Moderne energieopslagapparaten, de meest voorkomende vormen van energieopslag

Apparaten voor energieopslag zijn systemen die energie in verschillende vormen opslaan, zoals elektrochemisch, kinetisch, potentieel, elektromagnetisch, chemisch en thermisch, met behulp van bijvoorbeeld brandstofcellen, batterijen, condensatoren, vliegwielen, perslucht, hydraulische accumulatoren, supermagneten, waterstof, enz. .

Energieopslagapparaten zijn een belangrijke hulpbron en worden vaak gebruikt om ononderbroken stroom te leveren of om het stroomsysteem te ondersteunen tijdens perioden van zeer korte instabiliteit.Ze spelen ook een belangrijke rol in stand-alone hernieuwbare energiesystemen.

De belangrijkste criteria voor energieopslagapparaten die nodig zijn voor een specifieke toepassing zijn:

• de hoeveelheid energie in termen van specifieke energie (in Wh · kg -1) en energiedichtheid (in Wh · kg -1 of Wh · l -1);
• elektrisch vermogen, d.w.z. vereiste elektrische belasting;
• volume en massa;
• betrouwbaarheid;
• duurzaamheid;
• beveiliging;
• prijs;
• recyclebaar;
• invloed op het milieu.

Bij het kiezen van apparaten voor energieopslag moet rekening worden gehouden met de volgende kenmerken:

• specifiek vermogen;
• opslagcapaciteit;
• specifieke energie;
• reactietijd;
• efficiëntie;
• zelfontlading / laadcycli;
• gevoeligheid voor warmte;
• lading-ontlading leven;
• impact op het milieu;
• kapitaal / exploitatiekosten;
• dienst.

Opslagapparaten voor elektrische energie vormen een integraal onderdeel van telecommunicatieapparatuur (mobiele telefoons, telefoons, walkietalkies, enz.), noodstroomsystemen en hybride elektrische voertuigen in de vorm van opslagcomponenten (batterijen, supercondensatoren en brandstofcellen).

Apparaten voor energieopslag, zowel elektrisch als thermisch, worden erkend als kerntechnologieën voor schone energie.

Energieopslag op de lange termijn heeft een groot potentieel voor een wereld waar wind- en zonne-energie de toevoeging van nieuwe energiecentrales domineren en geleidelijk andere elektriciteitsbronnen vervangen.

Wind en zon produceren alleen op bepaalde tijden, dus hebben ze aanvullende technologie nodig om de hiaten op te vullen.

In een wereld waar het aandeel van intermitterende, seizoensgebonden en onvoorspelbare elektriciteitsopwekking toeneemt en het risico van desynchronisatie met verbruik toeneemt, maakt opslag het systeem flexibeler door alle faseverschillen tussen energieproductie en -verbruik op te vangen.

Accumulatoren dienen vooral als buffer en maken een eenvoudiger beheer en integratie van hernieuwbare energiebronnen mogelijk, zowel in het net als in gebouwen, en bieden een zekere autonomie bij afwezigheid van wind en zon.

In generatorsystemen kunnen ze brandstof besparen en inefficiëntie van de generator helpen voorkomen door de belasting te bedienen tijdens perioden met een laag stroomverbruik wanneer de generator het minst efficiënt is.

Door fluctuaties in duurzame opwekking op te vangen, kan energieopslag ook de frequentie van het opstarten van generatoren verminderen.

In wind- en dieselsystemen met een hoog doordringend vermogen (waarbij het geïnstalleerde windvermogen de gemiddelde belasting overschrijdt), vermindert zelfs een zeer kleine hoeveelheid opslag de frequentie van het opstarten van diesel drastisch.

De meest voorkomende soorten industriële energieopslagapparaten:

Industriële energieopslagapparaten

Elektrochemische energieopslagapparaten

Batterijen, vooral loodzuurbatterijen, blijven het belangrijkste energieopslagapparaat.

Veel concurrerende batterijtypes (nikkel-cadmium-, nikkel-metaalhydride-, lithium-ion-, natriumzwavel-, metaal-lucht-, doorstroombatterijen) presteren beter dan loodzuurbatterijen in een of meer prestatieaspecten zoals levensduur, efficiëntie, energiedichtheid , laad- en ontlaadsnelheid, prestaties bij koud weer of vereist onderhoud.

In de meeste gevallen maken loodzuuraccu's echter door hun lage kosten per kilowattuur capaciteit de beste keuze.

Alternatieven zoals vliegwielen, ultracondensatoren of waterstofopslag kunnen in de toekomst commercieel succesvol worden, maar zijn vandaag de dag zeldzaam.

Lithium-ion (Li-ion) batterijen zijn nu een moderne stroombron voor alle moderne consumentenelektronica. De volumetrische energiedichtheid van prismatische lithium-ionbatterijen voor draagbare elektronica is de afgelopen 15 jaar verdubbeld tot drie keer.

Naarmate er verschillende nieuwe toepassingen voor Li-ion-batterijen ontstaan, zoals elektrische voertuigen en energieopslagsystemen, veranderen het celontwerp en de prestatie-eisen voortdurend en vormen ze unieke uitdagingen voor traditionele batterijfabrikanten.

