Zakaj je shranjevanje električne energije pomembno in katerih 8 metod obstaja?
- Vse o energiji
Električna prihodnost- 0
- 17 minutes read
Shranjevanje električne energije je kritičen vidik sodobnega električnega omrežja, saj omogoča učinkovito rabo obnovljivih virov energije, uravnoteženje obremenitve in stabilnost omrežja. Ker povpraševanje po električni energiji še naprej narašča, postaja potreba po učinkovitih rešitvah za shranjevanje energije še pomembnejša. V prispevku bomo zapisali, zakaj je shranjevanje električne energije pomembno za našo prihodnost. Predstavili bomo tudi različne metode shranjevanja električne energije, njihove prednosti, omejitve in možne napredke v prihodnosti.
Kazalo
Zakaj shranjevanje električne energije?
Shranjevanje električne energije je ključni element za doseganje trajnostne in zanesljive energetske prihodnosti iz več razlogov:
- Intermitentnost obnovljivih virov: Veliko obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija, je intermitentnih, kar pomeni, da ne proizvajajo energije neprekinjeno. Sonce ne sije ponoči, veter pa ne piha ves čas. Zmogljivi shranjevalniki energije lahko shranjujejo presežek energije, proizvedene v obdobjih visoke proizvodnje, in jo sprostijo, ko proizvodnja upade.
- Stabilizacija omrežja: S hitrim povečanjem obnovljivih virov v energetskem sistemu je potrebna večja fleksibilnost za uravnavanje napetosti in frekvence omrežja. Baterijski shranjevalniki lahko hitro dobavljajo ali absorbirajo energijo, kar pomaga stabilizirati omrežje.
- Povečanje energetske učinkovitosti: S shranjevanjem presežka energije v času nizke porabe in njeno uporabo v času visoke porabe se izgube zaradi prenosa in distribucije zmanjšajo, kar vodi do boljše celotne učinkovitosti sistema.
- Zmanjšanje odvisnosti od fosilnih goriv: Sposobnost shranjevanja obnovljive energije zmanjšuje potrebo po zanašanju na fosilne vire, zlasti med obdobji, ko obnovljivi viri ne proizvajajo energije.
- Ekonomski dejavniki: Stroški proizvodnje baterij in drugih tehnologij shranjevanja energije se zmanjšujejo, kar povečuje ekonomsko upravičenost njihove uporabe. Shranjevanje lahko zmanjša potrebo po dragih omrežnih nadgradnjah in zmanjša stroške vršnih obremenitev.
- Podpora mikroomrežjem in samooskrbi: Tehnologije shranjevanja energije omogočajo razvoj lokalnih mikroomrež, ki lahko delujejo neodvisno ali v povezavi z glavnim omrežjem. To je še posebej koristno v oddaljenih ali težko dostopnih območjih.
- Hitra odzivnost: V primerjavi z nekaterimi tradicionalnimi viri energije baterijski shranjevalniki lahko zelo hitro sprostijo energijo, kar omogoča hitro odzivanje na nenadne spremembe v povpraševanju.
- Pomik obremenitve: Shranjevanje energije omogoča premik porabe električne energije iz obdobij visokega povpraševanja v obdobja nizkega povpraševanja, kar zmanjšuje potrebo po vršnih energetskih postrojenjih in zmanjšuje stroške za končne uporabnike.
Zaradi vseh teh razlogov bo shranjevanje električne energije igralo ključno vlogo v prihodnji energetski krajini, saj se svet premika proti bolj trajnostnim, zanesljivim in učinkovitim energetskim sistemom.
Na kakšen način lahko shranjujemo električno energijo?
Baterije
Baterije so eden najpogostejših in vsestranskih načinov shranjevanja električne energije. Delujejo na principu kemičnih reakcij, ki pri polnjenju pretvorijo električno energijo v potencialno kemično energijo in jo med praznjenjem pretvorijo nazaj v električno energijo. Obstaja več vrst baterij, ki se uporabljajo za shranjevanje energije.
