Nowe trendy w technologii magazynowania energii ESS

Światowej sławy producent produktów sterowania przemysłowego - C3CONTROLS w Stanach Zjednoczonych przeanalizował nowe trendy technologiczne dzisiejszego systemu magazynowania energii ESS w swoim dokumencie technicznym, poniżej znajduje się fragment.

Energii elektrycznej w swojej surowej postaci nie można magazynować w żadnej skali, ale dzięki zastosowaniu systemu magazynowania energii (ESS) można ją przekształcić w inne formy energii, które można magazynować. Te formy energii można w razie potrzeby przekształcić z powrotem w energię elektryczną.

Systemy magazynowania energii oferują szeroki zakres podejść technologicznych do zarządzania naszymi dostawami energii elektrycznej w celu stworzenia bardziej odpornej infrastruktury energetycznej i obniżenia kosztów dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej i konsumentów. Obecne technologie systemów magazynowania energii obejmują akumulatory, koła zamachowe, sprężone powietrze, elektrownie szczytowo-pompowe i inne. Obecnie wszystkie te systemy nadal mają ograniczoną całkowitą ilość energii, którą mogą magazynować, ale badania wciąż szybko ulepszają te technologie.

Sieć elektryczna w USA opiera się na delikatnej równowadze między dostawami energii elektrycznej a popytem konsumentów. Skutecznym sposobem równoważenia wahań podaży i popytu na energię elektryczną jest magazynowanie energii elektrycznej w okresach wysokiej produkcji i niskiego zapotrzebowania, a następnie oddawanie jej z powrotem do sieci w okresach niskiej produkcji lub wysokiego zapotrzebowania.

Tutaj omawiamy, w jaki sposób magazynowanie energii elektrycznej może zapewnić nam wszystkim niezawodność, korzyści ekonomiczne i środowiskowe. W zależności od zakresu jego zastosowania, magazynowanie energii elektrycznej może pomóc w wydajniejszej pracy sieci w USA, zmniejszyć prawdopodobieństwo przestojów w okresach szczytowego zapotrzebowania i pozwolić na wykorzystanie większej ilości zasobów odnawialnych. zdjęcie

Rosnące zapotrzebowanie na magazynowanie energii elektrycznej

Od czasu odkrycia elektryczności wielu badaczy i naukowców szukało wydajnych sposobów magazynowania energii do wykorzystania na żądanie. W ciągu ostatnich 100 lat przemysł magazynowania energii rozwijał się i wprowadzał innowacje w odpowiedzi na zmieniające się zapotrzebowanie na energię elektryczną i postęp technologiczny.

Obecnie konsumenci w Stanach Zjednoczonych korzystają z energii elektrycznej 24 godziny na dobę. Niezależnie od tego, czy nie śpimy, czy nie śpimy, nasze zapotrzebowanie na energię elektryczną jest stałe. Amerykańscy konsumenci mają tendencję do przyjmowania za pewnik, jak łatwo jest uzyskać energię potrzebną do zasilania naszych urządzeń, urządzeń, narzędzi, maszyn, pojazdów i wszystkiego, czego używamy w dzień iw nocy.

Jednak obecna szybka popularyzacja, na przykład pojazdów elektrycznych, wywarła większą presję na sieć i musi sprostać większemu zapotrzebowaniu na moc. Ponadto postęp technologiczny i wzrost na rynku energii odnawialnej (np. energii słonecznej, wiatrowej itp.) były ważnym motorem zapotrzebowania na magazynowanie energii, biorąc pod uwagę znaczący wpływ na sieć.

Technologia magazynowania energii

Kluczową cechą sektora energii elektrycznej jest to, że poziom energii elektrycznej, który można wytworzyć, jest stały w krótkich okresach czasu. Zamiast tego zapotrzebowanie na energię elektryczną zmienia się w ciągu dnia. Rozwój technologii magazynowania energii elektrycznej w taki sposób, aby była ona dostępna wtedy, gdy jest potrzebna, stanowi istotną zmianę w sposobie dystrybucji energii elektrycznej.

System magazynowania energii

Systemy magazynowania energii (ESS) są zaprojektowane do zarządzania poziomami energii elektrycznej potrzebnej do zasilenia klientów w godzinach szczytu, kiedy zapotrzebowanie jest największe – ostatecznie pomagając płynniej korzystać z energii odnawialnej i łatwiej wprowadzać ją do systemu dystrybucji.

ESS pomoże również zrównoważyć mikrosieć, aby osiągnąć stabilną równowagę między wytwarzaniem a obciążeniem. System magazynowania energii może zapewnić regulację częstotliwości — niezwykle ważne jest utrzymanie częstotliwości całego systemu na poziomie 60 Hz. Utrzymuje to równowagę między obciążeniem sieci a generowaną mocą. Ponadto wdrożenie ESS może również zapewnić bardziej niezawodne zasilanie zaawansowanych technologicznie obiektów przemysłowych. Magazynowanie energii i energoelektronika są obiecującą perspektywą transformacji sektora elektroenergetycznego.

