Системы аккумулирования энергии: промышленные и бытовые

С момента открытия электричества люди искали эффективные методы хранения энергии для дальнейшего использования в случае необходимости. За последнее столетие отрасль накопления энергии продолжала развиваться и адаптироваться к меняющимся потребностям в энергоснабжении. Предприятия и частные потребители также проявляли заинтересованность в возможности хранения электроэнергии для устранения перегрузок и сглаживание колебаний мощности, которые происходят независимо от производства возобновляемой энергии. Сейчас во всем мире наблюдается быстрое увеличение генерирующих мощностей, что и привело к развитию технологий накопления энергии для производства электроэнергии в больших масштабах. Существует много способов хранения энергии, но очень важно определить, какие технологии лучше всего подходят для удовлетворения текущих и будущих потребностей. Давайте более подробно рассмотрим промышленные и бытовые системы аккумулирования энергии (ESS).

Основные технологии ESS

Мировая энергетическая система делает уверенные шаги на пути к декарбонизации: в нее добавляется все больше возобновляемых источников энергии (ВИЭ), снижаются расходы на хранение. Исследования показывают, что более быстрое, чем ожидалось, снижение стоимости накопления энергии и использования переменных источников энергии может увеличить потребность в ESS к более 400 ГВт · ч уже к 2030 году.

Системы хранения энергии предоставляют широкий спектр технологических подходов к управлению нашим энергоснабжением. Рассмотрим лишь основные категории.

  1. Твердотельныйаккумуляторы — ряд электрохимических накопителей, в том числе современные химические аккумуляторы и конденсаторы (рис. 1).

Рис 1. Твердотельные аккумуляторы. Источник: онлайн -издание Energy storage networks, An overview of 6 energy storage methods, Feb’18.

 

  1. Проточные аккумуляторы — аккумуляторы, в которых энергия накапливается непосредственно в растворе электролита для увеличения срока службы и мгновенного срабатывания (рис. 2).

Рис. 2. Принцип работы проточного аккумулятора. Источник: онлайн-издание Power Electronics, 6 Promising Energy Storage Options to Tie into the Grid, Feb’18.

 

3. Маховики — механические устройства, использующие энергию вращения для мгновенной подачи электрического тока (рис. 3). Компания Temporal Power заявляет о создании супермаховика с выходной мощностью 500 кВт на каждый.

Рис. 3. Пример принципа работы маховика компании АВВ. Источник: онлайн-издание Power Electronics, 6 Promising Energy Storage Options to Tie into the Grid, Feb’18.

 

4. Система хранения энергии на основе сжатого воздуха (рис. 4). С помощью данного способа можно создавать мощный запас энергии. Канадская компания Hydrostor в партнерстве с AECOM возглавляет внедрения этой технологии как на море, так и на суше.

Рис. 4. Хранение энергии за счет сжатого воздуха. Источник: the website of the Pacific Northwest National Laboratory, Compressed Air Energy Storage, Apr’17 ..

 

5. Хранилище тепловой энергии — аккумулирование тепла и холода для создания энергии по требованию и ее выделение в удобное для потребителей время. Основным эталонным объектом в области таких солнечных электростанций является Crescent Dunes Solar Reserve в Неваде (США), мощность которой составляет 110 МВт (фото 1).

Фото 1. Электростанция Crescent Dunes Solar Reserve, Невада, США. Источник: онлайн-издание Power Electronics, 6 Promising Energy Storage Options to Tie into the Grid, Feb’18.

 

6. Насосная гидроаккумулирующая электростанция — создание и хранение энергии с использованием двух резервуаров с водой, расположенных на разных высотах (рис. 5). Известный пример данной технологии — La Muela от Iberdrola, крупнейший гидрокомплекс в Испании и Европе.

Рис. 5. Принцип работы насосной гидроэлектростанции. Источник: Wikipedia, Pumped-storage hydroelectricity.

 

7. Гравитационные накопители энергии — устройства, которые генерируют электричество, выпуская в случае необходимости тяжелый груз с определенной высоты. Ares — ведущая компания в этой области, которая утверждает, что данная технология стоит на 40% дешевле, чем гидроаккумулирующая электростанция, и более эффективной (рис. 6).

 

Рис. 6. Сравнение технологий накопления энергии. Источник: онлайн-издание  Magnus, Energy Storage: Present or Future, Apr’17.

 

К слову, литий ионные аккумуляторы — самые популярные элементы, используемые в современных накопителях энергии как в быту, так и в промышленных масштабах.