Litij-ionske baterije: Te baterije se pogosto uporabljajo v prenosnih elektronskih napravah, električnih vozilih in stacionarnih aplikacijah za shranjevanje energije. Ponujajo visoko energijsko gostoto, hitre odzivne čase in so zaradi napredka tehnologije in obsega proizvodnje postale vse bolj dostopne.
Svinčeno-kislinske baterije: Čeprav je tehnologija starejša, se svinčeno-kislinske baterije še vedno uporabljajo v nekaterih stacionarnih sistemih za shranjevanje energije in avtomobilskih aplikacijah. So stroškovno učinkovite, vendar imajo manjšo energijsko gostoto in krajšo življenjsko dobo v primerjavi z litij-ionskimi baterijami.
Pretočne baterije: Pretočne baterije uporabljajo tekoče elektrolite, shranjene v zunanjih rezervoarjih, kar omogoča daljšo življenjsko dobo in razširljivo zmogljivost shranjevanja energije. Vanadijeve redoks pretočne baterije so ena priljubljenih vrst pretočnih baterij.
Polprevodniške baterije: Polprevodniške baterije so obetavna tehnologija, ki nadomešča tekoči elektrolit s trdnim elektrolitom, kar zagotavlja večjo varnost in potencialno večjo energijsko gostoto.
Baterijski sistemi za shranjevanje energije se lahko uporabljajo na različnih nivojih, od majhnih stanovanjskih naprav do velikih objektov uporabnega obsega. Pomagajo upravljati spremenljive obnovljive vire energije, kot sta sončna in vetrna energija, tako da shranijo odvečno energijo v obdobjih nizkega povpraševanja in jo dobavijo v konicah ali ko obnovljivi viri niso na voljo.
Možne slabosti so v omejitvah, saj imajo baterije omejeno življenjsko dobo, običajno določeno s številom ciklov polnjenja in praznjenja, ki jih lahko prenesejo. Poleg tega se pojavlja skrb zaradi vpliv proizvodnje in recikliranja baterij na okolje.
Črpalna hidroelektrarna
Črpalna hidroelektrarna je ena najstarejših in najbolj razširjenih metod shranjevanja energije v velikem obsegu. Deluje tako, da v obdobjih presežne proizvodnje električne energije črpa vodo iz nižjega rezervoarja v višjega. V obdobjih velikega povpraševanja se shranjena voda skozi turbine sprosti nazaj v spodnji rezervoar za proizvodnjo električne energije.
Črpalni hidroakumulator ponuja visoko energetsko učinkovitost, dolgo življenjsko dobo in možnost shranjevanja velikih količin energije. Vendar pa zahteva ustrezne geografske pogoje z dvema rezervoarjema na različnih nadmorskih višinah in znatne naložbe v infrastrukturo.
Shranjevanje energije s stisnjenim zrakom
Gre še za eno od obsežnih tehnologij za shranjevanje energije, ki uporablja stisnjen zrak. V obdobjih nizke porabe se presežek električne energije porabi za stiskanje zraka in njegovo shranjevanje v podzemnih kavernah ali nadzemnih rezervoarjih. Ko se povpraševanje po električni energiji poveča, se stisnjen zrak sprosti za pogon turbin in proizvodnjo električne energije.
Ti sistemi imajo lahko manjši vpliv na okolje kot črpalne hidroelektrarne in jih je mogoče postaviti na več lokacij. Vendar pa so manj energetsko učinkoviti zaradi toplote, ki nastane med procesi stiskanja in raztezanja.
Shranjevanje energije vztrajnika
Shramba energije vztrajnika shranjuje elektriko kot rotacijsko kinetično energijo v vrtečem se vztrajniku. Ko je potrebna energija, se vrtenje vztrajnika prek generatorja pretvori nazaj v elektriko. Vztrajniki ponujajo hitre odzivne čase in so zelo primerni za kratkoročno shranjevanje energije in stabilizacijo omrežja.