Elektronika wysokiego napięcia

Wysokonapięciowe układy energoelektroniczne, takie jak przełączniki, sterowniki i falowniki, szybko i precyzyjnie sterują zasilaniem, aby wspierać transmisję na duże odległości. Te wysokonapięciowe urządzenia pozwolą na wydajniejsze działanie systemu i szybsze reagowanie na zakłócenia. Kolejnym poważnym wyzwaniem jest obniżenie kosztów technologii magazynowania energii i energoelektroniki w celu przyspieszenia akceptacji rynkowej.

Program magazynowania energii DOE

Program magazynowania energii (ESP) ustanowiony przez Biuro ds. Energii Elektrycznej (OE) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych prowadzi badania i rozwój różnych technologii magazynowania energii. Ta szeroka baza technologiczna obejmuje akumulatory (konwencjonalne i zaawansowane), kondensatory elektrochemiczne, koła zamachowe, energoelektronikę, systemy sterowania oraz narzędzia programowe do optymalizacji i wymiarowania pamięci masowej. ESP ściśle współpracuje z partnerami branżowymi – wiele z jej projektów ma wysoki udział w kosztach.

Program magazynowania energii (ESP) oferuje zakładom użyteczności publicznej i stanowym departamentom energii możliwość współpracy przy projektowaniu, zamawianiu, instalowaniu i uruchamianiu dużych, przełomowych instalacji magazynowania energii o mocy do kilku megawatów. Wspiera również badania analityczne wydajności technicznej i ekonomicznej technologii magazynowania, a także oceny techniczne elementów systemów magazynowania energii i systemów operacyjnych.

Ulepszone magazynowanie energii może przynieść wiele korzyści branży energetycznej i jej klientom indywidualnym, a także przemysłowym firmom produkcyjnym i przedsiębiorstwom komercyjnym. Korzyści te będą obejmować lepszą jakość energii i niezawodne dostawy energii do klientów oraz zwiększoną stabilność i niezawodność systemów przesyłowych i dystrybucyjnych.

Program magazynowania energii (ESP) zachęca przedsiębiorstwa energetyczne do modernizacji istniejącego sprzętu w celu odroczenia lub wyeliminowania kosztownych modernizacji — poprawiając dostępność i zwiększając wartość rynkową rozproszonej energii. ESP zapewniają przedsiębiorstwom i dostawcom wytwarzanie energii odnawialnej o wyższej wartości i niższych kosztach dzięki większej przepustowości i odroczeniu opłat przesyłowych.

ESP pracuje również nad zwiększeniem gęstości magazynowania energii poprzez badania nad zaawansowanymi elektrolitami do akumulatorów przepływowych, rozwój niskotemperaturowych akumulatorów sodowych oraz nanostrukturalnych elektrod o ulepszonych parametrach elektrochemicznych. W dziedzinie energoelektroniki postępują badania nad nowymi materiałami o wysokim napięciu, dużej mocy, wysokiej częstotliwości i szerokim paśmie wzbronionym, takimi jak węglik krzemu i azotek galu. Ponadto trwają badania nad zaawansowanymi systemami konwersji energii, które wykorzystują zaawansowane magnesy, kondensatory wysokonapięciowe, opakowania i zaawansowane elementy sterujące, aby znacznie zwiększyć gęstość mocy i wydajność.

Planeta Energii

Inicjatywa Energy Earthshots to kolejna inicjatywa Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych mająca na celu przyspieszenie przełomu w kierunku bardziej obfitych, przystępnych cenowo i niezawodnych rozwiązań w zakresie czystej energii w ciągu dekady. Osiągnięcie inicjatywy Energy Earthshots pomoże Stanom Zjednoczonym pokonać najtrudniejsze bariery w walce z kryzysem klimatycznym, rozwijać czystą gospodarkę energetyczną i szybciej przejść do zerowej emisji dwutlenku węgla netto do 2050 roku.

DOE – długoterminowe magazynowanie energii Earthshots

Firma Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) postawiła sobie za cel zmniejszenie kosztów magazynowania energii w skali sieci dla systemów działających dłużej niż 10 godzin o 90 procent w ciągu dekady. Magazynowanie energii ma potencjał przyspieszenia całkowitej dekarbonizacji sieci.

Obecnie instaluje się magazyny o krótszym czasie trwania, aby wspierać dzisiejsze poziomy wytwarzania energii odnawialnej. Ponieważ coraz więcej energii odnawialnej jest wdrażane w sieci, wymagane są technologie magazynowania o dłuższym czasie działania. Tańsze i wydajniejsze magazynowanie ułatwi wychwytywanie i magazynowanie czystej energii odnawialnej do wykorzystania, gdy produkcja energii jest niedostępna lub spada poniżej zapotrzebowania.

