Energiasalvestussüsteemi ESS-tehnoloogia uued suundumused

Maailmakuulus tööstuslike juhtimistoodete tootja - C3CONTROLS Ameerika Ühendriikides analüüsis oma tehnilises valges raamatus tänapäeva energiasalvestussüsteemi ESS uusi tehnoloogiatrende, allpool on väljavõte.

Toores vormis elektrit ei saa mingil skaalal salvestada, kuid energiasalvestussüsteemi (ESS) abil saab seda muundada muudeks salvestatavateks energialiikideks. Neid energiavorme saab vajaduse korral tagasi elektriks muuta.

Energiasalvestussüsteemid pakuvad laia valikut tehnoloogilisi lähenemisviise meie elektrivarustuse haldamiseks, et luua vastupidavam energiataristu ning säästa kommunaalteenuste ja tarbijate kulusid. Praegused energiasalvestussüsteemide tehnoloogiad hõlmavad akusid, hoorattaid, suruõhku, pumbaga hüdroakumulatsiooni ja palju muud. Tänapäeval on kõigi nende süsteemide koguenergia, mida nad suudavad salvestada, endiselt piiratud, kuid teadusuuringud jätkavad nende tehnoloogiate kiiret täiustamist.

USA elektrivõrk on üles ehitatud tundlikule tasakaalule elektrivarustuse ja tarbijanõudluse vahel. Tõhus viis elektri pakkumise ja nõudluse kõikumiste tasakaalustamiseks on salvestada elektrit kõrge tootmise ja vähese nõudlusega perioodidel ning seejärel madala toodangu või suure nõudlusega perioodidel elektrivõrku tagasi lasta.

Siin arutame, kuidas elektrisalvestus võib meile kõigile pakkuda töökindlust, majanduslikku ja keskkonnaalast kasu. Sõltuvalt selle kasutuselevõtu ulatusest võib elektrisalvestus aidata USA võrgul tõhusamalt töötada, vähendada katkestuste tõenäosust tippnõudluse perioodidel ja võimaldada kasutada rohkem taastuvaid ressursse. pilt

Kasvav nõudlus elektrisalvestuse järele

Alates elektrienergia avastamisest on paljud teadlased ja teadlased otsinud tõhusaid viise energia salvestamiseks nõudmisel kasutamiseks. Viimase 100 aasta jooksul on energiasalvestustööstus kasvanud ja uuendusi teinud vastavalt muutuvatele elektrivajadustele ja tehnoloogilistele edusammudele.

Tänapäeval kasutavad Ameerika Ühendriikide tarbijad elektrit 24 tundi ööpäevas. Ükskõik, kas oleme ärkvel või magama, on meie elektrivajadus pidev. Ameerika tarbijad kipuvad pidama enesestmõistetavaks, kui lihtne on hankida energiat, mida vajame oma seadmete, seadmete, tööriistade, masinate, sõidukite ja kõige jaoks, mida me päeval ja öösel kasutame.

Kuid näiteks elektrisõidukite praegune kiire populariseerimine on avaldanud võrgule suuremat survet ja vajab suuremat energiavajadust. Lisaks on taastuvenergiaturu (nt päikese-, tuuleenergia jne) tehnoloogiline areng ja kasv olnud energia salvestamise nõudluse oluliseks tõukejõuks, arvestades olulist mõju võrgule.

Energia salvestamise tehnoloogia

Elektrisektori põhijooneks on see, et toota elektrienergia tase on fikseeritud lühikeseks ajaks. Selle asemel kõigub elektrinõudlus kogu päeva. Tehnoloogiate arendamine elektrienergia salvestamiseks nii, et see oleks vajadusel kättesaadav, kujutab endast suurt muutust elektri jaotamise viisis.

Energia salvestamise süsteem

Energiasalvestussüsteemid (ESS) on loodud selleks, et hallata elektrienergia taset, mis on vajalik klientide varustamiseks tipptundidel, mil nõudlus on suurim, aidates lõppkokkuvõttes sujuvamalt taastuvenergia kasutamist ja suunates seda hõlpsamini jaotussüsteemi.

ESS aitab ka tasakaalustada mikrovõrku, et saavutada stabiilne tasakaal tootmise ja koormuse vahel. Energiasalvestussüsteem võib pakkuda sageduse reguleerimist – on oluline hoida kogu süsteemi sagedus 60 Hz. See säilitab tasakaalu võrgu koormuse ja genereeritud võimsuse vahel. Lisaks võib ESSi kasutuselevõtt pakkuda ka kõrgtehnoloogilistele tööstusrajatistele usaldusväärsemat toiteallikat. Energiasalvestisel ja jõuelektroonikal on julgustav lubadus energiasektori ümberkujundamiseks.

