Нови тенденции в системата за съхранение на енергия ESS технология

Световноизвестният производител на продукти за индустриален контрол - C3CONTROLS в Съединените щати анализира новите технологични тенденции на днешната система за съхранение на енергия ESS в своята техническа бяла книга, следното е извадка.

Електричеството в неговата сурова форма не може да се съхранява в никакъв мащаб, но чрез използването на система за съхранение на енергия (ESS) то може да се преобразува в други форми на енергия, които могат да се съхраняват. Тези форми на енергия могат да бъдат преобразувани обратно в електричество, когато е необходимо.

Системите за съхранение на енергия предлагат широка гама от технологични подходи за управление на нашите доставки на електроенергия в опит да се създаде по-устойчива енергийна инфраструктура и да се спестят разходи за комунални услуги и потребители. Настоящите технологии за системи за съхранение на енергия включват батерии, маховици, сгъстен въздух, помпено водно съхранение и др. Днес всички тези системи все още са ограничени в общата енергия, която могат да съхраняват, но изследванията продължават бързо да подобряват тези технологии.

Електрическата мрежа на САЩ е изградена върху деликатен баланс между предлагането на електроенергия и потребителското търсене. Ефективен начин да се помогне за балансиране на колебанията в предлагането и търсенето на електроенергия е да се съхранява електроенергия през периоди на високо производство и ниско търсене и след това да се пусне обратно в мрежата през периоди на ниско производство или високо търсене.

Тук обсъждаме как съхранението на електроенергия може да осигури на всички нас надеждност, икономически и екологични ползи. В зависимост от степента на внедряване, съхранението на електроенергия може да помогне на мрежата на САЩ да работи по-ефективно, да намали вероятността от прекъсвания по време на периоди на пиково търсене и да позволи използването на повече възобновяеми ресурси. снимка

Нарастващото търсене на съхранение на електроенергия

От откриването на електричеството много изследователи и учени търсят ефективни начини за съхраняване на енергия за използване при поискване. През последните 100 години индустрията за съхранение на енергия се разрасна и направи иновации в отговор на променящите се изисквания за електроенергия и технологичния напредък.

Днес потребителите в Съединените щати използват електричество 24 часа на ден. Независимо дали сме будни или спим, нуждата ни от електричество е постоянна. Американските потребители са склонни да приемат за даденост колко лесно е да получим енергията, от която се нуждаем, за да захранваме нашите уреди, уреди, инструменти, машини, превозни средства и всичко, което използваме ден и нощ.

Въпреки това, сегашното бързо популяризиране на електрически превозни средства, например, оказва по-голям натиск върху мрежата и трябва да отговори на по-голямото търсене на енергия. Освен това технологичният напредък и растежът на пазара на възобновяема енергия (напр. слънчева, вятърна и т.н.) е важен двигател на търсенето на съхранение на енергия предвид значителното въздействие върху мрежата.

Технология за съхранение на енергия

Основна характеристика на електроенергийния сектор е, че нивото на електроенергия, което може да се генерира, е фиксирано за кратки периоди от време. Вместо това търсенето на електроенергия варира през целия ден. Разработването на технологии за съхранение на електрическа енергия, така че тя да е налична, когато е необходима, представлява голяма промяна в начина, по който се разпределя електроенергията.

Система за съхранение на енергия

Системите за съхранение на енергия (ESS) са предназначени да управляват нивата на електроенергия, необходима за захранване на клиентите по време на пиковите часове, когато търсенето е най-голямо – в крайна сметка спомагайки за гладкото използване на възобновяема енергия и по-лесното й вкарване в разпределителната система.

ESS също ще помогне за балансиране на микромрежата за постигане на стабилен баланс между производство и натоварване. Системата за съхранение на енергия може да осигури регулиране на честотата - критично е да поддържате честотата на цялата система на 60 Hz. Това поддържа баланс между натоварването на мрежата и генерираната мощност. В допълнение, внедряването на ESS може да осигури и по-надеждно електрозахранване за високотехнологични индустриални съоръжения. Съхранението на енергия и силовата електроника имат окуражаващо обещание за трансформацията на енергийния сектор.

