Şebeke enerji depolama - Grid energy storage

Enerji depolamalı basitleştirilmiş elektrik şebekesi
Bir gün boyunca idealleştirilmiş enerji depolaması olan ve olmayan basitleştirilmiş şebeke enerji akışı

Şebeke enerji depolaması ( büyük ölçekli enerji depolaması olarak da adlandırılır ), bir elektrik güç şebekesi içinde büyük ölçekte enerji depolamak için kullanılan yöntemlerin bir toplamıdır . Elektrik enerjisi, elektrik (özellikle, bol ve ucuz olduğu zamanlarda depolanır aralıklı enerji gibi kaynaklardan yenilenebilir elektrik gelen rüzgar enerjisi , gel-git güç ve güneş enerjisi talep yüksek şebekeye geri dönen veya talep düşük ve daha sonra), ve elektrik fiyatları daha yüksek olma eğilimindedir.

2020 gibi, ızgara enerji depolama büyük bir şekilde kapalı tutulan bir hidroelektrik sıra hem geleneksel hidroelektrik üretimi ile, pompalı depolama hidroelektrik .

Pil depolama alanındaki gelişmeler, ticari olarak uygun projelerin enerjiyi en yüksek üretim sırasında depolamasına ve en yüksek talep sırasında serbest bırakmasına ve üretim beklenmedik bir şekilde düştüğünde kullanım için daha yavaş yanıt veren kaynakların çevrimiçi hale getirilmesine zaman tanıdı.

Şebeke depolamanın iki alternatifi , arz boşluklarını doldurmak ve yükü diğer zamanlara kaydırmak için talep tepkisini doldurmak için en yüksek enerji santrallerinin kullanılmasıdır .

Faydalar

Herhangi bir elektrik enerjisi şebekesi , elektrik üretimini, her ikisi de zaman içinde büyük ölçüde değişen tüketimle eşleştirmek zorundadır. Herhangi bir enerji depolama ve talep yanıtı kombinasyonu şu avantajlara sahiptir:

  • yakıta dayalı enerji santralleri (yani kömür, petrol, gaz, nükleer) sabit üretim seviyelerinde daha verimli ve kolay bir şekilde çalıştırılabilir
  • kesintili kaynaklar tarafından üretilen elektrik daha sonra saklanabilir ve kullanılabilir, aksi takdirde başka bir yere satılmak üzere iletilmesi veya kapatılması gerekir.
  • pik üretim veya iletim kapasitesi, tüm depolamanın toplam potansiyeli artı ertelenebilir yükler tarafından azaltılabilir (bkz. talep tarafı yönetimi ), bu kapasite masrafından tasarruf sağlar
  • daha istikrarlı fiyatlandırma – depolama maliyeti veya talep yönetimi fiyatlandırmaya dahil edilir, böylece müşterilere uygulanan güç oranlarında daha az değişiklik olur veya alternatif olarak (oranlar yasalarca sabit tutuluyorsa) pahalı yoğun toptan satıştan kamu hizmetine daha az kayıp olur pik talebin ithal toptan satış gücü tarafından karşılanması gerektiğinde güç oranları
  • acil durum hazırlığı - hayati ihtiyaçlar, hayati ihtiyaçlar ertelenirken hiçbir iletim veya üretim olmadan bile güvenilir bir şekilde karşılanabilir

Güneş, gelgit ve rüzgar kaynaklarından elde edilen enerji doğal olarak değişir - üretilen elektrik miktarı günün saatine, ayın evresine, mevsime ve hava durumu gibi rastgele faktörlere göre değişir. Bu nedenle, depolamanın yokluğunda yenilenebilir kaynaklar, elektrik hizmetleri için özel zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Birçok ayrı rüzgar kaynağının bağlanması genel değişkenliği azaltabilirken, güneş enerjisi geceleri güvenilir bir şekilde mevcut değildir ve gelgit gücü ay ile birlikte değişir, bu nedenle günde dört kez durgun gelgit meydana gelir.

Bunun herhangi bir yardımcı programı ne kadar etkilediği önemli ölçüde değişir. Bir yaz tepe hizmetinde, genellikle daha fazla güneş enerjisi emilebilir ve talebe uygun hale getirilebilir. Olarak kış tepe programları, daha düşük bir dereceye kadar ısıtılması talep ilişkilerini rüzgar ve karşılamak talebin için kullanılabilir. Bu faktörlere bağlı olarak, toplam üretimin yaklaşık %20-40'ının ötesinde, güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi şebekeye bağlı kesintili kaynaklar , şebeke ara bağlantılarına, şebeke enerji depolamasına veya talep tarafı yönetimine yatırım gerektirme eğilimindedir.

Bir in Elektrik şebekesine yakıtların (kömür, biyokütle, doğal gaz, nükleer) kadar sınırlandırılması gerekmektedir ve aşağı artış neticesinde (bakınız, aralıklı kaynaklardan elektrik üretim düşmeye içinde depolanan enerji dayanır enerji depolama olmadan üretilmesi güç santrali, aşağıdaki yük ). Hidroelektrik ve doğal gaz santralleri rüzgarı takip etmek için hızla büyütülebilir veya küçültülebilirken, kömür ve nükleer santrallerin yüke tepki vermesi oldukça zaman alır. Daha az doğal gaz veya hidroelektrik üretimi olan tesisler, bu nedenle talep yönetimine, şebeke ara bağlantılarına veya maliyetli pompalanan depolamaya daha fazla bağımlıdır.

Fransız danışmanlık firması Yole Développement, "sabit depolama" pazarının, 2015'teki 1 milyar dolardan az olana kıyasla, 2023'e kadar 13,5 milyar dolarlık bir fırsat olabileceğini tahmin ediyor.

Talep tarafı yönetimi ve şebeke depolama

Elektrik enerjisi üretimi ve tüketimi için birim ve ölçek anlayışı

Talep tarafı ayrıca şebekeden gelen elektriği de depolayabilir, örneğin bir pili şarj etmek elektrikli araç bir araç için enerji depolar ve depolama ısıtıcıları , bölgesel ısıtma depolaması veya buz depolaması binalar için termal depolama sağlar. Şu anda bu depolama yalnızca tüketimi günün yoğun olmayan saatlerine kaydırmaya hizmet ediyor, şebekeye elektrik geri dönmüyor.

En yüksek gücü sağlamak için şebeke depolama ihtiyacı , akıllı sayaçların faydalarından biri olan talep tarafı kullanım süresi fiyatlandırmasıyla azaltılır . Hane düzeyinde tüketiciler, çamaşır yıkamak ve kurutmak, bulaşık makinesi kullanmak, duş almak ve yemek pişirmek için daha ucuz yoğun olmayan zamanları seçebilirler. Ayrıca ticari ve endüstriyel kullanıcılar, bazı süreçleri yoğun olmayan sürelere erteleyerek maliyet tasarrufundan yararlanacak.

