New Trends Of Energy Storage System Τεχνολογία ESS

Ο παγκοσμίου φήμης κατασκευαστής προϊόντων βιομηχανικού ελέγχου - C3CONTROLS στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέλυσε τις νέες τεχνολογικές τάσεις του σημερινού συστήματος αποθήκευσης ενέργειας ESS στην τεχνική λευκή του βίβλο, το παρακάτω είναι ένα απόσπασμα.

Η ηλεκτρική ενέργεια στην ακατέργαστη μορφή της δεν μπορεί να αποθηκευτεί σε καμία κλίμακα, αλλά μέσω της χρήσης ενός συστήματος αποθήκευσης ενέργειας (ESS), μπορεί να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας που μπορούν να αποθηκευτούν. Αυτές οι μορφές ενέργειας μπορούν να μετατραπούν ξανά σε ηλεκτρική ενέργεια όταν χρειάζεται.

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα τεχνολογικών προσεγγίσεων για τη διαχείριση της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε μια προσπάθεια να δημιουργήσουμε μια πιο ανθεκτική ενεργειακή υποδομή και να εξοικονομήσουμε κόστος για τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας και τους καταναλωτές. Οι τρέχουσες τεχνολογίες συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας περιλαμβάνουν μπαταρίες, σφόνδυλους, πεπιεσμένο αέρα, αντλούμενη υδροηλεκτρική αποθήκευση και πολλά άλλα. Σήμερα, όλα αυτά τα συστήματα εξακολουθούν να είναι περιορισμένα στη συνολική ενέργεια που μπορούν να αποθηκεύσουν, αλλά η έρευνα συνεχίζει να βελτιώνει γρήγορα αυτές τις τεχνολογίες.

Το ηλεκτρικό δίκτυο των ΗΠΑ βασίζεται σε μια λεπτή ισορροπία μεταξύ της προσφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και της ζήτησης των καταναλωτών. Ένας αποτελεσματικός τρόπος εξισορρόπησης των διακυμάνσεων της προσφοράς και της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας είναι η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας σε περιόδους υψηλής παραγωγής και χαμηλής ζήτησης και στη συνέχεια η απελευθέρωσή της στο δίκτυο σε περιόδους χαμηλής παραγωγής ή υψηλής ζήτησης.

Εδώ, συζητάμε πώς η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να προσφέρει σε όλους μας αξιοπιστία, οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Ανάλογα με την έκταση της ανάπτυξής της, η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε να βοηθήσει το δίκτυο των ΗΠΑ να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά, να μειώσει την πιθανότητα διακοπών κατά τις περιόδους αιχμής ζήτησης και να επιτρέψει τη χρήση περισσότερων ανανεώσιμων πηγών. εικόνα

Αυξανόμενη ζήτηση για αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας

Από την ανακάλυψη της ηλεκτρικής ενέργειας, πολλοί ερευνητές και επιστήμονες αναζητούν αποτελεσματικούς τρόπους αποθήκευσης ενέργειας για χρήση κατά παραγγελία. Τα τελευταία 100 χρόνια, ο κλάδος αποθήκευσης ενέργειας έχει αναπτυχθεί και καινοτομεί ως απάντηση στις μεταβαλλόμενες απαιτήσεις ηλεκτρικής ενέργειας και τις τεχνολογικές εξελίξεις.

Σήμερα, οι καταναλωτές στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια 24 ώρες την ημέρα. Είτε είμαστε ξύπνιοι είτε κοιμόμαστε, η ανάγκη μας για ρεύμα είναι συνεχής. Οι Αμερικανοί καταναλωτές τείνουν να θεωρούν δεδομένο πόσο εύκολο είναι να πάρουμε την ενέργεια που χρειαζόμαστε για να τροφοδοτήσουμε τις συσκευές, τις συσκευές, τα εργαλεία, τα μηχανήματα, τα οχήματά μας και όλα όσα χρησιμοποιούμε μέρα και νύχτα.

Ωστόσο, η τρέχουσα ταχεία διάδοση των ηλεκτρικών οχημάτων, για παράδειγμα, έχει ασκήσει μεγαλύτερη πίεση στο δίκτυο και χρειάζεται να καλύψει μεγαλύτερη ζήτηση ισχύος. Επιπλέον, η τεχνολογική πρόοδος και ανάπτυξη στην αγορά ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (π.χ. ηλιακή, αιολική, κ.λπ.) υπήρξε σημαντική κινητήρια δύναμη της ζήτησης αποθήκευσης ενέργειας δεδομένου του σημαντικού αντίκτυπου στο δίκτυο.

Τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας

Ένα βασικό χαρακτηριστικό του τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας είναι ότι το επίπεδο ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να παραχθεί είναι σταθερό για μικρά χρονικά διαστήματα. Αντίθετα, η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάζει διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η ανάπτυξη τεχνολογιών για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας ώστε να είναι διαθέσιμη όταν χρειάζεται αντιπροσωπεύει μια σημαντική αλλαγή στον τρόπο διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας.

Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS) έχουν σχεδιαστεί για να διαχειρίζονται τα επίπεδα ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτούνται για την τροφοδοσία των πελατών κατά τις ώρες αιχμής, όταν η ζήτηση είναι μεγαλύτερη - συμβάλλοντας τελικά στην ομαλή χρήση της ανανεώσιμης ενέργειας και την έγχυση της στο σύστημα διανομής πιο εύκολα.

Το ESS θα βοηθήσει επίσης στην εξισορρόπηση του μικροδικτύου για την επίτευξη σταθερής ισορροπίας μεταξύ παραγωγής και φορτίου. Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να παρέχει ρύθμιση συχνότητας—είναι κρίσιμο να διατηρείται η συχνότητα ολόκληρου του συστήματος στα 60 Hz. Αυτό διατηρεί μια ισορροπία μεταξύ του φορτίου δικτύου και της παραγόμενης ισχύος. Επιπλέον, η ανάπτυξη του ESS μπορεί επίσης να παρέχει μια πιο αξιόπιστη τροφοδοσία ρεύματος για βιομηχανικές εγκαταστάσεις υψηλής τεχνολογίας. Η αποθήκευση ενέργειας και τα ηλεκτρονικά ισχύος υπόσχονται ενθαρρυντικές υποσχέσεις για τον μετασχηματισμό του τομέα της ενέργειας.

Ηλεκτρονικά Υψηλής Τάσης

Τα ηλεκτρονικά ισχύος υψηλής τάσης, όπως διακόπτες, ελεγκτές και μετατροπείς, ελέγχουν την ισχύ γρήγορα και με ακρίβεια για να υποστηρίζουν τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτές οι συσκευές υψηλής τάσης θα επιτρέψουν στο σύστημα να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά και να ανταποκρίνεται αποτελεσματικά στις διαταραχές πιο γρήγορα. Μια άλλη σημαντική πρόκληση που αντιμετωπίζεται είναι η μείωση του κόστους της τεχνολογίας αποθήκευσης ενέργειας και των ηλεκτρονικών ισχύος για να επιταχυνθεί η αποδοχή της αγοράς.

Πρόγραμμα DOE Energy Storage

Το Πρόγραμμα Αποθήκευσης Ενέργειας (ESP) που ιδρύθηκε από το Γραφείο Ηλεκτρισμού (OE) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ διεξάγει έρευνα και ανάπτυξη σε διάφορες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας. Αυτή η ευρεία τεχνολογική βάση περιλαμβάνει μπαταρίες (συμβατικές και προηγμένες), ηλεκτροχημικούς πυκνωτές, σφόνδυλους, ηλεκτρονικά ισχύος, συστήματα ελέγχου και εργαλεία λογισμικού για βελτιστοποίηση αποθήκευσης και διαστασιολόγηση. Η ESP συνεργάζεται στενά με εταίρους του κλάδου - πολλά από τα έργα της είναι εξαιρετικά επιμερισμένα στο κόστος.

Το Πρόγραμμα Αποθήκευσης Ενέργειας (ESP) προσφέρει στις επιχειρήσεις κοινής ωφελείας και στις κρατικές υπηρεσίες ενέργειας την ευκαιρία να συνεργαστούν για το σχεδιασμό, την προμήθεια, την εγκατάσταση και τη θέση σε λειτουργία μεγάλων πρωτοποριακών εγκαταστάσεων αποθήκευσης μεγέθους έως και πολλών μεγαβάτ. Υποστηρίζει επίσης αναλυτικές μελέτες της τεχνικής και οικονομικής απόδοσης των τεχνολογιών αποθήκευσης, καθώς και τεχνικές αξιολογήσεις εξαρτημάτων και λειτουργικών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας.

Η ενισχυμένη αποθήκευση ενέργειας μπορεί να προσφέρει πολλαπλά οφέλη στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας και στους οικιακούς πελάτες της, καθώς και σε βιομηχανικές κατασκευαστικές εταιρείες και εμπορικές επιχειρήσεις. Αυτά τα οφέλη θα περιλαμβάνουν βελτιωμένη ποιότητα ισχύος και αξιόπιστη παράδοση ενέργειας στους πελάτες – και αυξημένη σταθερότητα και αξιοπιστία των συστημάτων μεταφοράς και διανομής.