Сжатый воздух Хранение энергии сжатым воздухом (CAES) также работает как технология хранения поколения, используя упругую потенциальную энергию сжатого воздуха для повышения эффективности обычных газовых турбин. Системы CAES сжимают воздух с помощью электроэнергии в нерабочее время, а затем сохраняют воздух в подземных пещерах. В периоды пиковых потребностей воздуха отбирается из хранилища и выжигается природным газом в турбине сгорания для производства электроэнергии [9]. Этот метод использует только треть природного газа, используемого в традиционных методах [10]. Поскольку растениям CAES нужна какая-то подземная емкость, они ограничены своим расположением. Сейчас два коммерческих предприятия CAES работают в Хунторфи (Германия) и Макинтоши (Алабама), хотя заводы были предложены в других частях США.

Водород водород можно использовать в качестве топлива с нулевым содержанием углерода для производства. Избыток электроэнергии может быть использован для создания водорода, который можно хранить и использовать впоследствии в топливных элементах, двигателях или газовых турбинах для производства электроэнергии без образования вредных выбросов [11]. NREL изучил потенциал создания водорода из энергии ветра и его хранения в вышках ветрогенераторов для производства электроэнергии, когда ветер не дует

 

На сегодня большинство ESS сосредоточены в Европе, Северной Америке, Восточной и Центральной Азии, а также Тихом океане. Ведущие страны в данном направлении — США, Южная Корея, Япония и ряд европейских стран, включая Германию, Великобританией и Италией. В целом, около 96% проектов установлены именно в этих странах. Остальные 4% находятся в Китае и Южной Америке, преимущественно в Чили. Ближний Восток и Северная Африка, Южная Азия и Африка южнее Сахары имеют лишь незначительное количество систем аккумулирования энергии.

На рынке достаточно много игроков ESS, перечислим лишь топовые компании.

СНИЗИТЬ РАСХОДЫ ЭНЕРГЕТИКИ И ОБЕСПЕЧИТЬ КРИТИЧЕСКУЮ РЕЗЕРВНУЮ МОЩНОСТЬ С СОХРАНЕНИЕМ ЭНЕРГИИ

Коммерческие и промышленные потребители электроэнергии знают, что затраты на энергию могут иметь значительное влияние на ваш результат. Хранение энергии позволяет управлять вашими затратами на энергию, предоставляя вам контроль над использованием электросети, защищая вас от начисления спроса и переменных тарифов на энергию, чтобы обеспечить существенную экономию. Хранение энергии также может обеспечить критическое резервное питание для коммерческих и промышленных объектов, предотвращая потерю дохода от производства и драгоценным повреждение оборудования. Сочетание коммерческого накопления энергии с возобновляемыми источниками, такими как солнечная энергия или ветер, позволяет максимально использовать эти прерывистые источники, сохраняя избыток энергии при ее производстве и используя ее в случае необходимости.

Компания Frost & Sullivan, занимающейся исследованием энергетического рынка, опубликовала отчет, в котором предполагается, что рынок ESS до 2025 года увеличит выручку с 160 400 000 долларов (данные за 2017) до 1600000000. Прогнозируется, что к этому времени именно США, Австралия, Германия и Великобритания будут приносить годовой доход в размере 1500000000 долларов.

выводы

Системы аккумулирования энергии помогут перейти от ископаемого топлива к глобальной декарбонизации и будущей полностью возобновляемой энергии.

ESS имеет преимущества, поможет решить ряд актуальных вопросов:

  • Стоимосьпроизводства электроэнергии может колебаться, будучи дешевле в одной точке и дороже — в другой. ESS могут помочь сбалансировать расходы.
  • Сгладитьпоток возобновляемой энергии, рост которого может быть нестабильным и непредсказуемым.
  • В тот же моментESS будут интегрированы в системы электроснабжения, они смогут служить резервной копией в случае отказа основного источника энергии. Незаменимы при стихийных бедствий, таких как ураганы, и не только.
  • Буде играть важную роль в управлении поставками из периодически возобновляемых источников и поможет устранить выбросы от импортируемой электроэнергии.

Благодаря ESS человечество сможет перейти из источников энергоснабжения переменной действия на непрерывной, надежный поток энергии из ВИЭ.

  • Имеютважное значение для достижения полного технического потенциала солнечных и ветряных электростанций, а также электромобилей.

Мы занимаемся продажей и установкой микроинверторов. Микроинверторы являются самыми передовыми и надежными устройствами на рынке для всех жилых и коммерческих применений.

Контакты

ул. Рижская, 73-Г, Киев, Украина

Заказать обратный звонок