Các thiết bị lưu trữ năng lượng hiện đại, các loại lưu trữ năng lượng phổ biến nhất

Thiết bị lưu trữ năng lượng là các hệ thống lưu trữ năng lượng ở nhiều dạng khác nhau, chẳng hạn như điện hóa, động học, thế năng, điện từ, hóa học và nhiệt, ví dụ sử dụng pin nhiên liệu, pin, tụ điện, bánh đà, khí nén, ắc quy thủy lực, siêu nam châm, hydro, v.v. .

Các thiết bị lưu trữ năng lượng là một nguồn tài nguyên quan trọng và thường được sử dụng để cung cấp năng lượng liên tục hoặc hỗ trợ hệ thống điện trong thời kỳ bất ổn ngắn hạn. Chúng cũng đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống năng lượng tái tạo độc lập.

Các tiêu chí chính cho các thiết bị lưu trữ năng lượng cần thiết cho một ứng dụng cụ thể là:

• lượng năng lượng tính theo năng lượng riêng (tính bằng Wh · kg -1) và mật độ năng lượng (tính bằng Wh · kg -1 hoặc Wh · l -1);
• năng lượng điện, tức là phụ tải điện yêu cầu;
• khối lượng và khối lượng;
• độ tin cậy;
• Độ bền;
• bảo vệ;
• giá;
• có thể tái chế;
• Tác động đến môi trường.

Khi chọn thiết bị lưu trữ năng lượng, cần xem xét các đặc điểm sau:

• sức mạnh cụ thể;
• khả năng lưu trữ;
• năng lượng riêng;
• thời gian phản ứng;
• hiệu quả;
• tỷ lệ tự xả / chu kỳ sạc;
• nhạy cảm với nhiệt;
• tuổi thọ nạp-xả;
• Tác động đến môi trường;
• vốn/chi phí vận hành;
• dịch vụ.

Các thiết bị lưu trữ năng lượng điện là một phần không thể thiếu của các thiết bị viễn thông (điện thoại di động, điện thoại, bộ đàm, v.v.), hệ thống điện dự phòng và xe điện hybrid dưới dạng các thành phần lưu trữ (pin, siêu tụ điện và pin nhiên liệu).

Các thiết bị lưu trữ năng lượng, dù là điện hay nhiệt, đều được công nhận là công nghệ năng lượng sạch cốt lõi.

Lưu trữ năng lượng dài hạn có tiềm năng to lớn cho một thế giới nơi năng lượng gió và mặt trời thống trị việc bổ sung các nhà máy điện mới và dần thay thế các nguồn điện khác.

Gió và mặt trời chỉ sản xuất vào những thời điểm nhất định, vì vậy chúng cần công nghệ bổ sung để giúp lấp đầy khoảng trống.

Trong một thế giới mà tỷ lệ phát điện không liên tục, theo mùa và không thể đoán trước ngày càng tăng và nguy cơ mất đồng bộ hóa với mức tiêu thụ ngày càng tăng, việc lưu trữ giúp hệ thống trở nên linh hoạt hơn bằng cách hấp thụ tất cả sự khác biệt về pha giữa sản xuất và tiêu thụ năng lượng.

Bộ tích lũy chủ yếu đóng vai trò là bộ đệm và cho phép quản lý và tích hợp dễ dàng hơn các nguồn năng lượng tái tạo cả trong lưới điện và trong các tòa nhà, mang lại một số quyền tự chủ khi không có gió và mặt trời.

Trong các hệ thống máy phát điện, chúng có thể tiết kiệm nhiên liệu và giúp tránh tình trạng máy phát điện hoạt động kém hiệu quả bằng cách cung cấp tải trong thời gian nhu cầu điện năng thấp khi máy phát điện hoạt động kém hiệu quả nhất.

Bằng cách đệm các biến động trong thế hệ tái tạo, lưu trữ năng lượng cũng có thể làm giảm tần suất khởi động máy phát điện.