Το Πρόγραμμα Αποθήκευσης Ενέργειας (ESP) ενθαρρύνει τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να αναβαθμίσουν τον υπάρχοντα εξοπλισμό για να αναβάλουν ή να εξαλείψουν τις δαπανηρές αναβαθμίσεις — βελτιώνοντας τη διαθεσιμότητα και αυξάνοντας την αγοραία αξία της κατανεμημένης ισχύος. Οι ESP παρέχουν στις επιχειρήσεις κοινής ωφελείας και στους προμηθευτές μεγαλύτερης αξίας παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας και χαμηλότερο κόστος μέσω υψηλότερης χωρητικότητας και αναβολής των πληρωμών μεταφοράς.

Το ESP εργάζεται επίσης για να αυξήσει την πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας μέσω έρευνας για προηγμένους ηλεκτρολύτες για μπαταρίες ροής, την ανάπτυξη μπαταριών νατρίου χαμηλής θερμοκρασίας και ηλεκτροδίων νανοδομής με βελτιωμένη ηλεκτροχημική απόδοση. Στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος, η έρευνα για νέα υλικά υψηλής τάσης, υψηλής ισχύος, υψηλής συχνότητας και ευρείας ζώνης όπως το καρβίδιο του πυριτίου και το νιτρίδιο του γαλλίου προχωρά. Επιπλέον, η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για προηγμένα συστήματα μετατροπής ισχύος που χρησιμοποιούν προηγμένα μαγνητικά, πυκνωτές υψηλής τάσης, συσκευασία και προηγμένους ελέγχους για να αυξήσουν σημαντικά την πυκνότητα και την απόδοση ισχύος.

Ενεργειακός πλανήτης

Το Energy Earthshots Initiative είναι μια άλλη πρωτοβουλία του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ για την επιτάχυνση των ανακαλύψεων σε πιο άφθονες, προσιτές και αξιόπιστες λύσεις καθαρής ενέργειας μέσα σε μια δεκαετία. Η επίτευξη της Πρωτοβουλίας Energy Earthshots θα βοηθήσει τις ΗΠΑ να αντιμετωπίσουν τα πιο σκληρά εμπόδια για την αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης, την ανάπτυξη μιας οικονομίας καθαρής ενέργειας και την ταχύτερη επίτευξη των καθαρών μηδενικών εκπομπών άνθρακα έως το 2050.

DOE – Μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας Earthshots

Η Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) έχει θέσει ως στόχο τη μείωση του κόστους αποθήκευσης ενέργειας σε κλίμακα δικτύου για συστήματα που διαρκούν περισσότερες από 10 ώρες κατά 90 τοις εκατό μέσα σε μια δεκαετία. Η αποθήκευση ενέργειας έχει τη δυνατότητα να επιταχύνει την πλήρη απανθρακοποίηση του δικτύου.

Αυτήν τη στιγμή εγκαθίσταται αποθήκευση μικρότερης διάρκειας για την υποστήριξη των σημερινών επιπέδων παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Καθώς όλο και περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αναπτύσσονται στο δίκτυο, απαιτούνται τεχνολογίες αποθήκευσης μεγαλύτερης διάρκειας. Η φθηνότερη και πιο αποτελεσματική αποθήκευση θα καταστήσει πιο εφικτή τη δέσμευση και αποθήκευση καθαρής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές για χρήση όταν η παραγωγή ενέργειας δεν είναι διαθέσιμη ή πέφτει κάτω από τη ζήτηση.

Για παράδειγμα, η ανανεώσιμη ενέργεια όπως η ηλιακή ενέργεια που παράγεται κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί τη νύχτα όταν αυξάνεται η ζήτηση ή η πυρηνική ενέργεια που παράγεται σε περιόδους χαμηλής ζήτησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν αυξάνεται η ζήτηση. Το LDSS θα εξετάσει όλους τους τύπους τεχνολογιών—ηλεκτροχημικούς, μηχανικούς, θερμικούς, χημικούς φορείς ή οποιονδήποτε συνδυασμό που έχει τη δυνατότητα να καλύψει τους στόχους διάρκειας και κόστους που απαιτούνται για την ευελιξία του δικτύου.

κεφάλαια

Αρκετά γραφεία DOE διεξάγουν δραστηριότητες αποθήκευσης ενέργειας και το αίτημα προϋπολογισμού του Προέδρου για το οικονομικό έτος 2022 περιλαμβάνει συνολικά 1,16 δισεκατομμύρια δολάρια για αυτές τις δραστηριότητες, που παρακολουθούνται μέσω της εγκάρσιας ενότητας Energy Storage Grand Challenge. Εν αναμονή χρηματοδότησης επιχορήγησης, το DOE αναμένει ευκαιρίες χρηματοδότησης και άλλες δραστηριότητες που θα βοηθήσουν στην προώθηση της προόδου προς τους στόχους του LDSS, σύμφωνα με τον οδικό χάρτη της DOE Energy Storage Grand Challenges.

