Modern enerji depolama cihazları, en yaygın enerji depolama türleri

Enerji depolama cihazları örneğin yakıt hücreleri, piller, kapasitörler, volanlar, basınçlı hava, hidrolik akümülatörler, süper mıknatıslar, hidrojen vb. kullanarak elektrokimyasal, kinetik, potansiyel, elektromanyetik, kimyasal ve termal gibi çeşitli şekillerde enerji depolayan sistemlerdir. .

Enerji depolama cihazları önemli bir kaynaktır ve genellikle kesintisiz güç sağlamak veya çok kısa süreli istikrarsızlık dönemlerinde güç sistemini desteklemek için kullanılır.Ayrıca bağımsız yenilenebilir enerji sistemlerinde de önemli bir rol oynarlar.

Belirli bir uygulama için gerekli olan enerji depolama cihazları için ana kriterler şunlardır:

• özgül enerji (Wh · kg -1 cinsinden) ve enerji yoğunluğu (Wh · kg -1 veya Wh · l -1 cinsinden) cinsinden enerji miktarı;
• elektrik gücü, yani gerekli elektrik yükü;
• hacim ve kütle;
• güvenilirlik;
• dayanıklılık;
• güvenlik;
• fiyat;
• geri dönüştürülebilir;
• Çevre üzerindeki etki.

Enerji depolama cihazları seçilirken aşağıdaki özellikler göz önünde bulundurulmalıdır:

• özgül güç;
• depolama kapasitesi;
• spesifik enerji;
• reaksiyon süresi;
• yeterlik;
• kendi kendine deşarj oranı / şarj döngüleri;
• ısıya duyarlılık;
• şarj-deşarj ömrü;
• Çevre üzerindeki etki;
• sermaye / işletme maliyetleri;
• hizmet.

Elektrik enerjisi depolama cihazları, telekomünikasyon cihazlarının (cep telefonları, telefonlar, telsizler vb.), yedek güç sistemlerinin ve depolama bileşenleri (piller, süper kapasitörler ve yakıt hücreleri) şeklindeki hibrit elektrikli araçların ayrılmaz bir parçasıdır.

İster elektrikli ister termal olsun, enerji depolama cihazları temel temiz enerji teknolojileri olarak kabul edilmektedir.

Uzun vadeli enerji depolama, rüzgar ve güneş enerjisinin yeni santrallerin eklenmesine hakim olduğu ve kademeli olarak diğer elektrik kaynaklarının yerini aldığı bir dünya için büyük bir potansiyele sahiptir.

Rüzgar ve güneş yalnızca belirli zamanlarda üretim yapıyor, bu nedenle boşlukları doldurmaya yardımcı olacak ek teknolojiye ihtiyaçları var.

Kesintili, mevsimsel ve öngörülemeyen elektrik üretiminin payının arttığı ve tüketimle uyumsuzluk riskinin arttığı bir dünyada depolama, enerji üretimi ve tüketimi arasındaki tüm faz farklarını emerek sistemi daha esnek hale getiriyor.

Akümülatörler esas olarak bir tampon görevi görür ve hem şebekede hem de binalarda yenilenebilir enerji kaynaklarının daha kolay yönetimine ve entegrasyonuna izin vererek, rüzgar ve güneşin yokluğunda bir miktar özerklik sunar.

Jeneratör sistemlerinde, jeneratörün en az verimli olduğu düşük güç talebi dönemlerinde yüke hizmet vererek yakıt tasarrufu sağlayabilir ve jeneratör verimsizliklerinin önlenmesine yardımcı olabilirler.

Enerji depolama, yenilenebilir enerji üretimindeki dalgalanmaları tamponlayarak jeneratör çalıştırma sıklığını da azaltabilir.

Yüksek nüfuz gücüne sahip rüzgar ve dizel sistemlerinde (kurulu rüzgar gücünün ortalama yükü aştığı yerlerde), çok küçük bir depolama miktarı bile dizel başlatma sıklığını önemli ölçüde azaltır.

En yaygın endüstriyel enerji depolama cihazları türleri:

Endüstriyel enerji depolama cihazları

Elektrokimyasal enerji depolama cihazları

Piller, özellikle kurşun asitli piller, baskın enerji depolama aygıtı olmaya devam ediyor.

Birçok rakip pil türü (nikel-kadmiyum, nikel-metal hidrit, lityum-iyon, sodyum kükürt, metal-hava, akışlı piller), ömür, verimlilik, enerji yoğunluğu gibi bir veya daha fazla performans açısından kurşun-asit pillerden daha iyi performans gösterir. , şarj ve deşarj oranı, soğuk hava performansı veya bakım gerekli.

Ancak çoğu durumda, kilovat saat kapasite başına düşük maliyetleri, kurşun asitli aküleri en iyi seçenek haline getirir.

Volanlar, ultra kapasitörler veya hidrojen depolama gibi alternatifler gelecekte ticari olarak başarılı olabilir, ancak günümüzde nadirdir.

Lityum-iyon (Li-ion) piller artık tüm modern tüketici elektroniği cihazları için modern bir güç kaynağıdır. Taşınabilir elektronik cihazlar için prizmatik lityum-iyon pillerin hacimsel enerji yoğunluğu son 15 yılda ikiye katlanarak üç katına çıktı.

Elektrikli araçlar ve enerji depolama sistemleri gibi Li-ion piller için birkaç yeni uygulama ortaya çıktıkça, hücre tasarımı ve performans gereksinimleri sürekli olarak değişmekte ve geleneksel pil üreticilerine benzersiz zorluklar sunmaktadır.