Trong các hệ thống gió và động cơ diesel có sức mạnh thâm nhập cao (nơi năng lượng gió được lắp đặt vượt quá tải trung bình), thậm chí một lượng lưu trữ rất nhỏ cũng làm giảm đáng kể tần suất khởi động động cơ diesel.

Các loại thiết bị lưu trữ năng lượng công nghiệp phổ biến nhất:

Thiết bị lưu trữ năng lượng công nghiệp

Thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa

Pin, đặc biệt là pin chì-axit, vẫn là thiết bị lưu trữ năng lượng chủ yếu.

Nhiều loại pin cạnh tranh (niken-cadmium, niken-hydrua kim loại, lithium-ion, natri lưu huỳnh, không khí kim loại, pin dòng chảy) vượt trội hơn hẳn pin chì-axit ở một hoặc nhiều khía cạnh về hiệu suất như tuổi thọ, hiệu quả, mật độ năng lượng , tốc độ sạc và xả, hiệu suất thời tiết lạnh hoặc yêu cầu bảo trì.

Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, chi phí thấp trên mỗi kilowatt giờ công suất khiến pin axit-chì trở thành lựa chọn tốt nhất.

Các giải pháp thay thế như bánh đà, siêu tụ điện hoặc lưu trữ hydro có thể thành công về mặt thương mại trong tương lai, nhưng ngày nay rất hiếm.

Pin Lithium-ion (Li-ion) hiện là nguồn năng lượng hiện đại cho tất cả các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện đại. Mật độ năng lượng thể tích của pin lithium-ion hình lăng trụ dành cho thiết bị điện tử cầm tay đã tăng gấp đôi đến ba lần trong 15 năm qua.

Khi một số ứng dụng mới cho pin Li-ion xuất hiện, chẳng hạn như xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng, các yêu cầu về hiệu suất và thiết kế tế bào liên tục thay đổi và đặt ra những thách thức riêng cho các nhà sản xuất pin truyền thống.

Do đó, nhu cầu cao về hoạt động an toàn và đáng tin cậy của pin lithium-ion năng lượng cao, mật độ năng lượng cao trở nên không thể tránh khỏi.

Ứng dụng của thiết bị tích trữ năng lượng điện hóa trong ngành điện:

Nhà máy tích điện, việc sử dụng pin để lưu trữ năng lượng điện

siêu tụ điện hóa

Siêu tụ điện là thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa có thể được sạc đầy hoặc xả trong vài giây.

Với mật độ năng lượng cao hơn, chi phí bảo trì thấp hơn, phạm vi nhiệt độ rộng và chu kỳ hoạt động dài hơn so với pin thứ cấp, siêu tụ điện đã nhận được sự quan tâm nghiên cứu đáng kể trong thập kỷ qua.

Chúng cũng có mật độ năng lượng cao hơn so với các tụ điện điện môi thông thường.Khả năng lưu trữ của siêu tụ điện phụ thuộc vào sự phân tách tĩnh điện giữa các ion điện phân và các điện cực có diện tích bề mặt lớn.

Năng lượng riêng thấp hơn của siêu tụ điện so với pin lithium-ion là một trở ngại cho việc sử dụng rộng rãi chúng.

Cải thiện hiệu suất của siêu tụ điện là cần thiết để đáp ứng nhu cầu của các hệ thống trong tương lai, từ thiết bị điện tử di động đến xe điện và thiết bị công nghiệp lớn.

Chi tiết siêu tụ điện:
Ionists (siêu tụ điện) — thiết bị, ứng dụng thực tế, ưu điểm và nhược điểm

Lưu trữ năng lượng khí nén

Lưu trữ năng lượng khí nén là một cách lưu trữ năng lượng được tạo ra vào một thời điểm để sử dụng vào một thời điểm khác. Ở quy mô tiện ích, năng lượng được tạo ra trong thời kỳ nhu cầu năng lượng thấp (ngoài giờ cao điểm) có thể được giải phóng để đáp ứng thời kỳ nhu cầu cao (phụ tải cao điểm).