Силова електроника за високо напрежение

Силовата електроника с високо напрежение, като превключватели, контролери и инвертори, контролира мощността бързо и прецизно, за да поддържа предаване на дълги разстояния. Тези устройства с високо напрежение ще позволят на системата да работи по-ефективно и да реагира ефективно на смущения по-бързо. Друго голямо предизвикателство, което се разглежда, е намаляването на разходите за технологии за съхранение на енергия и силова електроника, за да се ускори приемането на пазара.

Програма за съхранение на енергия на DOE

Програмата за съхранение на енергия (ESP), създадена от Службата за електроенергия (OE) на Министерството на енергетиката на САЩ, провежда изследвания и разработки на различни технологии за съхранение на енергия. Тази широка технологична база включва батерии (конвенционални и модерни), електрохимични кондензатори, маховици, силова електроника, системи за управление и софтуерни инструменти за оптимизиране и оразмеряване на съхранение. ESP работи в тясно сътрудничество с партньори от индустрията - много от неговите проекти са със силно споделени разходи.

Програмата за съхранение на енергия (ESP) предлага на комуналните служби и държавните енергийни отдели възможността да си сътрудничат при проектирането, доставката, инсталирането и въвеждането в експлоатация на големи новаторски инсталации за съхранение с размер до няколко мегавата. Той също така поддържа аналитични проучвания на техническото и икономическото представяне на технологиите за съхранение, както и технически оценки на компоненти на системи за съхранение на енергия и операционни системи.

Подобреното съхранение на енергия може да осигури многобройни ползи за енергетиката и нейните домашни клиенти, както и за промишлени производствени компании и търговски предприятия. Тези ползи ще включват подобрено качество на електроенергията и надеждна доставка на енергия до клиентите – и повишена стабилност и надеждност на преносните и разпределителните системи.

Програмата за съхранение на енергия (ESP) насърчава комуналните компании да преоборудват съществуващото оборудване, за да отложат или премахнат скъпите надстройки - подобрявайки наличността и увеличавайки пазарната стойност на разпределената мощност. ESP предоставят на комуналните услуги и доставчиците генериране на възобновяема енергия с по-висока стойност и по-ниски разходи чрез по-висок капацитет и отлагане на плащанията за пренос.

ESP също работи за увеличаване на плътността на съхранение на енергия чрез изследване на усъвършенствани електролити за поточни батерии, разработването на нискотемпературни натриеви батерии и наноструктурирани електроди с подобрена електрохимична производителност. В областта на силовата електроника напредват изследванията върху нови високоволтови, високомощни, високочестотни и широколентови материали като силициев карбид и галиев нитрид. Освен това, продължават изследванията на усъвършенствани системи за преобразуване на енергия, които използват усъвършенствани магнетици, високоволтови кондензатори, опаковки и усъвършенствани контроли за значително увеличаване на плътността на мощността и производителността.

Енергийна планета

Инициативата Energy Earthshots е друга инициатива на Министерството на енергетиката на САЩ за ускоряване на пробива към по-изобилни, достъпни и надеждни решения за чиста енергия в рамките на едно десетилетие. Постигането на инициативата Energy Earthshots ще помогне на САЩ да се справят с най-трудните бариери за справяне с климатичната криза, развивайки икономика с чиста енергия и по-бързо преминавайки към нулеви нетни въглеродни емисии до 2050 г.

DOE – Земни снимки за дългосрочно съхранение на енергия

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) си постави за цел да намали разходите за съхранение на енергия в мрежов мащаб за системи, издържащи повече от 10 часа, с 90 процента в рамките на едно десетилетие. Съхранението на енергия има потенциала да ускори пълната декарбонизация на мрежата.

В момента се инсталира съхранение с по-кратка продължителност, за да се поддържат днешните нива на производство на възобновяема енергия. Тъй като все повече и повече възобновяема енергия се използва в мрежата, са необходими технологии за съхранение с по-голяма продължителност. По-евтиното и по-ефективно съхранение ще направи по-осъществимо улавянето и съхраняването на възобновяема чиста енергия за използване, когато производството на енергия е недостъпно или е под търсенето.

