберігання, особливо коли йдеться про зберігання надзвичайно великої ємності. За даними Науково-дослідного інституту електроенергії, вартість установки гідроакумулюючої електростанції коливається від 1700 до 5100 доларів США/кВт, тоді як літій-іонні батареї (розглянуті нижче) коштують від 2500 доларів США/кВт до 3900 доларів США/кВт. PSH забезпечує більш ніж 80-відсоткову енергоефективність за повний цикл і може забезпечити в середньому 10 годин електроенергії (літій-іонні батареї забезпечують лише близько шести). Однак проекти PSH є довгостроковими інвестиціями, оскільки необхідні дозволи та будівництво можуть тривати від трьох до п’яти років. Це іноді змушує інвесторів відмовлятися – вони віддають перевагу короткостроковим інвестиціям, особливо на нестабільному енергетичному ринку епохи пандемії.

Накопичувач енергії стисненого повітря (CAES)

Зберігання стисненого повітря передбачає закачування повітря в отвір під землею (зазвичай у соляну печеру) у непікові години. Коли потреба в енергії зростає, повітря з підземної печери повертається в об’єкт (подібно до того, як вода випускається в PSH), де воно нагрівається. Розширення гарячого повітря перетворює генератор електроенергії. Хоча в цьому процесі часто використовується природний газ, CAES має можливість потроїти енергопостачання установок, що використовують природний газ. CAES може досягти близько 70 відсотків енергоефективності, якщо зберігається тепло від повітря під тиском.

Теплові

На теплових установках температура використовується для накопичення енергії. Камені, сіль, вода та/або інші матеріали нагріваються, а потім зберігаються в ізольованих приміщеннях. Коли потрібна енергія, теплова енергія поширюється через холодну воду, що подається на гарячий матеріал. Отримана пара обертає турбіни. Крім того, накопичувач теплової енергії можна використовувати для опалення та охолодження будівель, і його ефективність зазвичай коливається від 50 до 90 відсотків.

Акумулятори

До грудня 2017 року в енергетичній мережі США працювало приблизно 708 МВт великомасштабних акумуляторних накопичувачів. Значна частина сховищ знаходиться в управлінні організацій, яким доручено збалансувати енергосистему, наприклад, незалежних системних операторів (ISO) і регіональних транспортних організацій (RTO). ISO та RTO є незалежними, регульованими на федеральному рівні некомерційними організаціями, які контролюють регіональні ціни та розподіл електроенергії.

PJM, регіональна організація з передачі електроенергії, розташована в 13 східних штатах (включаючи Пенсільванію, Нью-Йорк, Огайо та Іллінойс), містить найбільшу кількість великомасштабних установок акумуляторів. Другий за величиною великомасштабний акумулятор належить каліфорнійському ISO (CAISO). Більшість проектів акумуляторних накопичувачів, розроблених ISO та RTO, призначені для короткострокового зберігання енергії. Вони використовують літій-іонні батареї, які виробляють достатньо енергії для живлення місцевої мережі в середньому протягом чотирьох годин. Такі засоби корисні для забезпечення надійності мережі, інтеграції відновлюваних джерел енергії в мережі та розвантаження мереж у години пік. Для отримання додаткової інформації див. наведені нижче підсумки типів батарей.

1. Літій-іонний

Літій-іонні батареї вперше почали комерційно виробляти в 90-х роках, коли вони спочатку використовувалися для невеликих споживчих товарів (наприклад, мобільних телефонів). Однак останнім часом вони використовуються для більш масштабних накопичувачів акумуляторів та електромобілів. Життєвий цикл літієвих батарей становить 10-15 років, і Bloomberg New Energy Finance прогнозує, що літій-іонні батареї впадуть до низької ціни менше ніж 100 доларів США за кВт-год до 2025 року.

Літій-іонні батареї зараз є найпопулярнішим варіантом зберігання даних, вони становлять понад 90 відсотків світового ринку накопичувачів акумуляторів. Перевагою літій-іонних акумуляторів є висока щільність енергії та легка конструкція. Крім того, їх можна поєднати з сонячними батареями, щоб дозволити домогосподарствам і підприємствам використовувати невелику кількість електроенергії для заряджання мобільних телефонів, роботи приладів і освітлення будівель.

General Electric розробила контейнери для літій-іонних акумуляторів потужністю 1 МВт, які стали доступними для придбання в 2019 році, що полегшило транспортування акумуляторів і забезпечило об’єкти відновлюваної енергетики меншими, більш універсальними варіантами зберігання.

2. Потік

Альтернативою літій-іонним батареям є проточні акумулятори. Вони використовувалися для багатьох проектів, які вимагали більшої тривалості зберігання, оскільки вони мають низьку щільність енергії, довгий життєвий цикл і підходять для забезпечення безперервної потужності.

3. Твердотільний

Порівняно з популярною літій-іонною батареєю, твердотільні батареї мають багато переваг, коли мова йде про накопичення енергії великої мережі. Як випливає з назви, твердотільні батареї містять тверді електроліти. На відміну від рідких електролітів у літій-іонних батареях, тверді електроліти мають вищу щільність енергії та набагато менш займисті (завжди втішний факт). Завдяки своїй підвищеній безпеці твердотільні батареї ідеально підходять для великомасштабних мережевих додатків.

При цьому твердотільні батареї коштують дорожче літій-іонних. Оскільки виробництво літій-іонної технології відбувається з такою швидкістю порівняно з твердотільною технологією, ціни на першу наразі значно нижчі.