Rüzgar enerjisinin öngörülemeyen işleyişinden kaynaklanan bölgesel etkiler, şebekenin taleple iletişim kurduğu etkileşimli talep yanıtı için yeni bir ihtiyaç yarattı . Tarihsel olarak bu, yalnızca büyük endüstriyel tüketicilerle işbirliği içinde yapıldı, ancak şimdi tüm şebekelere genişletilebilir. Örneğin, Avrupa'daki birkaç büyük ölçekli proje, endüstriyel gıda dondurucu yüklerini değiştirmek için rüzgar gücündeki değişiklikleri birbirine bağlayarak sıcaklıkta küçük değişikliklere neden oluyor. Şebeke çapında bir ölçekte iletilirse, ısıtma/soğutma sıcaklıklarındaki küçük değişiklikler, şebeke genelinde tüketimi anında değiştirir.

Tarafından Aralık 2013'te yayınlanan bir raporda, ABD Enerji Departmanı ayrıca elektrik şebekesine enerji depolama ve talep tarafı teknolojilerinin potansiyel faydaları anlatır: "Ulus tanışın öngörülen enerji ihtiyaçlarını dahil işleme meydan yardımcı olacaktır elektrik sistemini çağdaşlaştırılması adresleme Yenilenebilir kaynaklardan daha fazla enerjiyi entegre ederek ve yenilenemeyen enerji süreçlerinden verimliliği artırarak iklim değişikliği . altyapı yatırımlarının ertelenmesi ve azaltılmasının yanı sıra, şebekenin yetenekleri, maliyeti düşürme ve yüksek güvenilirlik sağlama. Son olarak, enerji depolama, şebeke stabilizasyon hizmetlerinin yanı sıra yedek güç sağlama yeteneği nedeniyle acil durumlara hazırlık için araç olabilir". Raporda temsil eden geliştiriciler bir çekirdek grup tarafından yazılmıştır Elektrik Teslimat ve Enerji Güvenilirliği Dairesi , ARPA-E , Fen Dairesi , Enerji Verimliliği Dairesi ve Yenilenebilir Enerji , Sandia Ulusal Laboratuarları ve Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı ; hepsi şebeke enerji depolamasının geliştirilmesiyle uğraşmaktadır.

Şebeke uygulamaları için enerji depolama

Enerji depolama varlıkları, elektrik şebekesi için değerli bir varlıktır . Verimliliği ve arz güvenliğini artırmak için yük yönetimi , güç kalitesi ve kesintisiz güç kaynağı gibi faydalar ve hizmetler sağlayabilirler . Bu, enerji geçişi ve daha verimli ve sürdürülebilir bir enerji sistemine duyulan ihtiyaç açısından giderek daha önemli hale geliyor .

Çok sayıda enerji depolama teknolojisi ( pompalı-depolu hidroelektrik , elektrik pili , akış pili , volan enerji depolama , süper kapasitör vb.) şebeke ölçekli uygulamalar için uygundur, ancak özellikleri farklıdır. Örneğin, bir pompalı hidro istasyonu, büyük kapasiteleri ve güç yetenekleri nedeniyle toplu yük yönetimi uygulamaları için çok uygundur. Ancak, uygun yerler sınırlıdır ve yerelleştirilmiş güç kalitesi sorunlarıyla uğraşırken kullanışlılıkları azalır . Öte yandan, volanlar ve kapasitörler, güç kalitesinin korunmasında en etkilidir ancak daha büyük uygulamalarda kullanılacak depolama kapasitelerinden yoksundur. Bu kısıtlamalar, depolamanın uygulanabilirliği için doğal bir sınırlamadır.

Birkaç çalışma ilgi uyandırdı ve belirli uygulamalar için optimal enerji depolamasının uygunluğunu veya seçimini araştırdı. Literatür araştırmaları, en son teknolojiye ait mevcut bilgileri içerir ve mevcut mevcut projelere dayalı olarak depolamanın kullanımlarını karşılaştırır. Diğer çalışmalar, birbirleriyle enerji depolamayı değerlendirmede bir adım daha ileri gitmekte ve uygunluklarını çok kriterli karar analizine dayalı olarak sıralamaktadır . Başka bir makale, eşdeğer devreler olarak depolamanın araştırılması ve modellenmesi yoluyla bir değerlendirme şeması önerdi. Birkaç çalışmada bir indeksleme yaklaşımı da önerilmiştir, ancak hala yeni aşamalardadır. Şebekeye bağlı enerji depolama sistemlerinin artan ekonomik potansiyelini elde etmek için, bir enerji depolama sistemi için bir veya daha fazla uygulama için çeşitli hizmetler içeren bir portföyü düşünmek ilgi çekicidir. Bunu yaparak, tek bir depolama ile birkaç gelir akışı elde edilebilir ve böylece kullanım derecesi de arttırılabilir. İki örnekten bahsetmek gerekirse, frekans tepkisi ve yedek servislerin bir kombinasyonu incelenirken, güç yumuşatma ile birlikte yük tepe tıraşlaması ele alınmaktadır.

Formlar

Hava

Sıkıştırılmış hava

Bir şebeke enerji depolama yöntemi, genellikle eski bir madende veya başka bir jeolojik özellikte depolanan havayı sıkıştırmak için yoğun olmayan veya yenilenebilir olarak üretilen elektriği kullanmaktır . Elektrik talebi yüksek olduğunda, basınçlı hava az miktarda doğal gazla ısıtılır ve daha sonra elektrik üretmek için turbo genleştiricilerden geçer .

Basınçlı hava depolama tipik olarak yaklaşık %60-90 verimlidir.

sıvı hava

Diğer bir elektrik depolama yöntemi ise havanın sıkıştırılıp soğutulması, depolanabilen ve gerektiğinde genişletilebilen sıvı havaya dönüştürülmesi, bir türbinin döndürülmesi, elektrik üretilmesi ve %70'e varan bir depolama verimliliği ile elde edilmesidir.

Kuzey İngiltere'de ticari bir sıvı-hava enerji depolama tesisi yapım aşamasındadır ve 2022'de ticari işletmesi planlanmaktadır. Santralin 250 MWh'lik enerji depolama kapasitesi, dünyanın en büyük mevcut lityum-iyon pilinin kapasitesinin neredeyse iki katı olacaktır. Güney Avustralya'daki Hornsdale Güç Rezervi .

Piller

16 ayrı kurşun asit pil hücresi (32 volt) kullanan 900 watt'lık bir doğru akım ışık tesisi.
Lityum iyon pillerin öğrenme eğrisi : Pillerin fiyatı otuz yılda %97 düştü.

Pil depolama, doğru akım elektrik gücünün ilk günlerinde kullanıldı . AC şebeke gücünün hazır olmadığı durumlarda, rüzgar türbinleri veya içten yanmalı motorlar tarafından işletilen izole aydınlatma tesisleri , küçük motorlara aydınlatma ve güç sağlıyordu. Akü sistemi, motoru çalıştırmadan veya rüzgar sakinken yükü çalıştırmak için kullanılabilir. Cam kavanozlardaki bir dizi kurşun-asit pil, hem lambaları aydınlatmak hem de pilleri şarj etmek için bir motoru çalıştırmak için güç sağlıyordu. Pil depolama teknolojisi, daha yeni lityum iyon cihazlar için tipik olarak yaklaşık %80 ila %90'ın üzerinde verimlidir.

