Φανταστείτε ηλιακούς συλλέκτες που όχι μόνο παράγουν ηλεκτρική ενέργεια κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά μπορούν να αποθηκεύσουν την πλεονάζουσα ενέργεια για χρήση τη νύχτα ή τις συννεφιασμένες ημέρες. Αυτή η μετασχηματιστική ικανότητα γίνεται πραγματικότητα μέσω προηγμένων τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας, οι οποίες χρησιμεύουν ως τεράστια αποθεματικά που μετατρέπουν την διαλείπουσα ανανεώσιμη ενέργεια σε σταθερή, αξιόπιστη ισχύ.

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας συλλαμβάνουν και διατηρούν ενέργεια σε διάφορες μορφές για μεταγενέστερη χρήση. Οι τρέχουσες τεχνολογίες εμπίπτουν σε τέσσερις κύριες κατηγορίες:

• Ηλεκτροχημική αποθήκευση: Συστήματα μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων των τεχνολογιών ιόντων λιθίου, μπαταριών ροής, μολύβδου-οξέος και των αναδυόμενων τεχνολογιών ιόντων νατρίου.
• Θερμική αποθήκευση: Συστήματα που χρησιμοποιούν θερμική χωρητικότητα ή υλικά αλλαγής φάσης, όπως λιωμένο αλάτι, αποθήκευση πάγου και δεξαμενές ζεστού νερού.
• Μηχανική αποθήκευση: Λύσεις που περιλαμβάνουν αντλούμενο υδροηλεκτρικό, πεπιεσμένο αέρα και συστήματα σφονδύλων.
• Αναδυόμενες τεχνολογίες: Πειραματικά συστήματα όπως η υπεραγώγιμη μαγνητική αποθήκευση και η αποθήκευση με βάση το υδρογόνο.

Η αποθήκευση μπαταριών κυριαρχεί στις τρέχουσες εφαρμογές, ιδιαίτερα σε οικιακές, εμπορικές και μεγάλης κλίμακας εφαρμογές δικτύου. Διαφορετικές χημείες μπαταριών εξυπηρετούν διακριτούς σκοπούς:

Μπαταρίες ιόντων λιθίου: Αυτά τα συστήματα υψηλής ενεργειακής πυκνότητας τροφοδοτούν πλέον τα πάντα, από smartphones έως ηλεκτρικά οχήματα και έργα αποθήκευσης σε κλίμακα χρησιμότητας. Μια οικιακή μονάδα μεγέθους ψυγείου μπορεί να τροφοδοτήσει ένα σπίτι για μέρες, ενώ οι εγκαταστάσεις σε κλίμακα δικτύου απαιτούν ελάχιστη χρήση γης — ένα σύστημα 100 MWh καταλαμβάνει λιγότερο από μισό στρέμμα.

Μπαταρίες ροής: Διαθέτοντας υγρά ηλεκτρολύτες που αποθηκεύονται σε ξεχωριστές δεξαμενές, αυτά τα συστήματα προσφέρουν εξαιρετική μακροζωία και ασφάλεια. Ο μοναδικός τους σχεδιασμός επιτρέπει την ανεξάρτητη κλιμάκωση της ισχύος και της ενεργειακής χωρητικότητας, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές δικτύου μεγάλης διάρκειας.

Μπαταρίες μολύβδου-οξέος: Ενώ είναι οικονομικά αποδοτικά και ώριμα, αυτά τα συστήματα υποφέρουν από χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και μικρότερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με τις νεότερες τεχνολογίες, περιορίζοντας τη χρήση τους σε εφαρμογές όπως μπαταρίες εκκίνησης αυτοκινήτων και εφεδρική ισχύ.

Μπαταρίες ιόντων νατρίου: Αναδύονται ως μια δυνητικά χαμηλότερου κόστους εναλλακτική λύση στα συστήματα ιόντων λιθίου, αυτές οι μπαταρίες αξιοποιούν άφθονους πόρους νατρίου, αλλά επί του παρόντος υστερούν σε ενεργειακή πυκνότητα και διάρκεια κύκλου.

Τα θερμικά συστήματα αποθηκεύουν ενέργεια μέσω αλλαγών θερμοκρασίας ή μεταβάσεων φάσης σε διάφορα υλικά:

Αποθήκευση λιωμένου άλατος: Οι συγκεντρωμένοι ηλιακοί σταθμοί χρησιμοποιούν αυτά τα συστήματα υψηλής θερμοκρασίας για να επεκτείνουν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας πέρα ​​από τις ώρες της ημέρας, βελτιώνοντας σημαντικά την αξιοπιστία.