Kõrgepinge jõuelektroonika

Kõrgepinge jõuelektroonika, nagu lülitid, kontrollerid ja inverterid, juhib võimsust kiiresti ja täpselt, et toetada edastamist pikkadel vahemaadel. Need kõrgepingeseadmed võimaldavad süsteemil tõhusamalt töötada ja häiretele kiiremini reageerida. Teine suur väljakutse, millega tegeletakse, on energiasalvestustehnoloogia ja jõuelektroonika kulude vähendamine, et kiirendada turul aktsepteerimist.

DOE energiasalvestusprogramm

USA energeetikaministeeriumi elektribüroo (OE) loodud energiasalvestusprogramm (ESP) tegeleb erinevate energiasalvestustehnoloogiate uurimis- ja arendustegevusega. See lai tehnoloogiabaas sisaldab patareisid (tavalised ja täiustatud), elektrokeemilisi kondensaatoreid, hoorattaid, jõuelektroonikat, juhtimissüsteeme ja tarkvara tööriistu ladustamise optimeerimiseks ja suuruse määramiseks. ESP teeb tihedat koostööd tööstuspartneritega – paljud tema projektid on väga kulujagatud.

Energia salvestamise programm (ESP) pakub kommunaalettevõtetele ja riigi energiaosakondadele võimalust teha koostööd suurte, murranguliste kuni mitme megavati suuruste salvestusseadmete projekteerimisel, hankimisel, paigaldamisel ja kasutuselevõtul. Samuti toetab see salvestustehnoloogiate tehniliste ja majanduslike toimivuse analüütilisi uuringuid, samuti energiasalvestussüsteemi komponentide ja operatsioonisüsteemide tehnilisi hinnanguid.

Täiustatud energiasalvestus võib pakkuda mitmeid eeliseid elektritööstusele ja selle eraklientidele, aga ka tööstuslikele tootmisettevõtetele ja kaubandusettevõtetele. Need eelised hõlmavad paremat elektrikvaliteeti ja usaldusväärset elektrienergia tarnimist klientidele ning ülekande- ja jaotussüsteemide suuremat stabiilsust ja töökindlust.

Energia salvestamise programm (ESP) julgustab kommunaalettevõtteid olemasolevaid seadmeid moderniseerima, et kulukaid uuendusi edasi lükata või kõrvaldada, parandades kättesaadavust ja suurendades hajutatud energia turuväärtust. ESP-d pakuvad kommunaalettevõtetele ja tarnijatele suurema väärtusega taastuvenergia tootmist ja madalamaid kulusid suurema võimsuse ja ülekandemaksete edasilükkamise kaudu.

ESP töötab ka energia salvestamise tiheduse suurendamise nimel, uurides voolupatareide täiustatud elektrolüüte, töötades välja madala temperatuuriga naatriumakusid ja täiustatud elektrokeemilise jõudlusega nanostruktureeritud elektroode. Jõuelektroonika valdkonnas edeneb uute kõrgepinge-, suure võimsusega, kõrgsageduslike ja laia ribalaiusega materjalide, nagu ränikarbiid ja galliumnitriid, uurimine. Lisaks on käimas teadusuuringud täiustatud võimsuse muundamise süsteemide kohta, mis kasutavad täiustatud magnetikat, kõrgepingekondensaatoreid, pakendeid ja täiustatud juhtseadiseid, et oluliselt suurendada võimsustihedust ja jõudlust.

Energiaplaneet

Energy Earthshots Initiative on järjekordne USA energeetikaministeeriumi algatus, mille eesmärk on kiirendada kümne aasta jooksul läbimurdeid rikkalikumate, taskukohasemate ja usaldusväärsemate puhta energia lahenduste poole. Energy Earthshots Initiative'i saavutamine aitab USA-l lahendada kõige raskemad tõkked kliimakriisiga toimetulemisel, puhta energiamajanduse kasvatamisel ja 2050. aastaks kiiremini süsinikdioksiidi heitkoguste vähendamisel.

DOE – pikaajalise energia salvestamise maapildid

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) on seadnud eesmärgiks vähendada üle 10 tunni kestvate süsteemide võrgumastaabis energiasalvestuse kulusid kümne aasta jooksul 90 protsenti. Energia salvestamine võib kiirendada võrgu täielikku dekarboniseerimist.

Praegu paigaldatakse lühema kestusega salvestusruumi, et toetada taastuvenergia tootmise tänapäevast taset. Kuna võrku kasutatakse üha rohkem taastuvenergiat, on vaja pikemaajalisi salvestustehnoloogiaid. Odavam ja tõhusam salvestamine muudab taastuva puhta energia kogumise ja salvestamise teostatavamaks, et seda kasutada, kui energiatootmine pole saadaval või jääb nõudlusest allapoole.