Büyük katı hal dönüştürücülere bağlı pil sistemleri, güç dağıtım ağlarını stabilize etmek için kullanılmıştır. Bazı şebeke pilleri, ya kesintili rüzgar veya güneş enerjisi çıkışı tarafından sağlanan gücü yumuşatmak ya da yenilenebilir tesisin doğrudan güç üretemediği durumlarda güç çıkışını günün diğer saatlerine kaydırmak için yenilenebilir enerji santralleri ile birlikte konumlandırılır (bkz. Kurulum örnekleri). ). Bu hibrit sistemler (üretim ve depolama), yenilenebilir kaynaklar bağlanırken şebeke üzerindeki baskıyı hafifletebilir veya kendi kendine yeterliliğe ulaşmak ve "şebeke dışı" çalışmak için kullanılabilir (bkz. Bağımsız güç sistemi ).

Elektrikli araç uygulamalarının aksine, sabit depolama için piller, kütle veya hacim kısıtlamalarından etkilenmez. Ancak, büyük miktarlarda enerji ve ima edilen güç nedeniyle, güç veya enerji birimi başına maliyet çok önemlidir. Şebeke ölçeğinde depolama için bir teknolojinin ilgisini değerlendirmek için ilgili metrikler Wh/kg (veya W/kg) yerine $/Wh (veya $/W)'dir. Elektrokimyasal şebeke depolaması, pillerin üretim maliyetlerini 300 $/kWh'nin altına hızlı bir şekilde düşüren elektrikli aracın geliştirilmesi sayesinde mümkün oldu. Büyük sanayi kuruluşları, üretim zincirini optimize ederek 2020'nin sonunda 150 $/kWh'ye ulaşmayı hedefliyor. Bu piller , mobil uygulamalar için uygun olan (yüksek maliyet, yüksek yoğunluk) bir lityum iyon teknolojisine dayanıyor . Şebeke için optimize edilmiş teknolojiler, düşük maliyet ve düşük yoğunluğa odaklanmalıdır.

Şebeke odaklı pil teknolojileri

Sodyum iyon piller, lityum iyona göre ucuz ve sürdürülebilir bir alternatiftir, çünkü sodyum, lityumdan çok daha bol ve daha ucuzdur, ancak güç yoğunluğu daha düşüktür. Ancak, henüz gelişimlerinin ilk aşamalarındalar.

Otomotiv odaklı teknolojiler, yüksek enerji yoğunluğuna sahip ancak pahalı bir üretim süreci gerektiren katı elektrotlara dayanır. Sıvı elektrotlar, herhangi bir işleme ihtiyaç duymadıkları için daha ucuz ve daha az yoğun bir alternatifi temsil eder.

Erimiş tuz/sıvı metal piller

Bu piller, bir elektrolit ile ayrılmış iki erimiş metal alaşımından oluşur. Üretimleri basittir ancak alaşımları sıvı halde tutmak için birkaç yüz santigrat derece sıcaklığa ihtiyaç duyarlar. Bu teknoloji ZEBRA , sodyum-kükürt piller ve sıvı metal içerir . Sodyum kükürt pilleri Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde şebeke depolaması için kullanılmaktadır. Elektrolit katı beta alüminadan oluşur. Pr grubu tarafından geliştirilen sıvı metal pil. Donald Sadoway , elektriksel olarak yalıtkan bir erimiş tuzla ayrılmış erimiş magnezyum ve antimon alaşımlarını kullanır. Şu anda Reno, Nevada yakınlarındaki TerraScale veri merkezi şirketi için ilk 250MWh sistemini kurmak üzere sözleşmeli olan MIT yan şirketi Ambri tarafından pazara sunuluyor .

Akış pilleri

Şarj edilebilir akışlı pillerde , sıvı elektrotlar, oda sıcaklığında su içindeki geçiş metallerinden oluşur. Hızlı yanıt depolama ortamı olarak kullanılabilirler. Vanadyum redoks piller bir tür akış pilidir. Aşağıdakiler dahil olmak üzere farklı sahalara çeşitli akış pilleri kurulur; Huxley Hill rüzgar çiftliği (Avustralya), Hokkaidō'deki (Japonya) Tomari Rüzgar Tepeleri ve rüzgar çiftliği olmayan uygulamalarda. Sorne Hill rüzgar çiftliğine ( İrlanda ) 12 MWh akışlı bir batarya kurulacaktı . Bu depolama sistemleri, geçici rüzgar dalgalanmalarını düzeltmek için tasarlanmıştır. Hidrojen Bromür, şebeke ölçeğinde akış tipi bir pilde kullanım için önerilmiştir.

Örnekler

Porto Riko'da 15 dakika (5 megavat saat) için 20 megavat kapasiteli bir sistem, adada üretilen elektrik enerjisinin frekansını sabitler. Uzun bir iletim hattının sonunda voltajı stabilize etmek için 2003 yılında Fairbanks Alaska'da 27 megavat 15 dakikalık (6,75 megavat saat) nikel-kadmiyum pil bankası kuruldu.

2014 yılında Tehachapi Enerji Depolama Projesi Güney Kaliforniya Edison tarafından devreye alındı .

2016 yılında, ızgara depolama uygulamalarında kullanılmak üzere bir çinko-iyon pil önerildi.

2017 yılında, California Kamu Hizmetleri Komisyonu , Ontario, California'daki Mira Loma trafo merkezine 396 adet buzdolabı boyutunda Tesla pili yerleştirdi . Yığınlar, her biri 4 saat çalışabilen 10 MW'lık (toplam 20 MW) iki modül halinde dağıtılır ve böylece 80 MWh'a kadar depolama eklenir. Dizi, dört saatten fazla bir süre boyunca 15.000 eve güç sağlayabilir.

BYD , birçok pili paralel olarak bağlayan lityum demir fosfat (LiFePO4) pil gibi geleneksel tüketici pil teknolojilerini kullanmayı önermektedir .

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en büyük şebeke depolama pilleri, Illinois'deki Grand Ridge Santralindeki 31,5 MW'lık pili ve Batı Virginia'daki Beech Ridge'deki 31,5 MW'lık pili içerir. 2015 yılında yapım aşamasında olan iki pil, 400 MWh (4 saat için 100 MW) Güney Kaliforniya Edison projesini ve Kauai, Hawaii'deki 52 MWh projesini içeriyor ve 13 MW'lık bir güneş enerjisi çiftliğinin çıkışını akşama tamamen kaydırıyor. İki pil, Fairbanks, Alaska'da ( Ni-Cd piller kullanılarak 7 dakika için 40 MW ) ve Notrees, Teksas'ta ( kurşun-asit piller kullanılarak 40 dakika için 36 MW ) bulunmaktadır. Almanya'nın Lünen kentinde Daimler'in Smart elektrikli tahrikli otomobillerinin kullanılmış pillerinden oluşan 13 MWh'lik bir pil inşa ediliyor ve ikinci ömrü 10 yıl olarak bekleniyor.

2015 yılında ABD'de 221 MW'lık bir pil deposu kuruldu ve toplam kapasitenin 2020'de 1,7 GW'a ulaşması bekleniyor.

İngiltere, 2018'de Hertfordshire'da 50 MW'lık bir lityum-iyon şebeke pili kurdu. Şubat 2021'de Burwell, Cambridgeshire'da 50 MW'lık bir pil depolama geliştirme ve Barnsley, Güney Yorkshire'da 40 MW'lık bir saha inşaatı başladı.