Водневі паливні елементи

Водневий паливний елемент виробляє електроенергію шляхом поєднання водню та кисню. Осередки мають кілька основних переваг: оскільки вони не покладаються на рухомі частини, вони надійні та тихі; вони мають невеликий вуглецевий слід (їхній єдиний викид – стара добра H2O); і вони мають високу щільність енергії. Також можливий зворотний процес виробництва, у якому виникає накопичення енергії. Оскільки електроліз води виробляє кисень і водень, установки на паливних елементах можуть виробляти водень, коли ціни на електроенергію низькі, а потім використовувати цей водень для виробництва електроенергії для задоволення потреб. вимоги. Проблема з паливними елементами полягає в їхній високій ціні – щоб вони працювали, потрібна платина, яка є дорогим елементом.

Маховики

Хоча маховики не підходять для тривалого зберігання, вони можуть бути надзвичайно корисними як для вирівнювання навантаження, так і для перемикання передач. Маховики мають тривалий життєвий цикл, високу щільність енергії, низьку вартість обслуговування та досить швидку швидкість реагування. У процесі обертання маховика двигуни накопичують енергію в маховиках, обертаючи їх із надзвичайно високою швидкістю (до 50 000 об/хв). Потім двигун повертається назад, виробляючи електроенергію із накопиченої кінетичної енергії.

Електромобілі

У міру того, як електромобілі (EV) стають все більш поширеними, зростає інтерес до їх використання для резервного зберігання на випадок збою електромережі або стрибків попиту. Хоча сьогодні більшість електромобілів не призначені для повернення енергії в мережу, автомобілі V2G здатні накопичувати електроенергію в автомобільних акумуляторах, а потім передавати її назад в мережу пізніше. Навіть коли автомобіль сам зійде з дороги, акумулятори електромобілів все ще можна використовувати в мережевому накопичувачі. Комунальні служби почали використовувати батареї старих електромобілів як старі накопичувачі енергії – уявіть свій місцевий комісійний магазин, але з автомобільними акумуляторами замість старого одягу. Корисно те, що ці батареї мають здатність зберігати електроенергію до десяти років.

Чому зберігання енергії корисне для вашої компанії?

У цей момент ви можете подумати: «Зберігання енергії звучить чудово, але яке відношення це має до мене та моєї компанії?» По-перше, одним із найважливіших варіантів використання накопичення енергії є можливість переключитися на накопичену потужність, коли мережа досягає піку. Як згадувалося вище, батареї заряджаються, поки мережа працює на базовому навантаженні або мінімальному рівні попиту, а ціни на електроенергію низькі. Потім ця заряджена потужність використовується вашою будівлею в години пік, що дозволяє вам уникнути покупки енергії, коли ціни високі. Далі, якщо ви використовуєте або плануєте використовувати електричні транспортні засоби для обслуговування вашої компанії, сховище має важливе значення: автомобіль не можна заряджати протягом ночі сонячною енергією без системи зберігання. По-третє, використання чистої енергії швидко стає головною вимогою як клієнтів, так і інвесторів. Зберігання енергії дозволяє вам використовувати доступні відновлювані ресурси, навіть якщо вони періодичні. Нарешті, вартість зберігання енергії різко знизилася з 2010-х років. (Ми можемо віднести більшу частину зниження ціни на падіння вартості літій-іонних батарей). Це означає, що зберігання енергії, ймовірно, буде економічно ефективним для вашої компанії. Тим часом продуктивність і якість методів зберігання енергії продовжує покращуватися.

Чи є якісь мінуси зберігання енергії?

Незважаючи на те, що накопичення енергії має багато переваг, воно не позбавлене недоліків: енергія може бути втрачена через неефективність «туди й назад» під час її зберігання та використання, зберігання енергії може бути дорогим залежно від методу, а також потрібна додаткова інфраструктура та простір. , які можуть знищити природні середовища існування та землю в деяких місцях.

Коли справа доходить до акумуляторів, безпека є ще однією проблемою. Вищезазначені літій-іонні батареї бувають різних хімікатів, але є більш горючими, ніж твердотільні батареї. З огляду на це, будь-яка батарея може стати шкідливою, якщо нею нехтувати. Наприклад, літій-іонні батареї можуть перейти до перегріву. Під час термічного розгону батарея запалюється, в результаті чого вона нагрівається, і її стає надзвичайно важко загасити. Це не тільки небезпечно, але й неодмінно призведе до повного виходу батареї з ладу. Існує три способи перегріву: батарея зазнає певного пошкодження від удару, піддається впливу зовнішнього джерела тепла або перезаряджається. Свинцево-кислотні акумулятори, тим часом, складаються з сірчаної кислоти. Це їдка та небезпечна для контакту речовина. Тому подбайте про те, щоб батареї не протікали.

Як EnergyWatch може допомогти

Якщо ви інвестували в проект накопичення енергії, особливо той, який включає генерацію на місці, отримання даних про ефективність проекту є важливим. Завдяки платформі управління енергією EnergyWatch, Watchwire, ви матимете: повну видимість рівнів генерації та зберігання, що дозволить вам аналізувати поточне використання та попит; попередження про пікове навантаження, які дають вам змогу знати, коли почати використовувати накопичення енергії, щоб обмежити попит з мережі; а також аналіз вашого проекту накопичення енергії та вимірювання та перевірку після його впровадження, що дозволить вам визначити, наскільки ефективним був ваш проект у покращенні роботи вашої компанії. Щоб дізнатися більше про те, як Watchwire може допомогти у ваших проектах зі зберігання енергії, завантажте повний опис рішення.

Джерело:

https://watchwire.ai/energy-storage-what-it-is-and-how-it-can-help-your-company/