Magazynowanie energii ma kluczowe znaczenie dla współczesnego życia, ponieważ wiele firm jest zależnych od baterii w elektronarzędziach, oświetleniu i sprzęcie w miejscach pracy. Gdy zasilanie lądowe nie jest dostępne, magazynowanie baterii zapewnia spójne działanie w projektach przemysłowych i komercyjnych. Przyjrzyjmy się, jak to działa.
Czym jest energia & Jak jest przechowywany?
Energia to zdolność do wykonania pracy i występuje w dwóch głównych postaciach: energii kinetycznej i potencjalnej.
Na przykład tocząca się skała ma energię kinetyczną wynikającą z ruchu, podczas gdy skała na skraju wzgórza ma energię potencjalną wynikającą z jej zdolności do toczenia.
Energię elektryczną uważa się za kinetyczną, ponieważ jest zawsze w ruchu, ale można ją przekształcić w inne zmagazynowane formy energii.
Podobnie woda za tamą reprezentuje zmagazynowaną potencjalną energię grawitacyjną.
Czy można magazynować energię elektryczną?
Nie, nie można bezpośrednio magazynować energii elektrycznej, ale można ją przekształcić w formy, które można przechowywać. Energię tę można później ponownie przekształcić w energię elektryczną. Metody magazynowania energii elektrycznej obejmują koła zamachowe (mechaniczne), podwyższoną wodę lub ciężarki (grawitacyjne), sprężone powietrze (potencjał), kondensatory (ładunek elektryczny) i najczęstsze: baterie (chemiczne).
Co to jest bateria?
Bateria to urządzenie magazynujące, które przekształca energię chemiczną w energię elektryczną. Zawiera jedno lub więcej ogniw elektrochemicznych, w których reakcje chemiczne powodują przepływ elektronów, zapewniając prąd elektryczny niezbędny do wykonania pracy.
Baterie działają jak pompy elektronowe, posiadające stronę dodatnią (katoda), stronę ujemną (anoda) i elektrolit który reaguje z nimi chemicznie.
Chociaż proces ten jest wspólny dla wszystkich akumulatorów, różne typy magazynują energię w unikalny sposób.
Typowe typy baterii & Jak magazynują energię
Do zastosowań przemysłowych i komercyjnych istnieją dwa główne typy akumulatorów, które różnią się wydajnością.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe
Baterie kwasowo-ołowiowe, mające ponad 170 lat, są jednym z najstarszych typów akumulatorów.
Każdy akumulator 12 V składa się z sześciu ogniw z mieszaniną kwasu siarkowego i wody, wyposażonych w biegun dodatni (katoda) i biegun ujemny (anoda).
Po rozładowaniu kwas siarkowy rozkłada się na wodę, uwalniając elektrony do wytwarzania energii elektrycznej. Reakcja chemiczna na płycie ujemnej to: Pb(s) + HSO−4(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e−
Podczas ładowania energia odbudowuje cząsteczki kwasu do przyszłego wykorzystania.
Choć niezawodne i szeroko stosowane, akumulatory kwasowo-ołowiowe mają ograniczenia; powtarzające się cykle rozładowania i ładowania mogą skrócić ich żywotność z powodu aktywnej degradacji materiału.
Baterie litowo-jonowe
Wcześniej rozmawialiśmy o katody i anody w bateriach. Mogą magazynować jony litu, a energia jest magazynowana i uwalniana, gdy jony przemieszczają się z katody do anody przez elektrolit.
W przeciwieństwie do akumulatorów kwasowo-ołowiowych, w których zachodzi ta sama reakcja chemiczna, akumulatory litowo-jonowe mają różny skład chemiczny. The 6 najlepszych typów obejmują tlenek litowo-kobaltowy (LCO), tlenek litowo-manganowy (LMO), tlenek litowo-niklowo-manganowo-kobaltowy (NMC), tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-glinowy (NCA), tytanian litu (LTO) i fosforan litowo-żelazowy (LFP).
Baterie litowe są energochłonne, mniejsze, lżejsze, ładują się szybciej i mają dłuższą żywotność w porównaniu do akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe są szczególnie znane ze swojej długiej żywotności i tolerancji na ciepło, dzięki czemu są bezpieczniejsze i trwalsze.
Korzyści z magazynowania energii akumulatorowej
Korzyści z elastycznej sieci czystej energii
Wdrażanie magazynowania energii przyspiesza ze względu na jego zdolność do zwiększania elastyczności sieci, zapewniania wielu usług i stosowania w różnych zastosowaniach.
Systemy magazynowania można zintegrować z siecią elektroenergetyczną – od sieci przesyłowych po budynki mieszkalne.
Odnawialne źródła energii, takie jak wiatr i słońce, mają zmienną moc wyjściową; w ten sposób technologie magazynowania mogą stabilizować dostawy energii elektrycznej poprzez dopasowywanie wytwarzania do zapotrzebowania.
Ładując w okresach nadmiernej produkcji i rozładowując w godzinach szczytowego zapotrzebowania, magazynowanie energii maksymalizuje wykorzystanie odnawialnych źródeł energii i minimalizuje ilość odpadów. Systemy akumulatorów do budynków mieszkalnych pomagają przedsiębiorstwom użyteczności publicznej sprostać wymaganiom klientów dzięki zmiennym źródłom zasilania.
Magazynowanie pomaga również reagować na nagłe zmiany zapotrzebowania na energię elektryczną, zapewniając stabilność sieci szybciej niż konwencjonalne elektrownie. Jest to szczególnie ważne w przypadku obszarów wiejskich lub izolowanych mikrosieci, które polegają na lokalnych rozwiązaniach energetycznych, aby uniknąć przerw w dostawie prądu.
Korzyści społeczności
Magazynowanie energii może poprawić dostęp i zapewnić korzyści społecznościom o niskich dochodach nieproporcjonalnie dotkniętym zanieczyszczeniem i zmianą klimatu. Może zastąpić elektrownie szczytowe wykorzystujące paliwa kopalne – często zlokalizowane w wrażliwych dzielnicach, które pogarszają problemy z jakością powietrza w okresach największego zapotrzebowania, takich jak fale upałów.
Ponieważ magazynowanie akumulatorów jest tańsze niż turbiny gazowe, przejście od rozwiązań szczytowych przyspieszy.
Ponadto magazynowanie energii pomaga klientom uniknąć szczytowych cen, wyrównując skoki popytu podobne do wzrostu kosztów wspólnych przejazdów w czasie wakacji. Zwiększa odporność społeczności, zaspokajając szczytowe zapotrzebowanie bez obciążania sieci i powodowania skoków cen podczas ekstremalnych warunków pogodowych.
Integrując energię odnawialną z lokalnymi mikrosieciami lub ośrodkami zwiększania odporności, społeczności uzyskują zapasowe dostawy energii podczas klęsk żywiołowych, jednocześnie ograniczając emisję gazów cieplarnianych i uzależniając się od zanieczyszczających paliw kopalnych.
Wniosek
Wiele osób po raz pierwszy korzysta z akumulatorów podczas pływania kamperem lub łódką, gdzie niezawodne i bezpieczne magazynowanie energii ma kluczowe znaczenie dla komfortu. Baterie przechowują energię, którą można przekształcić w energię elektryczną, poprawiając nasze życie i zapewniając wolność. Ta moc jest synonimem samej wolności.