Kasım 2017'de Tesla , Güney Avustralya'da 100 MW, 129 MWh pil sistemi kurdu. Avustralya Enerji Piyasası Operatörü bu "tipik geleneksel senkron üretim birimi tarafından sağlanan hizmet ile karşılaştırıldığında, hızlı ve hassas hem" belirtti.

Teknoloji karşılaştırması
teknoloji Hareketli parçalar Ortam sıcaklığı yanıcı Zehirli Malzemeler Üretimde Nadir metaller
vanadyum akışı Evet Evet Numara Evet Evet Numara
Sıvı metal Numara Numara Evet Numara Numara Numara
Sodyum-İyon Numara Evet Evet Numara Numara Numara
Kurşun-Asit Numara Evet Numara Evet Evet Numara
Sodyum-kükürt piller Numara Numara Evet Numara Evet Numara
Ni-Cd Numara Evet Numara Evet Evet Evet
Bir aslan Numara Evet Numara Numara Numara Numara
li-iyon Numara Evet Evet Numara Evet Numara
Fe-hava Evet Numara Evet Numara Numara Numara

Elektrikli araçlar

2015 yılı itibarıyla dünyanın en çok satan karayolu özellikli elektrikli otomobili Nissan Leaf

Şirketler, yoğun talebi karşılamak için elektrikli araçların olası kullanımını araştırıyor. Park edilmiş ve prize takılı bir elektrikli araç, aküden aldığı elektriği pik yüklerde satabilir ve gece (evde) veya yoğun olmayan zamanlarda şarj edebilir.

Plug-in hibrit veya elektrikli arabalar , enerji depolama yetenekleri için kullanılabilir. 20 ila 50 kWh pil paketine sahip her bir aracı dağıtılmış bir yük dengeleme cihazına veya acil durum güç kaynağına dönüştüren araçtan şebekeye teknolojisi kullanılabilir . Bu, yıllık tüketimin 3.650 kWh olduğu varsayıldığında, günlük ortalama 10 kWh ev gereksinimi için araç başına iki ila beş günü temsil eder. Bu enerji miktarı, kilometre başına 0,1 ila 0,3 kilovat saat (0,16 ila 0,5 kWh/mi) tüketen bu tür araçlarda 60 ila 480 kilometre (40 ve 300 mi) aralığına eşdeğerdir. Bu rakamlar, ev yapımı elektrikli araç dönüşümlerinde bile elde edilebiliyor . Bazı elektrik kuruluşları, elektriği depolamak için eski takılabilir araç pillerini (bazen dev bir pille sonuçlanır) kullanmayı planlamaktadır. Çevrim. Bununla birlikte, büyük bir araştırma, akıllıca kullanıldığında, araçtan şebekeye depolamanın aslında pillerin ömrünü uzattığını gösterdi. Konvansiyonel (kobalt bazlı) lityum iyon piller döngü sayısı ile bozulur – daha yeni li-ion piller her döngüde önemli ölçüde bozulmaz ve bu nedenle çok daha uzun ömürlüdür. Yaklaşımlardan biri, on yıl boyunca bu rolde iyi olmaları beklendiğinden, güvenilir olmayan araç akülerini özel şebeke depolamasında yeniden kullanmaktır. Böyle bir depolama büyük ölçekte yapılırsa, eski pilin değeri ve anında kullanımı olduğundan, mobil kullanımda kalitesi düşen bir araç pilinin değiştirilmesini garanti etmek çok daha kolay hale gelir.

Çark

NASA G2 volan

Mekanik atalet bu depolama yönteminin temelidir. Elektrik gücü cihaza aktığında, bir elektrik motoru ağır dönen diski hızlandırır. Motor, güç akışı tersine çevrildiğinde bir jeneratör görevi görür, diski yavaşlatır ve elektrik üretir. Elektrik, diskin kinetik enerjisi olarak depolanır . Depolama süresini uzatmak için sürtünme minimumda tutulmalıdır. Bu genellikle, volanı bir vakuma yerleştirerek ve yöntemi pahalı hale getirme eğiliminde olan manyetik yataklar kullanarak elde edilir . Daha yüksek volan hızları daha fazla depolama kapasitesi sağlar ancak merkezkaç kuvvetlerine direnmek için çelik veya kompozit malzemeler gibi güçlü malzemeler gerektirir . Bununla birlikte, bu yöntemi ekonomik kılan güç ve enerji depolama teknolojisi aralıkları, genel güç sistemi uygulaması için volanları uygunsuz hale getirme eğilimindedir; onlar muhtemelen en iyi demiryolu güç sistemlerinde yük dengeleme uygulamaları ve iyileştirilmesi için uygundur güç kalitesi de yenilenebilir enerji böyle İrlanda'da 20MW sistemi gibi sistemler.

Volan deposu kullanan uygulamalar, bir motor jeneratörünün çalışma hızına döndürüldüğü ve deşarj sırasında kısmen yavaşlatıldığı tokamak ve lazer deneyleri gibi çok kısa süreler için çok yüksek güç patlamaları gerektiren uygulamalardır .

Volan depolama, şu anda, aktarım sırasında gerekli olan kesintisiz güç için kesintisiz güç kaynağı sistemleri (örneğin, büyük veri merkezlerindekiler ) sağlamak için Dizel döner kesintisiz güç kaynağı biçiminde kullanılmaktadır - yani, bir cihaz arasındaki nispeten kısa süre. şebekede güç kaybı ve dizel jeneratör gibi alternatif bir kaynağın ısınması .

Bu potansiyel çözüm, EDA tarafından Azor Adaları'ndaki Graciosa ve Flores adalarında hayata geçirilmiştir . Bu sistem, güç kalitesini iyileştirmek ve böylece artan yenilenebilir enerji kullanımına izin vermek için 18 megavat-saniyelik bir volan kullanır . Açıklamadan da anlaşılacağı gibi, bu sistemler yine arzdaki geçici dalgalanmaları düzeltmek için tasarlanmıştır ve asla birkaç günü aşan kesintilerle başa çıkmak için kullanılamaz.

Avustralya'daki Powercorp, küçük şebekelere rüzgar girdisini en üst düzeye çıkarmak için rüzgar türbinleri, volanlar ve düşük yüklü dizel (LLD) teknolojisini kullanan uygulamalar geliştiriyor. Batı Avustralya'daki Coral Bay'de kurulu bir sistem, volan tabanlı bir kontrol sistemi ve LLD'ler ile birleştirilmiş rüzgar türbinleri kullanıyor. Volan teknolojisi, rüzgar türbinlerinin zaman zaman Coral Bay'in enerji arzının yüzde 95'ine kadarını sağlamasını ve yıllık toplam rüzgar penetrasyonu yüzde 45'ini sağlıyor.

Hidrojen

Hidrojen , bir elektrik enerjisi depolama ortamı olarak geliştirilmektedir. Hidrojen üretilir, daha sonra sıkıştırılır veya sıvılaştırılır, kriyojenik olarak -252.882 °C'de depolanır ve daha sonra tekrar elektrik enerjisine veya ısıya dönüştürülür. Hidrojen, taşınabilir (araçlar) veya sabit enerji üretimi için yakıt olarak kullanılabilir. Hidrojenin pompalanan su deposu ve pillerle karşılaştırıldığında, yüksek enerji yoğunluklu bir yakıt olması avantajı vardır.