Zo wordt de grote vraag naar veilige en betrouwbare werking van lithium-ionbatterijen met hoge energie en hoge vermogensdichtheid onvermijdelijk.

Toepassing van elektrochemische energieopslagapparaten in de energiesector:

Accumulatorinstallaties, het gebruik van batterijen om elektrische energie op te slaan

Elektrochemische supercondensatoren

Supercondensatoren zijn apparaten voor elektrochemische energieopslag die binnen enkele seconden volledig kunnen worden opgeladen of ontladen.

Met hun hogere vermogensdichtheid, lagere onderhoudskosten, breed temperatuurbereik en langere inschakelduur in vergelijking met secundaire batterijen, hebben supercondensatoren de afgelopen tien jaar veel onderzoeksaandacht gekregen.

Ze hebben ook een hogere energiedichtheid dan conventionele elektrische diëlektrische condensatoren.De opslagcapaciteit van een supercondensator hangt af van de elektrostatische scheiding tussen de elektrolytionen en de elektroden met een groot oppervlak.

De lagere specifieke energie van supercondensatoren in vergelijking met lithium-ionbatterijen vormt een obstakel voor hun wijdverbreide gebruik.

Het verbeteren van de prestaties van supercondensatoren is noodzakelijk om te voldoen aan de behoeften van toekomstige systemen, van draagbare elektronica tot elektrische voertuigen en grote industriële apparatuur.

Supercondensatoren in detail:
Ionisten (supercondensatoren) - apparaat, praktische toepassing, voor- en nadelen

Perslucht energieopslag

Energieopslag met perslucht is een manier om energie op te slaan die de ene keer is geproduceerd voor gebruik op een ander moment. Op nutsschaal kan energie die wordt opgewekt tijdens perioden met een lage energievraag (daluren) worden vrijgegeven om te voldoen aan perioden met een grote vraag (piekbelasting).

Isothermische opslag met perslucht (CAES) is een nieuwe technologie die een aantal beperkingen van traditionele (diabatische of adiabatische) systemen probeert te overwinnen.

Cryogene energieopslag

Groot-Brittannië is van plan om 250 MWh aan vloeibare luchtopslag te bouwen. Het zal worden gecombineerd met een park van hernieuwbare energiebronnen en hun onderbrekingen compenseren.

De ingebruikname is gepland voor 2022. De cryogene energieopslageenheden zullen samenwerken met het Trafford Energy Park nabij Manchester, waar een deel van de elektriciteitsproductie afkomstig is van fotovoltaïsche panelen en windturbines.

Deze opslagvoorziening zal onderbrekingen in het gebruik van deze hernieuwbare energiebronnen opvangen.

Het werkingsprincipe van deze installatie is gebaseerd op twee cycli van het vervangen van de airconditioner.

Elektrische energie zal worden gebruikt om lucht aan te zuigen en vervolgens af te koelen tot zeer lage temperaturen (-196 graden) totdat het vloeibaar wordt. Daarna wordt het opgeslagen in grote, geïsoleerde lagedruktanks die speciaal voor dit gebruik zijn aangepast.

De tweede cyclus vindt plaats wanneer er behoefte is aan elektrische energie. De cryogene vloeistof wordt verwarmd door een warmtewisselaar om de verdamping voort te zetten en terug te brengen naar een gasvormige toestand.

Door verdamping van cryogene vloeistof zet het gasvolume uit, waardoor turbines worden aangedreven die elektriciteit opwekken.

Opslagapparaten voor kinetische energie

Een vliegwiel is een roterend mechanisch apparaat dat wordt gebruikt om rotatie-energie op te slaan. Het vliegwiel kan in de loop van de tijd energie opvangen uit intermitterende energiebronnen en zorgen voor een continue toevoer van elektrische energie aan het net.

Energieopslagsystemen voor vliegwielen gebruiken elektrische inputenergie die wordt opgeslagen als kinetische energie.

Hoewel de fysica van mechanische systemen vaak vrij eenvoudig is (zoals het draaien van een vliegwiel of het optillen van gewichten), zijn de technologieën waarmee deze krachten effectief en efficiënt kunnen worden gebruikt, bijzonder geavanceerd.

Hightech materialen, de nieuwste computerbesturingen en innovatief design maken deze systemen geschikt voor echte toepassingen.

UPS-systemen voor commerciële kinetische opslag bestaan ​​uit drie subsystemen:

• apparaten voor energieopslag, meestal een vliegwiel;
• distributie apparaten;
• een aparte generator die kan worden gestart om fouttolerant vermogen te leveren over de energieopslagcapaciteit.

Het vliegwiel kan worden geïntegreerd met een back-upgenerator, wat de betrouwbaarheid verbetert door mechanische systemen direct aan te sluiten.

Meer over deze apparaten:

Kinetische energieopslagapparaten voor de energiesector

Hoe vliegwiel (kinetische) energieopslagapparaten zijn gerangschikt en werken

Supergeleidende magnetische energieopslag op hoge temperatuur (SMES) voor elektriciteitsnetten:

Hoe supergeleidende magnetische energieopslagsystemen werken en werken