Vendar imajo sistemi z vztrajnikom omejene zmogljivosti shranjevanja energije v primerjavi z drugimi tehnologijami in morda niso primerni za dolgoročne aplikacije shranjevanja.
Shranjevanje toplotne energije
Sistemi za shranjevanje toplotne energije hranijo električno energijo v obliki toplote. V obdobjih presežka električne energije sistem uporablja elektriko za ogrevanje medija za shranjevanje (npr. staljene soli, vroče vode ali fazno spremenljivih materialov). Po potrebi se shranjena toplota uporabi za pogon turbin in proizvodnjo električne energije.
Shranjevanje toplotne energije se običajno uporablja v povezavi z napravami za koncentrirano sončno energijo ali po domače sončno elektrarno, kjer se odvečna sončna energija uporablja za ogrevanje medija za shranjevanje. Sončna elektrarna lahko nato proizvaja elektriko v oblačnih obdobjih ali ponoči.
Sistemi za shranjevanje toplotne energije imajo omejitve, povezane z učinkovitostjo pretvorbe energije in posebno uporabljeno tehnologijo.
Proizvodnja vodika
Elektroliza je postopek, ki uporablja elektriko za cepitev vode na vodik in kisik. Plin vodik je mogoče shraniti in kasneje uporabiti kot nosilec energije in ponuja potencial kot dolgoročna rešitev za shranjevanje energije z visoko zmogljivostjo.
Vodik se lahko pretvori nazaj v elektriko prek gorivnih celic ali sežge v plinskih turbinah. Vendar pa obstajajo izzivi, povezani z učinkovitostjo proizvodnje vodika, shranjevanjem in razvojem infrastrukture.
Superkondenzatorji
Superkondenzatorji (znani tudi kot ultrakondenzatorji) shranjujejo električno energijo kot elektrostatični naboj in ne kot kemična reakcija (kot pri baterijah). Ponujajo visoke stopnje polnjenja in praznjenja, zaradi česar so primerni za kratkoročne aplikacije z visoko močjo, kot je regenerativno zaviranje v električnih vozilih in stabilizacija omrežja.
Vendar imajo superkondenzatorji manjšo gostoto energije v primerjavi z baterijami, kar omejuje njihovo uporabnost za dolgoročno shranjevanje energije.
Skladiščenje staljene soli
Skladiščenje staljene soli se običajno uporablja v obratih za koncentrirano sončno energijo. V obdobjih visokega sončnega obsevanja se presežek električne energije porabi za ogrevanje mešanice staljenih soli. Vročo staljeno sol lahko nato shranimo v izolirane rezervoarje in uporabimo za proizvodnjo pare za proizvodnjo električne energije v obdobjih nizkega sončnega sevanja.
Shranjevanje staljene soli ponuja prednost visoke energijske gostote in zmožnosti zagotavljanja energije tudi, ko ne sije sonce. Vendar pa je v prvi vrsti primeren za velike sončne elektrarne in morda ne bo tako praktičen za druge aplikacije.
Shranjevanje električne energije je neizbežno
Skratka, shranjevanje električne energije igra ključno vlogo pri zagotavljanju stabilnosti omrežja, izboljšanju integracije obnovljivih virov energije in optimizaciji rabe energije. Izbira najprimernejšega načina shranjevanja energije je odvisna od dejavnikov, kot so zmogljivost shranjevanja energije, odzivni čas, geografski pogoji in ekonomski vidiki. Ker tehnologija še naprej napreduje in se izboljšuje ekonomija obsega, se bosta stroškovna učinkovitost in učinkovitost rešitev za shranjevanje energije verjetno povečali, kar bo spodbudilo nadaljnje sprejemanje in utrlo pot za bolj trajnostno in odporno energetsko prihodnost.