Hidrojen, doğal gazın buharla yeniden dönüştürülmesiyle veya suyun hidrojen ve oksijene elektrolizi yoluyla üretilebilir (bkz. hidrojen üretimi ). Doğal gazın yeniden yapılandırılması , yan ürün olarak karbondioksit üretir . Yüksek sıcaklıkta elektroliz ve yüksek basınçlı elektroliz , hidrojen üretiminin verimliliğinin artırılabileceği iki tekniktir. Hidrojen daha sonra içten yanmalı bir motorda veya bir yakıt hücresinde tekrar elektriğe dönüştürülür .

Hidrojen depolamanın AC'den AC'ye verimliliğinin, ekonomik kısıtlamalar getiren %20 ila 45 mertebesinde olduğu gösterilmiştir. Sistemin ekonomik olabilmesi için elektrik alım satımı arasındaki fiyat oranının en az verimlilikle orantılı olması gerekir. Hidrojen yakıt hücreleri, elektrik talebindeki veya arzındaki hızlı dalgalanmaları düzeltmek ve frekansı düzenlemek için yeterince hızlı tepki verebilir. Hidrojenin doğal gaz altyapısını kullanıp kullanamayacağı şebeke inşaat malzemelerine, derzlerdeki standartlara ve depolama basıncına bağlıdır.

Hidrojen enerjisinin depolanması için gerekli ekipman, bir elektroliz tesisi, hidrojen kompresörleri veya sıvılaştırıcılar ve depolama tanklarını içerir.

Biyohidrojen , biyokütle kullanarak hidrojen üretmek için araştırılan bir süreçtir.

Mikro birleşik ısı ve güç (microCHP), hidrojeni yakıt olarak kullanabilir.

Bazı nükleer santraller, hidrojen üretimi ile bir simbiyozdan faydalanabilir. Yüksek sıcaklık (950 ila 1.000 °C) gaz soğutmalı nükleer nesil IV reaktörler , kükürt-iyot döngüsünde olduğu gibi nükleer ısı kullanarak termokimyasal yollarla sudan hidrojeni elektroliz etme potansiyeline sahiptir . İlk ticari reaktörlerin 2030'da olması bekleniyor.

Rüzgâr türbinlerini ve hidrojen jeneratörlerini kullanan topluluk temelli bir pilot program, 2007 yılında Ramea, Newfoundland ve Labrador'dan oluşan uzak toplulukta başlatıldı . Benzer bir proje 2004'ten beri küçük bir Norveç ada belediyesi olan Utsira'da devam ediyor .

Yeraltı hidrojen depolama

Yeraltı hidrojen depolama uygulamadır hidrojen depolama içinde oyuklar , bir tuz dağındaki ve tükenmiş petrol ve gaz. Büyük miktarlarda gaz halindeki hidrojen, Imperial Chemical Industries (ICI) tarafından mağaralarda uzun yıllar boyunca herhangi bir zorluk yaşamadan depolanmıştır . Avrupa projesi Hyunder o tarafından karşılanması mümkün değildir gibi ek bir 85 mağara gereklidir rüzgar ve güneş enerjisi depolanması için 2013 yılında gösterilen PHe'ler ve CAES sistemleri.

Gaza giden güç

Güçten gaza , elektrik gücünü gaz yakıtına dönüştüren bir teknolojidir . 2 yöntem vardır, ilki elektriği su bölmek için kullanmak ve ortaya çıkan hidrojeni doğal gaz şebekesine enjekte etmektir. İkinci daha az verimli yöntem, elektroliz ve Sabatier reaksiyonu kullanılarak karbondioksit ve suyu metana (bkz. doğal gaz ) dönüştürmek için kullanılır . Rüzgar jeneratörleri veya güneş enerjisi dizileri tarafından üretilen aşırı güç veya kapalı tepe gücü daha sonra enerji şebekesinde yük dengeleme için kullanılır. Hidrojen için mevcut doğal gaz sistemini kullanan yakıt hücresi üreticisi Hydrogenics ve doğal gaz dağıtıcısı Enbridge , Kanada'da böyle bir gazdan gaza güç sistemi geliştirmek için bir araya geldi .

Hidrojenin depolanması için bir doğal gaz şebekesinin kullanıldığı hidrojenin boru hattı depolaması. Doğal gaza geçmeden önce , Alman gaz şebekeleri , çoğunlukla hidrojenden oluşan şehir gazı kullanılarak işletiliyordu . Alman doğal gaz şebekesinin depolama kapasitesi 200.000 GW·s'den fazladır ve bu da birkaç aylık enerji gereksinimi için yeterlidir. Karşılaştırıldığında, tüm Alman pompalı depolamalı enerji santrallerinin kapasitesi sadece yaklaşık 40 GW·saat'tir. Enerjinin bir gaz şebekesi üzerinden taşınması, bir elektrik şebekesine (%8) kıyasla çok daha az kayıpla (<%0,1) yapılır. Hidrojen için mevcut doğal gaz boru hatlarının kullanımı NaturalHy tarafından incelenmiştir.

Güçten amonyak konseptine

Güçten amonyak konsepti, çeşitlendirilmiş bir uygulama paleti ile karbonsuz bir enerji depolama yolu sunar. Fazla düşük karbonlu gücün olduğu zamanlarda, amonyak yakıtı oluşturmak için kullanılabilir. Amonyak, suyu elektrikle hidrojen ve oksijene ayırarak üretilebilir, daha sonra havadaki nitrojeni hidrojenle birleştirmek için yüksek sıcaklık ve basınç kullanılır ve amonyak oluşturulur. Bir sıvı olarak, basınç altında gaz olarak depolanması veya kriyojenik olarak sıvılaştırılması ve -253 °C'de depolanması zor olan tek başına hidrojenin aksine propana benzer.

Depolanan amonyak, tıpkı doğal gaz gibi, ulaşım ve elektrik üretimi için termal yakıt olarak veya bir yakıt hücresinde kullanılabilir. Standart bir 60.000 m³ sıvı amonyak tankı, yaklaşık 30 rüzgar türbininin yıllık üretimine eşdeğer yaklaşık 211 GWh enerji içerir. Su ve azot serbest bırakılır, ancak CO: Amonyak temiz yakılabilir 2 ve çok az veya hiç azot oksitler. Amonyak, enerji taşıyıcısı olmasının yanı sıra birçok kullanım alanına sahiptir , birçok kimyasalın üretimine temel teşkil eder, en yaygın kullanım alanı gübredir. Bu kullanım esnekliği ve amonyağın güvenli taşınması, dağıtımı ve kullanımı için altyapının halihazırda mevcut olduğu göz önüne alındığında, amonyağı geleceğin büyük ölçekli, karbon içermeyen enerji taşıyıcısı olmak için iyi bir aday yapmaktadır.

hidroelektrik

pompalanan su

2008 yılında, dünya pompalanan depolama üretim kapasitesi 104 GW iken, diğer kaynaklar 127 GW olduğunu iddia ediyor, bu da tüm şebeke elektrik depolama türlerinin büyük çoğunluğunu oluşturuyor - diğer tüm türler bir araya geldiğinde yaklaşık yüzlerce MW.

