Представьте себе солнечные панели, которые не только генерируют электроэнергию в светлое время суток, но и могут накапливать избыточную энергию для использования ночью или в пасмурные дни. Эта преобразующая способность становится реальностью благодаря передовым технологиям хранения энергии, которые служат огромными резервуарами, преобразующими прерывистую возобновляемую энергию в стабильную и надежную электроэнергию.

Системы хранения энергии улавливают и сохраняют энергию в различных формах для последующего использования. Современные технологии делятся на четыре основные категории:

• Электрохимическое хранение: Аккумуляторные системы, включая литий-ионные, проточные батареи, свинцово-кислотные и новые натрий-ионные технологии.
• Тепловое хранение: Системы, использующие теплоемкость или материалы с фазовым переходом, такие как расплавленная соль, ледяное хранение и резервуары с горячей водой.
• Механическое хранение: Решения, включающие гидроаккумулирование, сжатый воздух и маховиковые системы.
• Новые технологии: Экспериментальные системы, такие как сверхпроводящее магнитное хранение и хранение на основе водорода.

Аккумуляторное хранение доминирует в современных приложениях, особенно в жилых, коммерческих и общесетевых установках. Различные химические составы аккумуляторов служат различным целям:

Литий-ионные аккумуляторы: Эти системы с высокой плотностью энергии теперь питают все: от смартфонов до электромобилей и крупномасштабных проектов хранения энергии. Бытовой блок размером с холодильник может обеспечить электроэнергией дом в течение нескольких дней, в то время как для общесетевых установок требуется минимальная площадь — система мощностью 100 МВтч занимает менее половины акра.

Проточные батареи: Эти системы, в которых жидкие электролиты хранятся в отдельных резервуарах, обеспечивают исключительную долговечность и безопасность. Их уникальная конструкция позволяет независимо масштабировать мощность и емкость энергии, что делает их идеальными для долгосрочных сетевых приложений.

Свинцово-кислотные аккумуляторы: Будучи экономически эффективными и зрелыми, эти системы страдают от более низкой плотности энергии и более короткого срока службы по сравнению с новыми технологиями, что ограничивает их использование такими приложениями, как автомобильные стартерные батареи и резервное питание.

Натрий-ионные аккумуляторы: Появляясь как потенциально более дешевая альтернатива литий-ионным системам, эти аккумуляторы используют обильные ресурсы натрия, но в настоящее время уступают по плотности энергии и сроку службы.

Тепловые системы хранят энергию за счет изменения температуры или фазовых переходов в различных материалах:

Хранение расплавленной соли: Концентрированные солнечные электростанции используют эти высокотемпературные системы для продления выработки электроэнергии за пределы светлого времени суток, значительно повышая надежность.

Хранение льда: Коммерческие здания используют электроэнергию в непиковые часы для производства льда для дневного охлаждения, снижая пиковые нагрузки и повышая эффективность сети.

Хранение горячей воды: Системы централизованного теплоснабжения и промышленные предприятия используют крупномасштабные резервуары для воды для балансировки теплоснабжения и спроса.

Эти системы преобразуют электрическую энергию в кинетическую или потенциальную энергию:

Гидроаккумулирование: Наиболее зарекомендовавший себя метод крупномасштабного хранения использует избыточную электроэнергию для закачивания воды в гору, а затем высвобождает ее через турбины при необходимости. Хотя эти системы очень эффективны, они требуют определенных географических особенностей и значительных земельных площадей.

Сжатый воздух: Подземные пещеры хранят сжатый воздух, который приводит в движение турбины во время разряда. Эти системы предлагают значительную емкость, но в настоящее время сталкиваются с проблемами эффективности.

Маховики: Вращающиеся массы обеспечивают чрезвычайно быстрое время отклика, измеряемое в секундах, что делает их идеальными для регулирования частоты и критических резервных приложений. Некоторые системы восстанавливают энергию торможения от поездов или поддерживают питание во время кратковременных перебоев в сети.

Экспериментальные системы подают надежды, но остаются в разработке:

Сверхпроводящее магнитное хранение: Эти сверхэффективные системы хранят электроэнергию в магнитных полях, но требуют криогенного охлаждения, что делает их непомерно дорогими для большинства применений.

Хранение водорода: Электролиз преобразует избыточную электроэнергию в газообразный водород, который можно хранить неограниченно долго, а затем преобразовывать обратно в электроэнергию с помощью топливных элементов, хотя и со значительными потерями энергии.

Хранение энергии приносит многочисленные преимущества современным энергосистемам:

• Обеспечение более высокого проникновения возобновляемой энергии за счет сглаживания прерывистой генерации
• Предоставление сетевых услуг, включая сглаживание пиков и регулирование частоты
• Снижение системных затрат за счет оптимизации использования генерирующих активов
• Повышение надежности за счет возможностей резервного питания

Штат Нью-Йорк установил амбициозные цели по хранению энергии — 1500 МВт к 2025 году и 6000 МВт к 2030 году — при поддержке программ стимулирования, разработанных для предоставления преимуществ неблагополучным сообществам. Многие системные интеграторы в настоящее время используют технологически-независимые подходы, используя передовое программное обеспечение для оптимизации комбинаций технологий хранения для конкретных приложений.

Поскольку затраты продолжают снижаться, а производительность улучшается, хранение энергии готово сыграть все более важную роль в глобальном переходе к чистым, устойчивым и эффективным энергетическим системам.