Αποθήκευση πάγου: Τα εμπορικά κτίρια αξιοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια εκτός αιχμής για να δημιουργήσουν πάγο για ψύξη κατά τη διάρκεια της ημέρας, μειώνοντας τις χρεώσεις αιχμής ζήτησης και βελτιώνοντας την απόδοση του δικτύου.

Αποθήκευση ζεστού νερού: Τα συστήματα τηλεθέρμανσης και οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν μεγάλες δεξαμενές νερού για την εξισορρόπηση της θερμικής προσφοράς και ζήτησης.

Αυτά τα συστήματα μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική ή δυναμική ενέργεια:

Αντλούμενο υδροηλεκτρικό: Η πιο καθιερωμένη μέθοδος αποθήκευσης μεγάλης κλίμακας χρησιμοποιεί πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια για την άντληση νερού προς τα πάνω, απελευθερώνοντάς το αργότερα μέσω στροβίλων όταν χρειάζεται. Ενώ είναι εξαιρετικά αποδοτικά, αυτά τα συστήματα απαιτούν συγκεκριμένα γεωγραφικά χαρακτηριστικά και σημαντικές εκτάσεις γης.

Πεπιεσμένος αέρας: Υπόγειες σπηλιές αποθηκεύουν πεπιεσμένο αέρα που κινεί στροβίλους κατά την εκφόρτιση. Αυτά τα συστήματα προσφέρουν σημαντική χωρητικότητα, αλλά επί του παρόντος αντιμετωπίζουν προκλήσεις απόδοσης.

Σφονδύλοι: Οι περιστρεφόμενες μάζες παρέχουν εξαιρετικά γρήγορους χρόνους απόκρισης που μετρώνται σε δευτερόλεπτα, καθιστώντας τους ιδανικούς για τη ρύθμιση συχνότητας και κρίσιμες εφεδρικές εφαρμογές. Ορισμένα συστήματα ανακτούν την ενέργεια πέδησης από τρένα ή διατηρούν την ισχύ κατά τη διάρκεια σύντομων διακοπών ρεύματος.

Τα πειραματικά συστήματα δείχνουν υπόσχεση, αλλά παραμένουν υπό ανάπτυξη:

Υπεραγώγιμη μαγνητική αποθήκευση: Αυτά τα εξαιρετικά αποδοτικά συστήματα αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια σε μαγνητικά πεδία, αλλά απαιτούν κρυογονική ψύξη, καθιστώντας τα απαγορευτικά ακριβά για τις περισσότερες εφαρμογές.

Αποθήκευση υδρογόνου: Η ηλεκτρόλυση μετατρέπει την πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια σε αέριο υδρογόνο, το οποίο μπορεί να αποθηκευτεί επ' αόριστον και αργότερα να μετατραπεί ξανά σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω κυψελών καυσίμου, αν και με σημαντικές απώλειες ενέργειας.

Η αποθήκευση ενέργειας προσφέρει πολλαπλά οφέλη στα σύγχρονα συστήματα ισχύος:

• Ενεργοποίηση υψηλότερης διείσδυσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας εξομαλύνοντας τη διαλείπουσα παραγωγή
• Παροχή υπηρεσιών δικτύου, συμπεριλαμβανομένης της αποκοπής αιχμής και της ρύθμισης συχνότητας
• Μείωση του κόστους του συστήματος με τη βελτιστοποίηση της χρήσης περιουσιακών στοιχείων παραγωγής
• Ενίσχυση της αξιοπιστίας μέσω δυνατοτήτων εφεδρικής ισχύος

Η Πολιτεία της Νέας Υόρκης έχει θέσει φιλόδοξους στόχους αποθήκευσης — 1.500 MW έως το 2025 και 6.000 MW έως το 2030 — που υποστηρίζονται από προγράμματα κινήτρων που έχουν σχεδιαστεί για να ωφελήσουν τις μειονεκτούσες κοινότητες. Πολλοί ενσωματωτές συστημάτων χρησιμοποιούν πλέον τεχνολογικά αγνωστικές προσεγγίσεις, χρησιμοποιώντας προηγμένο λογισμικό για τη βελτιστοποίηση συνδυασμών τεχνολογιών αποθήκευσης για συγκεκριμένες εφαρμογές.

Καθώς το κόστος συνεχίζει να μειώνεται και η απόδοση βελτιώνεται, η αποθήκευση ενέργειας είναι έτοιμη να διαδραματίσει έναν ολοένα και πιο ζωτικό ρόλο στην παγκόσμια μετάβαση σε καθαρά, ανθεκτικά και αποδοτικά ενεργειακά συστήματα.