Birçok yerde, pompalanan depolama hidroelektrik, kömür veya nükleer kaynaklardan gelen aşırı baz yük kapasitesini kullanarak, yoğun olmayan saatlerde ve hafta sonlarında yüksek bir depolama rezervuarına su pompalayarak günlük üretim yükünü eşitlemek için kullanılır. Pik saatlerde, bu su hidroelektrik üretimi için, genellikle talepteki geçici pikleri karşılamak için yüksek değerli bir hızlı tepki rezervi olarak kullanılabilir. Pompalı depolama, tüketilen enerjinin yaklaşık %70 ila %85'ini geri kazanır ve şu anda en uygun maliyetli kütle güç depolama biçimidir. Pompalı depolama ile ilgili temel sorun, genellikle oldukça farklı yüksekliklerde iki yakın rezervuar gerektirmesi ve çoğu zaman önemli miktarda sermaye harcaması gerektirmesidir.

Pompalanan su sistemleri yüksek sevk edilebilirliğe sahiptir , yani çok hızlı bir şekilde, tipik olarak 15 saniye içinde çevrimiçi hale gelebilirler, bu da bu sistemleri tüketicilerden gelen elektrik talebindeki değişkenliği emmede çok verimli kılar . Dünya çapında, anlık küresel üretim kapasitesinin yaklaşık %3'ü olan 90 GW'ın üzerinde pompalanmış depolama faaliyette bulunmaktadır . İngiltere'deki Dinorwig depolama sistemi gibi pompalanan su depolama sistemleri, beş veya altı saatlik üretim kapasitesine sahiptir ve talep değişikliklerini yumuşatmak için kullanılır.

Başka bir örnek, 600 m dikey mesafeye sahip sekiz milyon metreküp (2,1 milyar ABD galon veya Niagara Şelalesi üzerindeki su hacmi) rezervuar kapasitesine sahip Çin'deki 1836 MW Tianhuangping Pompalı Depolama Hidro Santralidir ( 1970 metre). Rezervuar, yaklaşık 13 GW·h depolanmış yerçekimi potansiyeli enerjisini (yaklaşık %80 verimlilikle elektriğe dönüştürülebilir) veya Çin'in günlük elektrik tüketiminin yaklaşık %2'sini sağlayabilir.

Pompalı depolamada yeni bir konsept, suyu pompalamak için rüzgar enerjisi veya güneş enerjisi kullanmaktır. Enerji depolayan bir rüzgar veya güneş barajı için su pompalarını yönlendiren rüzgar türbinleri veya güneş pilleri, bunu daha verimli bir süreç haline getirebilir, ancak sınırlıdır. Bu tür sistemler sadece rüzgarlı ve gündüz saatlerinde kinetik su hacmini artırabilir.

hidroelektrik barajlar

Büyük rezervuarlara sahip hidroelektrik barajlar, talebin en yüksek olduğu zamanlarda en yüksek üretimi sağlamak için de çalıştırılabilir. Su, talebin düşük olduğu dönemlerde rezervuarda depolanır ve talebin yüksek olduğu dönemlerde tesise verilir. Net etki, pompalanan depolama ile aynıdır, ancak pompalama kaybı yoktur. Rezervuar kapasitesine bağlı olarak tesis, günlük, haftalık veya mevsimlik yük takibi sağlayabilir.

Mevcut hidroelektrik barajlarının çoğu oldukça eskidir (örneğin, Hoover Barajı 1930'larda inşa edilmiştir) ve özgün tasarımları, rüzgar ve güneş gibi daha yeni aralıklı güç kaynaklarından on yıllar önceye dayanmaktadır. Başlangıçta temel yük gücü sağlamak için inşa edilmiş bir hidroelektrik barajının jeneratörleri, rezervuardaki ortalama su akışına göre boyutlandırılacaktır. Böyle bir barajın ek jeneratörlerle yükseltilmesi, tepe güç çıkış kapasitesini arttırır, böylece sanal bir şebeke enerji depolama birimi olarak çalışma kapasitesini arttırır. Islah Birleşik Devletleri Bürosu yağ yakıtlı pik jeneratörler için kilovat başına $ 'dan fazla 400 ile karşılaştırıldığında, varolan baraj uprate için kilovat kapasiteli başına $ 69 bir yatırım maliyetini bildirir. Yükseltilmiş bir hidroelektrik barajı, diğer üretim birimlerinden gelen fazla enerjiyi doğrudan depolamazken, diğer üretim birimlerinden yüksek çıktı dönemlerinde kendi yakıtını - gelen nehir suyunu - biriktirerek eşdeğer şekilde davranır. Bu şekilde sanal bir şebeke depolama birimi olarak işlev gören yükseltilmiş baraj, en verimli enerji depolama biçimlerinden biridir, çünkü rezervuarını dolduracak pompalama kayıpları yoktur, yalnızca artan buharlaşma ve sızıntı kayıpları vardır.

Büyük bir rezervuarı tutan bir baraj, nehir çıkışını kontrol ederek ve rezervuar seviyesini birkaç metre yükselterek veya alçaltarak buna uygun olarak büyük miktarda enerji depolayabilir ve serbest bırakabilir. Barajların işletilmesi için sınırlamalar geçerlidir, bunların salınımları genellikle nehirler üzerindeki mansap etkisini sınırlamak için hükümet tarafından düzenlenen su haklarına tabidir . Örneğin, baz yüklü termik santrallerin, nükleer veya rüzgar türbinlerinin zaten geceleri aşırı güç ürettiği şebeke durumları vardır, elektrik üretilsin veya üretilmesin barajların yeterli nehir seviyelerini korumak için hala yeterli suyu serbest bırakması gerekir. Tersine, en yüksek kapasitenin bir sınırı vardır; bu, aşırı olması durumunda bir nehrin her gün birkaç saat taşmasına neden olabilir.

Süper iletken manyetik enerji

Süper iletken manyetik enerji depolama (SMES) sistemleri, enerjiyi , süper iletken kritik sıcaklığının altındaki bir sıcaklığa kriyojenik olarak soğutulmuş bir süper iletken bobin içinde doğru akım akışı tarafından oluşturulan manyetik alanda depolar . Tipik bir SMES sistemi üç bölümden oluşur: süper iletken bobin, güç koşullandırma sistemi ve kriyojenik olarak soğutulan buzdolabı. Süper iletken bobin bir kez şarj edildiğinde, akım azalmaz ve manyetik enerji süresiz olarak depolanabilir. Depolanan enerji, bobini boşaltarak şebekeye geri verilebilir. Güç düzenleme sistemi kullanan frekans / redresör dönüştürmek için alternatif akım doğru akıma veya AC güç DC geri dönüştürmek için (AC) güç. Evirici/doğrultucu her yönde yaklaşık %2–3 enerji kaybına neden olur. KOBİ'ler , diğer enerji depolama yöntemlerine kıyasla enerji depolama sürecinde en az miktarda elektrik kaybeder . KOBİ sistemleri oldukça verimlidir; gidiş-dönüş verimliliği %95'ten fazladır. Süper iletkenlerin yüksek maliyeti, bu enerji depolama yönteminin ticari kullanımı için birincil sınırlamadır.