Bu nedenle, yüksek enerjili, yüksek güç yoğunluklu lityum-iyon pillerin güvenli ve güvenilir şekilde çalıştırılmasına yönelik yüksek talep kaçınılmaz hale geliyor.

Enerji endüstrisinde elektrokimyasal enerji depolama cihazlarının uygulanması:

Akümülatör tesisleri, elektrik enerjisini depolamak için pillerin kullanılması

elektrokimyasal süper kapasitörler

Süper kapasitörler, saniyeler içinde tamamen şarj veya deşarj olabilen elektrokimyasal enerji depolama cihazlarıdır.

İkincil pillere kıyasla daha yüksek güç yoğunlukları, daha düşük bakım maliyetleri, geniş sıcaklık aralığı ve daha uzun görev döngüleri ile süper kapasitörler, son on yılda araştırmaların önemli ilgisini çekmiştir.

Ayrıca geleneksel elektrikli dielektrik kapasitörlerden daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptirler.Bir süper kapasitörün depolama kapasitesi, elektrolit iyonları ile geniş yüzey alanlı elektrotlar arasındaki elektrostatik ayrıma bağlıdır.

Süper kapasitörlerin lityum iyon pillere kıyasla daha düşük özgül enerjisi, yaygın kullanımlarının önünde bir engeldir.

Süper kapasitörlerin performansının iyileştirilmesi, taşınabilir elektronikten elektrikli araçlara ve büyük endüstriyel ekipmanlara kadar geleceğin sistemlerinin ihtiyaçlarını karşılamak için gereklidir.

Ayrıntılı olarak süper kapasitörler:
İyonistler (süper kapasitörler) — cihaz, pratik uygulama, avantajlar ve dezavantajlar

Basınçlı hava enerji depolama

Basınçlı hava enerji depolama, bir zamanda üretilen enerjiyi başka bir zamanda kullanmak üzere depolamanın bir yoludur. Bir kamu hizmeti ölçeğinde, enerji talebinin düşük olduğu (yoğun olmayan) dönemlerde üretilen enerji, yüksek talebin (pik yük) olduğu dönemleri karşılamak için serbest bırakılabilir.

Basınçlı hava izotermal depolaması (CAES), geleneksel (diyabatik veya adyabatik) sistemlerin bazı sınırlamalarının üstesinden gelmeye çalışan yeni bir teknolojidir.

Kriyojenik enerji depolama

İngiltere 250 MWh sıvılaştırılmış hava deposu inşa etmeyi planlıyor. Yenilenebilir enerji kaynakları parkı ile birleştirilecek ve kesintilerini telafi edecektir.

Devreye alma 2022 için planlanıyor. Kriyojenik enerji depolama üniteleri, elektrik üretiminin bir kısmının fotovoltaik paneller ve rüzgar türbinlerinden geldiği Manchester yakınlarındaki Trafford Energy Park ile birlikte çalışacak.

Bu depolama tesisi, bu yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımındaki kesintileri telafi edecektir.

Bu kurulumun çalışma prensibi, klimanın iki kez değiştirilmesine dayanacaktır.

Elektrik enerjisi, havayı çekmek ve ardından sıvı hale gelinceye kadar çok düşük sıcaklıklara (-196 derece) soğutmak için kullanılacaktır. Daha sonra bu kullanım için özel olarak uyarlanmış büyük, yalıtımlı, düşük basınçlı tanklarda depolanacaktır.

İkinci döngü elektrik enerjisine ihtiyaç olduğunda gerçekleşir. Kriyojenik sıvı, buharlaşmaya devam etmek ve onu gaz haline döndürmek için bir ısı eşanjörü tarafından ısıtılır.

Kriyojenik sıvının buharlaşması, elektrik üreten türbinleri çalıştıran gaz hacminin genişlemesine neden olur.

Kinetik enerji depolama cihazları

Bir volan, dönme enerjisini depolamak için kullanılan dönen bir mekanik cihazdır. Volan, zaman içinde aralıklı enerji kaynaklarından enerji yakalayabilir ve şebekeye sürekli elektrik enerjisi sağlayabilir.

Volan enerji depolama sistemleri, kinetik enerji olarak depolanan giriş elektrik enerjisini kullanır.

Mekanik sistemlerin fiziği genellikle oldukça basit olsa da (bir volanın döndürülmesi veya ağırlıkların kaldırılması gibi), bu kuvvetlerin etkili ve verimli bir şekilde kullanılmasını sağlayan teknolojiler özellikle ileri düzeydedir.

Yüksek teknoloji malzemeleri, en son bilgisayar kontrol sistemleri ve yenilikçi tasarımı, bu sistemleri gerçek uygulamalar için uygun hale getirir.

Ticari kinetik depolama için UPS sistemleri üç alt sistemden oluşur:

• enerji depolama cihazları, genellikle bir volan;
• dağıtım cihazları;
• enerji depolama kapasitesi üzerinden hataya dayanıklı güç sağlamak için çalıştırılabilen ayrı bir jeneratör.

Volan, mekanik sistemleri doğrudan bağlayarak güvenilirliği artıran bir yedek jeneratör ile entegre edilebilir.

Bu cihazlar hakkında daha fazla bilgi:

Güç endüstrisi için kinetik enerji depolama cihazları

Volan (kinetik) enerji depolama cihazları nasıl düzenlenir ve çalışır?

Güç Şebekeleri için Yüksek Sıcaklıkta Süper İletken Manyetik Enerji Depolama (SMES):

Süper iletken manyetik enerji depolama sistemleri nasıl çalışır ve çalışır?