Επίτευξη του στόχου των καθαρών μηδενικών εκπομπών άνθρακα

Οι στόχοι μακροπρόθεσμης αποθήκευσης της γης (LDSS) είναι βασικοί για την επίτευξη καθαρών μηδενικών εκπομπών άνθρακα για το δίκτυο έως το 2035 και για την οικονομία συνολικά έως το 2050. Η αποθήκευση ενέργειας μπορεί να ενισχύσει τον τοπικό έλεγχο του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας και να δημιουργήσει ανθεκτικότητα για τις κοινότητες που έχουν εμπειρία συχνές διακοπές ρεύματος ή μπορεί να μην έχουν πρόσβαση στο δίκτυο. Η ανάπτυξη τεχνολογίας και κατασκευής για την επίτευξη των στόχων κόστους LDSS θα δημιουργήσει επίσης έναν νέο τομέα παραγωγής προϊόντων μνήμης στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Καθώς το κόστος των ηλιακών και αιολικών τεχνολογιών μειώνεται γρήγορα, ένα αυξανόμενο μερίδιο μεταβλητής ανανεώσιμης ενέργειας θα γίνει ο κανόνας στο μέλλον. Η χρήση ηλεκτρικών οχημάτων επιταχύνει τις προσπάθειες για την απαλλαγή από τον άνθρακα στον τομέα των μεταφορών.

Η ανάγκη προσαρμογής του μεταβλητού ενεργειακού εφοδιασμού ενώ ο τομέας ηλεκτρικής ενέργειας παρέχει αδιάλειπτη παραγωγή είναι ένας εφικτός στόχος. Οι προσπάθειες για ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως η ηλιακή, η αιολική και άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε τομείς τελικής χρήσης έχουν δείξει σημαντικές δυνατότητες και την κρίσιμη σημασία της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας για την επίτευξη βαθιάς απαλλαγής από τον άνθρακα.

Η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας που βασίζεται σε μπαταρίες και άλλες τεχνολογίες που βελτιώνονται γρήγορα θα επιτρέψει μεγαλύτερη ευελιξία του συστήματος, ένα βασικό πλεονέκτημα καθώς το μερίδιο της μεταβλητής ανανεώσιμης ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται. Η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να ενεργοποιήσει έναν τομέα μεταφορών που κυριαρχείται από EV, να ενεργοποιήσει αποτελεσματικά οικιακά ηλιακά συστήματα εκτός δικτύου και να υποστηρίξει 100% ανανεώσιμα μικροδίκτυα.

διεθνείς προβλέψεις

Στην έκθεση Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets, ο Διεθνής Οργανισμός Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (IRENA) αναλύει το τρέχον κόστος και την απόδοση μιας σειράς τεχνολογιών αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε σταθερές εφαρμογές, καθώς και τις δυνατότητές τους για μείωση κόστους και βελτίωση της απόδοσης μέσω 2030 έως το 2030."

Η έκθεση κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η συνολική ικανότητα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε να τριπλασιαστεί από άποψη ενέργειας έως το 2030. Με την ταχεία υιοθέτηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αυτό θα είναι αρκετό για να διπλασιάσει το μερίδιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο παγκόσμιο ενεργειακό μείγμα σε λιγότερο από 15 χρόνια. Η αποθήκευση ισχύος της μπαταρίας θα μπορούσε να 17-πλασιαστεί και το κόστος της τεχνολογίας αποθήκευσης μπαταρίας θα μπορούσε να μειωθεί έως και 66 τοις εκατό .

Αυτή η έρευνα δείχνει ότι τα συστήματα αποθήκευσης μπαταριών έχουν τεράστιες δυνατότητες ανάπτυξης και μείωσης κόστους. Το συνολικό εγκατεστημένο κόστος θα μπορούσε να μειωθεί κατά 50% έως 60% έως το 2030, με το κόστος της μπαταρίας να μειώνεται ακόμη περισσότερο. Όλα αυτά οδηγούνται από τη βελτιστοποίηση των εγκαταστάσεων παραγωγής, καθώς και από την καλύτερη σύνθεση και τη μειωμένη χρήση υλικών.

Τεχνολογία Συστήματος Αποθήκευσης Ενέργειας

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS) προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα τεχνολογικών προσεγγίσεων για τη διαχείριση της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας για τη δημιουργία μιας πιο ανθεκτικής ενεργειακής υποδομής και την εξοικονόμηση κόστους για τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας και τους καταναλωτές. Οι διάφορες προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται σήμερα σε όλο τον κόσμο συζητούνται παρακάτω.