Näiteks saab öösel, kui nõudlus suureneb, kasutada taastuvenergiat, näiteks päeval toodetud päikeseenergiat, või vähese nõudluse perioodidel toodetud tuumaenergiat, kui nõudlus suureneb. LDSS võtab arvesse igat tüüpi tehnoloogiaid – elektrokeemilisi, mehaanilisi, termilisi, keemilisi kandjaid või mis tahes kombinatsioone, mis suudavad täita võrgu paindlikkuse jaoks vajalikke kestuse ja kulueesmärke.

rahalised vahendid

Mitmed DOE kontorid tegelevad energia salvestamisega ja presidendi 2022. aasta eelarvetaotlus sisaldab nende tegevuste jaoks kokku 1,16 miljardit dollarit, mida jälgitakse Energy Storage Grand Challenge'i ristlõike kaudu. Toetuse rahastamise ootel ootab DOE rahastamisvõimalusi ja muid tegevusi, mis aitavad edendada edusamme LDSS-i eesmärkide suunas, mis on kooskõlas DOE energiasalvestuse suurte väljakutsete tegevuskavaga.

Süsinikdioksiidi heitkoguste vähendamise eesmärgi saavutamine

Pikaajalise maasalvestuse (LDSS) eesmärgid on võtmetähtsusega, et saavutada võrgus 2035. aastaks süsinikdioksiidi netoheide ja 2050. aastaks kogu majanduses. Energia salvestamine võib parandada elektrisüsteemi kohalikku kontrolli ja luua kogevate kogukondade jaoks vastupidavust. sagedased elektrikatkestused või puudub juurdepääs võrgule. Tehnoloogia ja tootmise arendamine LDSS-i kulueesmärkide saavutamiseks loob ka uue mälutoodete tootmise sektori Ameerika Ühendriikides.

Kuna päikese- ja tuuletehnoloogiate hind langeb kiiresti, muutub muutuva taastuvenergia osakaal tulevikus normiks. Elektrisõidukite kasutamine kiirendab jõupingutusi transpordisektori süsinikdioksiidiheite vähendamiseks.

Vajadus kohandada muutuvat energiavarustust, samal ajal kui energiasektor pakub katkematut väljundit, on saavutatav eesmärk. Jõupingutused taastuvate energiaallikate (nt päikese-, tuule- ja muude taastuvate ressursside) integreerimiseks lõppkasutussektoritesse on näidanud märkimisväärset potentsiaali ja elektri salvestamise kriitilist tähtsust sügava süsinikdioksiidiheite vähendamisel.

Kiiresti arenevatel akudel ja muudel tehnoloogiatel põhinev elektri salvestamine võimaldab süsteemi suuremat paindlikkust, mis on muutuva taastuvenergia osakaalu jätkuva suurenemise peamine eelis. Elektri salvestamine võib võimaldada transpordisektorit, kus domineerivad elektroonikaseadmed, võimaldada tõhusaid 24-tunniseid võrguväliseid päikeseenergia kodusüsteeme ja toetada 100 protsenti taastuvaid mikrovõrke.

rahvusvaheline prognoos

Rahvusvaheline Taastuvenergia Agentuur (IRENA) analüüsib aruandes Elektri salvestamine ja taastuvenergia: kulud ja turud mitmete statsionaarsetes rakendustes kasutatavate elektrisalvestustehnoloogiate praeguseid kulusid ja toimivust, samuti nende potentsiaali kulude vähendamiseks ja jõudluse parandamiseks. 2030 aastaks 2030."

Aruandes jõuti järeldusele, et kogu elektrisalvestusvõimsus võib 2030. aastaks energia osas kolmekordistuda. Taastuvate energiaallikate kiire kasutuselevõtuga peaks sellest piisama, et kahekordistada taastuvate energiaallikate osakaalu ülemaailmses energiaallikas vähem kui 15 aastaga. Aku salvestusmaht võib 17-kordistada ja akusalvestustehnoloogia hind võib langeda kuni 66 protsenti.

See uuring näitab, et akusalvestussüsteemidel on tohutu kasutuselevõtu ja kulude vähendamise potentsiaal. Paigaldatud kogukulud võivad 2030. aastaks langeda 50 protsendi võrra 60 protsendini, kusjuures akuhinnad langevad veelgi. See kõik on tingitud tootmisrajatiste optimeerimisest, samuti paremast koostisest ja väiksemast materjalikasutusest.

Energiasalvestussüsteemi tehnoloogia

Energiasalvestussüsteemid (ESS) pakuvad laia valikut tehnoloogilisi lähenemisviise meie elektrivarustuse haldamiseks, et luua vastupidavam energiataristu ning säästa kommunaalteenuste ja tarbijate kulusid. Allpool käsitletakse erinevaid lähenemisviise, mida praegu üle maailma kasutatakse.