Na przykład energia odnawialna, taka jak energia słoneczna wytwarzana w ciągu dnia, może być wykorzystywana w nocy, gdy zapotrzebowanie wzrasta, a energia jądrowa wytwarzana w okresach niskiego zapotrzebowania może być wykorzystywana, gdy zapotrzebowanie wzrasta. LDSS rozważy wszystkie rodzaje technologii — nośniki elektrochemiczne, mechaniczne, termiczne, chemiczne lub dowolną kombinację, która ma potencjał do spełnienia celów dotyczących czasu trwania i kosztów wymaganych dla elastyczności sieci.

fundusze

Kilka biur DOE prowadzi działania związane z magazynowaniem energii, a wniosek budżetowy Prezydenta na rok budżetowy 2022 obejmuje łącznie 1,16 miliarda dolarów na te działania, śledzone przez przekrój Wielkiego Wyzwania Magazynowania Energii. Oczekując na dofinansowanie, DOE przewiduje możliwości finansowania i inne działania, które pomogą przyspieszyć postęp w realizacji celów LDSS, zgodnie z mapą drogową Wielkich Wyzwań Magazynowania Energii DOE.

Osiągnięcie celu zerowej emisji dwutlenku węgla netto

Długoterminowe cele magazynowania energii na ziemi (LDSS) są kluczem do osiągnięcia zerowej emisji dwutlenku węgla netto dla sieci do 2035 r. i dla całej gospodarki do 2050 r. Magazynowanie energii może poprawić lokalną kontrolę nad systemem elektroenergetycznym i stworzyć odporność dla społeczności, które doświadczają częstymi przerwami w dostawie prądu lub mogą nie mieć dostępu do sieci. Rozwój technologii i produkcji w celu spełnienia docelowych kosztów LDSS stworzy również nowy sektor produkcji produktów pamięciowych w Stanach Zjednoczonych.

Ponieważ koszty technologii słonecznych i wiatrowych gwałtownie spadają, w przyszłości normą stanie się rosnący udział zmiennej energii odnawialnej. Korzystanie z pojazdów elektrycznych przyspiesza wysiłki na rzecz dekarbonizacji sektora transportu.

Potrzeba uwzględnienia zmiennego zaopatrzenia w energię, podczas gdy sektor energetyczny zapewnia nieprzerwaną produkcję, jest możliwym do osiągnięcia celem. Wysiłki zmierzające do włączenia energii odnawialnej, takiej jak energia słoneczna, wiatrowa i inne zasoby odnawialne, do sektorów użytkowników końcowych wykazały znaczny potencjał i krytyczne znaczenie magazynowania energii elektrycznej dla osiągnięcia głębokiej dekarbonizacji.

Magazynowanie energii elektrycznej oparte na szybko ulepszanych bateriach i innych technologiach pozwoli na większą elastyczność systemu, co jest kluczowym atutem, ponieważ udział zmiennej energii odnawialnej stale rośnie. Magazynowanie energii elektrycznej może pomóc sektorowi transportu zdominowanemu przez pojazdy elektryczne, umożliwić efektywne 24-godzinne domowe systemy fotowoltaiczne i wspierać w 100% odnawialne mikrosieci.

prognoza międzynarodowa

W raporcie Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej (IRENA) analizuje aktualne koszty i wydajność szeregu technologii magazynowania energii elektrycznej w zastosowaniach stacjonarnych, a także ich potencjał w zakresie redukcji kosztów i poprawy wydajności poprzez 2030 do 2030.”

W raporcie stwierdzono, że do 2030 r. całkowita zdolność magazynowania energii elektrycznej może się potroić. Przy szybkim upowszechnianiu się odnawialnych źródeł energii powinno to wystarczyć do podwojenia udziału odnawialnych źródeł energii w światowym miksie energetycznym w mniej niż 15 lat. Przechowywanie energii w bateriach może wzrosnąć 17-krotnie, a koszt technologii przechowywania w bateriach może spaść nawet o 66 procent .

Badania te pokazują, że akumulatorowe systemy magazynowania energii mają ogromny potencjał w zakresie wdrażania i redukcji kosztów. Całkowite koszty instalacji mogą spaść od 50 do 60 procent do 2030 r., a koszty baterii spadną jeszcze bardziej. Wszystko to jest napędzane optymalizacją urządzeń produkcyjnych, a także lepszym składem i zmniejszonym zużyciem materiałów.

Technologia systemu magazynowania energii

Systemy magazynowania energii (ESS) oferują szeroki zakres podejść technologicznych do zarządzania naszymi dostawami energii elektrycznej w celu stworzenia bardziej odpornej infrastruktury energetycznej i obniżenia kosztów dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej i konsumentów. Poniżej omówiono różne podejścia stosowane obecnie na całym świecie.