Soğutmanın enerji gereksinimleri ve depolanabilecek toplam enerjideki limitler nedeniyle, şu anda kısa süreli enerji depolaması için KOBİ'ler kullanılmaktadır. Bu nedenle, SMES en yaygın olarak güç kalitesini iyileştirmeye adanmıştır . SMES, kamu hizmetleri için kullanılacak olsaydı , geceleri temel yük gücünden şarj edilen ve gün boyunca pik yükleri karşılayan günlük bir depolama cihazı olurdu .

Süper iletken manyetik enerji depolama teknik zorlukları , pratik hale gelmesi için henüz çözülmedi.

termal

Danimarka'da elektriğin doğrudan depolanması, mevcut Norveç Hidroforunun önemli ölçüde kullanılmasına rağmen, çok büyük ölçekli kullanım için çok pahalı olarak algılanmaktadır. Bunun yerine, bölgesel ısıtma şemalarına bağlı, elektrotlu kazanlar veya ısı pompaları ile ısıtılan mevcut sıcak su depolama tanklarının kullanılması tercih edilen bir yaklaşım olarak görülmektedir. Depolanan ısı daha sonra bölgesel ısıtma boruları kullanılarak konutlara iletilir .

Erimiş tuz , bir güneş enerjisi kulesi tarafından toplanan ısıyı depolamak için kullanılır, böylece kötü havalarda veya geceleri elektrik üretmek için kullanılabilir.

Bina ısıtma ve soğutma sistemleri, termal enerjiyi binanın kütlesinde veya özel termal depolama tanklarında depolamak için kontrol edilebilir. Bu termal depolama, yoğun olmayan zamanlarda güç tüketimini artırarak (depolamayı şarj ederek) ve daha yüksek fiyatlı yoğun zamanlarda güç tüketimini azaltarak (depolamayı boşaltarak) yük kaydırma veya hatta daha karmaşık yardımcı hizmetler sağlayabilir . Örneğin, sudan buz yapmak için yoğun olmayan elektrik kullanılabilir ve buz depolanabilir. Depolanan buz, normalde elektrik AC kullanan büyük bir binada havayı soğutmak için kullanılabilir, böylece elektrik yükü yoğun olmayan saatlere kaydırılır. Diğer sistemlerde depolanan buz, bir gaz türbini jeneratörünün giriş havasını soğutmak için kullanılır , böylece en yüksek üretim kapasitesini ve en yüksek verimliliği artırır.

Bir pompalı ısı elektrik depolama sistemi, iki depolama tankı arasında ısı pompalamak, birini ısıtmak ve diğerini soğutmak için oldukça tersinir bir ısı motoru/ısı pompası kullanır. Sistemi geliştiren İngiltere merkezli mühendislik şirketi Isentropic, %72-80'lik potansiyel bir elektrik girişinden elektrik çıkışına gidiş-dönüş verimliliği talep ediyor.

Bir Carnot batarya enerji depolama sistemleri bir tür olduğu ısı depolama ve dönüşüm termodinamik döngü üzerinden elektrik saklı ısı geri depolar elektrik. Bu kavram son zamanlarda birçok araştırma projesi tarafından araştırılmış ve geliştirilmiştir. Bu tür bir sistemin avantajlarından biri, büyük ölçekli ve uzun süreli termal depolama maliyetinin diğer depolama teknolojilerinden çok daha düşük olabilmesidir.

Katı kütlelerle yerçekimi potansiyel enerji depolaması

Alternatifler, büyük katı kütleleri yerçekimine karşı yukarı doğru hareket ettirerek enerji depolamayı içerir. Bu, eski maden kuyularında veya enerji depolamak için ağır ağırlıkların kaldırıldığı ve kontrollü bir inişle serbest bırakılmasına izin verilen özel olarak inşa edilmiş kulelerde başarılabilir . Olarak demiryolu enerji depolama , büyük ağırlık taşıyan vagonlar kadar taşınır veya depolanması veya bir sonucu olarak enerji açığa eğimli ray demiryolu hattının bir bölümü, aşağı edilir; Kullanılmayan petrol kuyusu potansiyel enerji depolamasında, ağırlıklar, hizmet dışı bırakılmış derin bir petrol kuyusunda yükseltilir veya indirilir.

ekonomi

Elektrik depolama Getirilmiş Maliyet depolama türüne ve amacına son derece bağlıdır; saniye -altı ölçekli frekans düzenlemesi , dakika/saat ölçekli zirve santralleri veya gün/hafta ölçekli sezon depolaması olarak.

Pil depolama kullanmanın MWh başına 120- 170 $ olduğu söyleniyor. Bu, 2020 itibariyle yaklaşık 151–198 $/MWh maliyeti olan açık çevrim gaz türbinleriyle karşılaştırılır.

Genel olarak konuşursak, marjinal elektriğin maliyeti, enerjiyi depolama ve geri alma maliyetleri ile süreçte kaybedilen enerjinin fiyatından daha fazla değiştiğinde enerji depolama ekonomiktir . Örneğin, pompalı-depolama rezervuarının , tüm kayıplar hesaba katıldıktan sonra (buharlaşma ve rezervuara sızma, verimlilik kayıpları, vb.) 1,200 MW·saat üretebilen bir su hacmini üst rezervuarına pompalayabildiğini varsayalım . Yoğun olmayan zamanlarda elektriğin marjinal maliyeti MW·h başına 15 $ ise ve rezervuar %75 verimlilikte çalışıyorsa (yani, 1.600 MW·h tüketilir ve 1.200 MW·h enerji alınır), o zaman toplam maliyet rezervuarı doldurmanın maliyeti 24.000 dolar. Depolanan enerjinin tamamı ertesi gün yoğun saatlerde MW·h başına ortalama 40$'a satılırsa, rezervuar günde 48.000$ gelir ve 24.000$ brüt kar elde edecektir .

Bununla birlikte, marjinal elektrik maliyeti, farklı jeneratör sınıflarının değişen işletme ve yakıt maliyetleri nedeniyle değişir. Bir uçta, kömürle çalışan elektrik santralleri ve nükleer santraller gibi baz yük santralleri , yüksek sermaye ve bakım maliyetlerine, ancak düşük yakıt maliyetlerine sahip oldukları için düşük marjinal maliyetli üreticilerdir. Diğer uçta, gaz türbini doğal gaz santralleri gibi zirveye ulaşan enerji santralleri pahalı yakıtlar yakar, ancak inşa edilmesi, işletilmesi ve bakımı daha ucuzdur. Güç üretmenin toplam işletme maliyetini en aza indirmek için, temel yük jeneratörleri çoğu zaman gönderilirken, tepe güç jeneratörleri yalnızca gerektiğinde, genellikle enerji talebi zirveye ulaştığında gönderilir. Buna "ekonomik sevk" denir.

Dünyanın çeşitli şebekelerinden gelen elektrik talebi gün boyunca ve mevsimden mevsime değişir. Çoğunlukla, elektrik talebindeki değişiklik, birincil kaynaklardan sağlanan elektrik enerjisi miktarı değiştirilerek karşılanır. Bununla birlikte, operatörler giderek artan bir şekilde geceleri üretilen daha düşük maliyetli enerjiyi depolamakta ve daha sonra günün daha değerli olduğu yoğun saatlerde şebekeye bırakmaktadır. Hidroelektrik barajların bulunduğu alanlarda, talep daha fazla olana kadar tahliye ertelenebilir; bu depolama şekli yaygındır ve mevcut rezervuarlardan faydalanabilir. Bu, başka bir yerde üretilen "fazla" enerjiyi depolamak değildir, ancak net etki aynıdır - verimlilik kayıpları olmasa da. Rüzgar ve güneş enerjisi gibi değişken üretime sahip yenilenebilir kaynaklar , elektrik yükündeki net değişimi artırma eğilimindedir ve bu da şebeke enerjisi depolama fırsatını artırır.