Lưu trữ đẳng nhiệt bằng khí nén (CAES) là một công nghệ mới cố gắng khắc phục một số hạn chế của các hệ thống truyền thống (tiểu đường hoặc đoạn nhiệt).

lưu trữ năng lượng đông lạnh

Anh có kế hoạch xây dựng kho chứa khí hóa lỏng 250 MWh Nó sẽ được kết hợp với một công viên các nguồn năng lượng tái tạo và bù đắp cho sự gián đoạn của chúng.

Việc vận hành dự kiến ​​được lên kế hoạch vào năm 2022. Các đơn vị lưu trữ năng lượng đông lạnh sẽ hoạt động cùng với Công viên Năng lượng Trafford gần Manchester, nơi một phần sản xuất điện đến từ các tấm pin quang điện và tua-bin gió.

Cơ sở lưu trữ này sẽ bù đắp cho sự gián đoạn trong việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo này.

Nguyên lý hoạt động của việc lắp đặt này sẽ dựa trên hai chu kỳ thay ga của máy lạnh.

Năng lượng điện sẽ được sử dụng để hút không khí vào và sau đó làm lạnh nó xuống nhiệt độ rất thấp (-196 độ) cho đến khi nó trở thành chất lỏng. Sau đó, nó sẽ được lưu trữ trong các bể áp suất thấp, cách nhiệt, lớn được điều chỉnh đặc biệt cho mục đích sử dụng này.

Chu kỳ thứ hai sẽ diễn ra khi có nhu cầu về năng lượng điện. Chất lỏng đông lạnh được làm nóng bằng bộ trao đổi nhiệt để tiếp tục hóa hơi và đưa nó trở lại trạng thái khí.

Sự bay hơi của chất lỏng đông lạnh làm cho thể tích khí nở ra, làm quay tua-bin tạo ra điện.

Thiết bị lưu trữ động năng

Bánh đà là một thiết bị cơ khí quay được sử dụng để lưu trữ năng lượng quay. Bánh đà có thể thu năng lượng từ các nguồn năng lượng không liên tục theo thời gian và cung cấp năng lượng điện liên tục cho lưới điện.

Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà sử dụng năng lượng điện đầu vào được lưu trữ dưới dạng động năng.

Mặc dù tính chất vật lý của các hệ cơ học thường khá đơn giản (chẳng hạn như quay bánh đà hoặc nâng vật nặng lên), nhưng các công nghệ cho phép sử dụng các lực này một cách hiệu quả và hiệu quả lại đặc biệt tiên tiến.

Vật liệu công nghệ cao, hệ thống điều khiển máy tính mới nhất và thiết kế sáng tạo làm cho các hệ thống này phù hợp với các ứng dụng thực tế.

Các hệ thống UPS để lưu trữ động học thương mại bao gồm ba hệ thống con:

• thiết bị lưu trữ năng lượng, thường là bánh đà;
• thiết bị phân phối;
• một máy phát điện riêng biệt có thể được khởi động để cung cấp năng lượng có khả năng chịu lỗi đối với khả năng lưu trữ năng lượng.

Bánh đà có thể được tích hợp với máy phát điện dự phòng, giúp cải thiện độ tin cậy bằng cách kết nối trực tiếp các hệ thống cơ học.

Thông tin thêm về các thiết bị này:

Thiết bị lưu trữ động năng cho ngành điện

Các thiết bị lưu trữ năng lượng bánh đà (động học) được sắp xếp và hoạt động như thế nào

Lưu trữ năng lượng từ tính siêu dẫn nhiệt độ cao (SMES) cho lưới điện:

Hệ thống lưu trữ năng lượng từ tính siêu dẫn hoạt động và vận hành như thế nào