Например възобновяема енергия като слънчева енергия, генерирана през деня, може да се използва през нощта, когато търсенето се увеличи, или ядрена енергия, генерирана по време на периоди на ниско търсене, може да се използва, когато търсенето се увеличи. LDSS ще разгледа всички видове технологии – електрохимични, механични, термични, химически носители или всякакви комбинации, които имат потенциала да постигнат целите за продължителност и разходи, необходими за гъвкавостта на мрежата.

финансови средства

Няколко офиса на Министерството на енергетиката извършват дейности по съхранение на енергия, а заявката за бюджет на президента за финансовата 2022 г. включва общо 1,16 милиарда долара за тези дейности, проследени чрез напречната секция на Energy Storage Grand Challenge. В очакване на безвъзмездно финансиране, DOE предвижда възможности за финансиране и други дейности, за да подпомогне напредъка към целите на LDSS, в съответствие с пътната карта на DOE за големи предизвикателства за съхранение на енергия.

Постигане на целта за нетни нулеви въглеродни емисии

Дългосрочните цели за земно съхранение (LDSS) са от ключово значение за постигане на нулеви нетни въглеродни емисии за мрежата до 2035 г. и за икономиката като цяло до 2050 г. Съхранението на енергия може да подобри локалния контрол на електроенергийната система и да създаде устойчивост за общности, които изпитват чести прекъсвания на захранването или може да нямат достъп до мрежата. Разработването на технологията и производството за постигане на целевите разходи на LDSS също ще създаде нов сектор за производство на продукти с памет в Съединените щати.

Тъй като цената на слънчевите и вятърните технологии пада бързо, нарастващият дял на променлива възобновяема енергия ще се превърне в норма в бъдеще. Използването на електрически превозни средства ускорява усилията за декарбонизиране на транспортния сектор.

Необходимостта от адаптиране на променливи доставки на енергия, докато енергийният сектор осигурява непрекъснато производство, е постижима цел. Усилията за интегриране на възобновяеми енергийни източници като слънчева, вятърна и други възобновяеми енергийни източници в секторите за крайна употреба показаха значителен потенциал и критичното значение на съхранението на електроенергия за постигане на дълбока декарбонизация.

Съхранението на електроенергия, базирано на бързо подобряващи се батерии и други технологии, ще позволи по-голяма гъвкавост на системата, ключов актив, тъй като делът на променливата възобновяема енергия продължава да нараства. Съхранението на електроенергия може да даде възможност за транспортен сектор, доминиран от електрически автомобили, да даде възможност за ефективни 24-часови слънчеви домашни системи извън мрежата и да поддържа 100 процента възобновяеми микромрежи.

международна прогноза

В доклада Съхранение на електроенергия и възобновяема енергия: Разходи и пазари, Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA) анализира текущите разходи и ефективност на набор от технологии за съхранение на електроенергия в стационарни приложения, както и техния потенциал за намаляване на разходите и подобряване на ефективността чрез 2030 до 2030 г."

Докладът заключава, че общият капацитет за съхранение на електроенергия може да се утрои по отношение на енергията до 2030 г. С бързото приемане на възобновяеми източници, това трябва да е достатъчно, за да удвои дела на възобновяемите източници в глобалния енергиен микс за по-малко от 15 години. Захранването на батерията може да нарасне 17-кратно, а цената на технологията за съхранение на батерия може да спадне с до 66 процента.

Това изследване показва, че системите за съхранение на батерии имат огромен потенциал за внедряване и намаляване на разходите. Общите инсталирани разходи могат да спаднат с 50 процента до 60 процента до 2030 г., като разходите за батерии ще паднат още повече. Всичко това се дължи на оптимизирането на производствените съоръжения, както и на по-добрия състав и намаленото използване на материали.

Технология на системата за съхранение на енергия

Системите за съхранение на енергия (ESS) предлагат широка гама от технологични подходи за управление на нашите доставки на електроенергия, за да се създаде по-устойчива енергийна инфраструктура и да се спестят разходи за комунални услуги и потребители. Различните подходи, прилагани в момента по света, са разгледани по-долу.