Kullanılmayan elektriği depolamak yerine alternatif bir pazar bulmak daha ekonomik olabilir. Yüksek Gerilim Doğru Akım , 1000 km'de sadece %3 kayıpla elektriğin iletilmesine izin verir.

Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı'nın Uluslararası Enerji Depolama Veritabanı, birçoğu finansman kaynaklarını ve miktarlarını gösteren, şebeke enerji depolama projelerinin ücretsiz bir listesini sağlar.

Yük seviyelendirme

Tüketicilerden ve endüstriden gelen elektrik talebi, genel olarak aşağıdaki kategoriler dahilinde sürekli değişmektedir:

  • Mevsimsel (karanlık kışlarda daha fazla elektrikli aydınlatma ve ısıtma gerekirken, diğer iklimlerde sıcak hava klima ihtiyacını artırır)
  • Haftalık (çoğu sektör hafta sonu kapanır ve talebi düşürür)
  • Günlük (ofislerin açılması ve klimaların açılması gibi sabah zirveleri gibi )
  • Saatlik (Birleşik Krallık'ta televizyon izleme rakamlarını tahmin etmenin bir yöntemi, reklam araları sırasında veya izleyiciler bir su ısıtıcısını açtığında programlardan sonra güç artışlarını ölçmektir)
  • Geçici (bireyin eylemlerinden kaynaklanan dalgalanmalar, güç aktarım verimliliğindeki farklılıklar ve hesaba katılması gereken diğer küçük faktörler)

Halihazırda değişen taleple başa çıkmak için üç ana yöntem vardır:

  • Elektrikli cihazlar genellikle ihtiyaç duydukları çalışma voltajı aralığına sahiptir, genellikle 110–120 V veya 220–240 V. Yükteki küçük değişiklikler, sistem genelinde mevcut voltajdaki küçük değişikliklerle otomatik olarak yumuşatılır.
  • Enerji santralleri, ürettikleri miktarı neredeyse anında artırma imkanı ile normal çıktılarının altında çalıştırılabilir. Buna 'iplik rezervi' denir.
  • Ek nesil çevrimiçi hale getirilebilir. Tipik olarak, bunlar birkaç dakika içinde çalıştırılabilen hidroelektrik veya gaz türbinleri olacaktır.

Beklemedeki gaz türbinleriyle ilgili sorun daha yüksek maliyetlerdir; pahalı üretim ekipmanı çoğu zaman kullanılmaz. Eğirme rezervinin de bir bedeli vardır; maksimum çıktının altında çalışan tesisler genellikle daha az verimlidir. Şebeke enerji depolaması, üretimi yoğun yük saatlerinden yoğun olmayan saatlere kaydırmak için kullanılır. Enerji santralleri geceleri ve hafta sonları en yüksek verimlilikte çalışabilir.

Arz-talep dengeleme stratejileri, tepe gücü sağlama maliyetini düşürmeyi veya kesintili rüzgar ve güneş enerjisi üretimini telafi etmeyi amaçlayabilir.

taşınabilirlik

Bu, mevcut enerji depolama teknolojileri için en büyük başarı alanıdır. Tek kullanımlık ve şarj edilebilir piller her yerde bulunur ve dijital saatler ve arabalar kadar çeşitli talepleri olan cihazlara güç sağlar. Pil teknolojisindeki ilerlemeler genellikle yavaş olmuştur, ancak pil ömründeki ilerlemenin çoğu, tüketicilerin artan depolama kapasitesinden ziyade verimli güç yönetimine atfedilebilir olduğunu düşünüyor. Taşınabilir tüketici elektroniği , Moore yasasıyla ilişkili boyut ve güç azaltmalarından büyük ölçüde yararlandı . Ne yazık ki, Moore yasası insan ve yük taşımacılığı için geçerli değildir; ulaşım için temel enerji gereksinimleri, bilgi ve eğlence uygulamalarından çok daha yüksek olmaya devam ediyor. Otomobillerde, kamyonlarda, otobüslerde, trenlerde, gemilerde ve uçaklarda içten yanmalı motorlara alternatifler için baskı arttıkça pil kapasitesi bir sorun haline geldi . Bu kullanımlar, mevcut pil teknolojisinin sağlayabileceğinden çok daha fazla enerji yoğunluğu (belirli bir hacim veya ağırlıkta depolanan enerji miktarı) gerektirir . Sıvı hidrokarbon yakıtların ( benzin / benzin ve dizel gibi) yanı sıra alkoller ( metanol , etanol ve bütanol ) ve lipitler ( saf bitkisel yağ , biyodizel ) çok daha yüksek enerji yoğunluklarına sahiptir.

Karbondioksiti ve suyu sıvı hidrokarbon veya alkol yakıtlarına indirgemek için elektriği kullanmanın sentetik yolları vardır. Bu yollar, hidrojen üretmek için suyun elektrolizi ile başlar ve daha sonra ters su gazı kaydırma reaksiyonunun varyasyonlarında fazla hidrojen ile karbondioksiti azaltır . Fosil olmayan karbondioksit kaynakları arasında fermantasyon tesisleri ve kanalizasyon arıtma tesisleri bulunur. Elektrik enerjisini karbon bazlı sıvı yakıta dönüştürmek, hidrojen veya başka bir egzotik enerji taşıyıcısı ile uğraşmanın zorlukları olmaksızın, mevcut büyük motorlu araç stoku ve diğer motorla çalışan ekipman tarafından kullanılabilen taşınabilir enerji depolama sağlama potansiyeline sahiptir . Bu sentetik yollar , ithal petrole dayanan, ancak büyük yenilenebilir veya nükleer elektrik kaynaklarına sahip olan veya geliştirebilecek ülkelerde enerji güvenliğini iyileştirme girişimleriyle ve ayrıca mevcut petrol miktarında gelecekteki olası düşüşlerle başa çıkmayla bağlantılı olarak dikkat çekebilir . ithal etmek.

Taşımacılık sektörü petrolden elde edilen enerjiyi çok verimsiz kullandığından, petrolün mobil enerji için elektriğe dönüştürülmesi uzun yıllar boyunca çok büyük yatırımlar gerektirmeyecektir.

Güvenilirlik

Elektrikle çalışan hemen hemen tüm cihazlar, güç kaynaklarının aniden kesilmesinden olumsuz etkilenir. UPS ( kesintisiz güç kaynakları ) veya yedek jeneratörler gibi çözümler mevcuttur, ancak bunlar pahalıdır. Verimli güç depolama yöntemleri, cihazların elektrik kesintileri için yerleşik bir yedeğe sahip olmasına izin verecek ve ayrıca bir üretim istasyonundaki bir arızanın etkisini azaltacaktır. Bunun örnekleri şu anda yakıt hücreleri ve volanlar kullanılarak mevcuttur .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar