טכנולוגיות אחסון אנרגיההן טכנולוגיות האוגרות אנרגיה באמצעות מכשירים או מדיה פיזית לניצול מאוחר יותר בעת הצורך.&שים לב;טכנולוגיית אחסון אנרגיה&שים לב;ניתן לסווג לפי מדיום האחסון, ניתן לחלק לאגירת אנרגיה מכנית, אגירת אנרגיה חשמלית, אגירת אנרגיה אלקטרוכימית, אגירת אנרגיה תרמית ואגירת אנרגיה כימית.
מאמר זה מתמקד בשלוש מהטכנולוגיות העיקריות לאגירת אנרגיה חשמלית. הם כן&שים לב;משאבת אחסון אנרגיה,&שים לב;אחסון אנרגיית אוויר דחוס&שים לב;ו&שים לב;אחסון אנרגיה אלקטרוכימית.
1. אחסון שאוב
זוהי כיום הטכנולוגיה הנפוצה ביותר לאחסון חשמל בקנה מידה גדול.
(1) עיקרון בסיסי
משאבות וטורבינות מוקמות בין שני מאגרים בגבהים שונים. בזמנים של עומסי הספק נמוכים משתמשים במשאבות מונעות חשמלית לשאיבת מים מהמאגר התחתון למאגר הגבוה יותר. בעומסי שיא משתחררים מים מהמאגרים הגבוהים להפקת חשמל דרך יחידות הטורבינות-גנרטור.
(2) מאפיינים
הוא שייך לאגירת אנרגיה מרכזית בקנה מידה גדול, והטכנולוגיה בוגרת למדי, שיכולה לשמש לניהול אנרגיה ושיאו של רשת החשמל.
היעילות היא בדרך כלל כ 65% ~ 75%, ויכולה להגיע עד 80% ~ 85%.
תגובת עומס מהירה (שינוי עומס של 10% לוקח 10 שניות), מעצירה מלאה ליצירת עומס מלא תוך כ-5 דקות, מעצירה מלאה לשאיבת עומס מלא תוך כדקה אחת.
בעל יכולת רגולציה יומיומית, מתאים לשיתוף פעולה עם תחנות כוח גרעיניות, ייצור כוח רוח בקנה מידה גדול, ייצור חשמל סולארי פוטו-וולטאי בקנה מידה גדול במיוחד.
(3) חסרונות
צריך בריכות עליונות ותחתונות.
בחירת אתר הצמח תלויה בתנאים גיאוגרפיים, שיש להם קשיים ומגבלות מסוימים.
יש מרחק מסוים ממרכז העומס, נדרשת שידור למרחקים ארוכים.
(4) בקשה
נכון להיום, הממוצע העולמי לחלקן של יחידות אחסון שאובות בהיקף המותקן הכולל של מדינה הוא כ-3%.&שים לב;
2. אחסון אנרגיה באוויר דחוס
אוויר דחוס מאוחסן בגלילים או במיכלי אחסון תת-קרקעיים כדי לאחסן את האנרגיה הפוטנציאלית של אוויר דחוס. כאשר יש צורך בחשמל, האוויר הדחוס משתחרר כדי להניע את הטורבינה לייצור חשמל.
(1) עיקרון בסיסי
אגירת אנרגיה באוויר דחוס תוך שימוש באוויר כמוביל אנרגיה.&שים לב;אגירת אנרגיית אוויר דחוס בקנה מידה גדול באמצעות עודפי חשמל יהיה אוויר דחוס ויאוחסן במבנה תת קרקעי (כגון מערות תת קרקעיות). בעת הצורך, האוויר הדחוס מעורבב עם גז טבעי ונשרף ומורחב להנעת טורבינת גז.
כיום ישנן צורות שונות של מערכות אחסון אנרגיה באוויר דחוס. אשר ניתן לסווג לפי מדיום העבודה, מדיום האחסון ומקור החום:&שים לב;מערכות קונבנציונליות לאגירת אנרגיה באוויר דחוס&שים לב;(שדורשים שריפת דלק מאובנים),&שים לב;מערכות אחסון אנרגיה באוויר דחוס עם התקני אחסון חום, ו&שים לב;מערכות אחסון אנרגיית דחיסת גז נוזלי.
(2) יתרונות
יש לו פונקציית הסטת שיא והוא מתאים לשימוש בחוות רוח בקנה מידה גדול. מכיוון שהעבודה המכנית שנוצרת על ידי אנרגיית הרוח יכולה להניע ישירות את המדחס להסתובב, להפחית את המרת הביניים לחשמל, ובכך לשפר את היעילות.
(3) חסרונות
מצריך מערה גדולה לאחסון אוויר דחוס, קשור קשר הדוק לתנאים גיאוגרפיים ומתאים למספר מצומצם מאוד של מקומות.
דורש טורבינת גז וכמות מסוימת של גז כדלק, ומתאים לניהול אנרגיה, פילוס עומס וגילוח שיא.
בעבר פותחה טכנולוגיה לאגירת אנרגיה באוויר דחוס שאינו אדיאבטי. החום המשתחרר כאשר האוויר נדחס אינו מאוחסן והוא מתפזר באמצעות קירור. במקום זאת, יש לחמם את האוויר הדחוס לפני הכניסה לטורבינה. לכן היעילות של התהליך כולו נמוכה, בדרך כלל מתחת ל-50%.
(4) המשמעות של תחנת כוח לאגירת אנרגיה באוויר דחוס:
אוויר היא הבחירה הטובה ביותר עבור "מולטימדיה אנרגטית". זוהי מגמה עולמית לפיתוח נמרץ של אנרגיית שמש, רוח, גלים ואנרגיה גרעינית, אך היצע וביקוש הם לרוב אסינכרוניים ובלתי מאוזנים. ה"מולטימדיה האנרגיה" היחידה המסוגלת להמיר, לאחסן ולגשת לכל צורות האנרגיה היא "אוויר". וזה "המועמד הטוב ביותר" ל"תפקיד" הזה.
הטבות כלכליות וחברתיות עצומות המחושבות על בסיס שליש מכושר ייצור החשמל, יכולות לחסוך ארבע או חמש מאות מיליון טון פחם בשנה. זה שווה ערך לתפוקה השנתית של עשרות מכרות פחם בינוניים וגדולים. ושנה אחר שנה, היתרונות הכלכליים והחברתיים הם עצומים, חוסכים משאבים רבים ומקדמים פיתוח כלכלי וחברתי בר קיימא.
3.אחסון אלקטרוכימי
אחסון אלקטרוכימי כולל בעיקר מגוון סוללות משניות, סוללות עופרת, סוללות ליתיום-יון, סוללות נתרן גופרית וסוללות זרם נוזלי. יישום של סוללות שונות (בעיקר סוללות ליתיום-יון) עקרון אחסון כימי לאגירת אנרגיה חשמלית. בעת הטעינה האנרגיה החשמלית מומרת לאנרגיה כימית של הסוללה, ובעת הפריקה האנרגיה הכימית מומרת לתפוקת אנרגיה חשמלית.
בהם נעשה שימוש נרחב יותר בסוללות עופרת וסוללות ליתיום.
3.1סוללות עופרת חומצה
(1) עיקרון בסיסי
סוללת עופרת חומצה היא אחת הסוללות הנפוצות ביותר בעולם. סוללות עופרת בתוך האנודה (PbO2) והקתודה (Pb) הטבולות באלקטרוליט (חומצה גופרתית מדוללת), בין שני הקטבים יפיקו פוטנציאל של 2V.
(2) יתרונות
הטכנולוגיה מאוד בוגרת, מבנה פשוט, עלות נמוכה, תחזוקה קלה; חיי רכיבה על אופניים יכולים להיות עד פי 1000 בערך.
חיי מחזור עד כ-1000 פעמים; -יעילות של עד 80% עד 90%.
יעילות של עד 80% עד 90%, חסכונית.
(3) חסרונות
ירידה בקיבולת שמישה בפריקת הספק עמוקה, מהירה וגבוהה; -צפיפות אנרגיה נמוכה יותר, זמן חיים נמוך יותר.
צפיפות אנרגיה נמוכה יותר, חיים קצרים יותר.
מתכת עופרת משפיעה יותר על הסביבה
(4) בקשה
סוללות עופרת משמשות לעתים קרובות ככוח מקרי או גיבוי למערכות חשמל, ובעבר, רוב מערכות ייצור החשמל הפוטו-וולטאיות העצמאיות היו מצוידות בסוללות כאלה. נכון להיום ישנה מגמה להחלפה הדרגתית בסוללות אחרות (כגון סוללות ליתיום-יון).
3.2סוללת ליתיום-יון
(1) עיקרון בסיסי
סוללת ליתיום-יון היא למעשה סוללת ריכוז ליתיום-יון, אלקטרודות חיוביות ושליליות מורכבות משתי תרכובות שונות של ליתיום-יון.
בעת הטעינה, לי + מה-&שים לב;אלקטרודה חיובית&שים לב;מוטבע דרך האלקטרוליט המוטבע ב&שים לב;אלקטרודה שלילית, האלקטרודה השלילית נמצאת במצב עשיר בליתיום, האלקטרודה החיובית במצב דל ליתיום.
הפריקה היא הפוכה, לי+ מהאלקטרודה השלילית מפורקת, דרך האלקטרוליט המוטבע באלקטרודה החיובית, האלקטרודה החיובית במצב עשיר בליתיום, האלקטרודה השלילית במצב דל ליתיום.
(2) יתרונות
יעילות סוללת ליתיום-יון יכולה להגיע ליותר מ-95%.
זמן פריקה יכול להיות עד מספר שעות.
רכיבה על אופניים עד 5000 פעמים או יותר, תגובה מהירה.
סוללות ליתיום-יון הן סוללות מעשיות עם האנרגיה הספציפית הגבוהה ביותר בסוללות. ויש מגוון של חומרים שניתן להשתמש בהם עבור האנודה והקתודה שלו. לדוגמה: סוללות ליתיום קובלטאט ליתיום יון, סוללות ליתיום מנגנט ליתיום יון, סוללות ליתיום ברזל פוספט ליתיום יון וכן הלאה.
(3) חסרונות
המחיר של סוללות ליתיום-יון עדיין גבוה.
לפעמים טעינת יתר עלולה להוביל לחום, בעירה ובעיות בטיחות אחרות.
(4) בקשה
בגלל היישום של סוללות ליתיום-יון במכשירים ניידים וניידים כגון מכוניות חשמליות, מחשבים, טלפונים סלולריים וכו'. היא הפכה כיום כמעט לסוללה הנפוצה ביותר בעולם.
צפיפות האנרגיה הגבוהה וצפיפות ההספק של סוללות ליתיום-יון היא הסיבה העיקרית לכך שהיא הצליחה לזכות ביישום רחב ותשומת לב. הטכנולוגיה שלה מתפתחת במהירות, ובשנים האחרונות, ייצור המוני ויישומים מרובי אירועי הובילו לירידת מחיר חדה ובכך השימוש הגובר בו במערכות חשמל.
טכנולוגיית סוללת ליתיום-יון נמצאת עדיין בפיתוח מתמשך, והמחקר הנוכחי מתמקד בשיפור חיי השירות והבטיחות שלה, הפחתת עלויות ופיתוח חומרי אלקטרודה חיוביים ושליליים חדשים.
בנוסף, ישנם אגירת אנרגיה של גלגל תנופה, אגירת אנרגיה של קבלים על, אגירת אנרגיה מוליכים ו&שים לב;טכנולוגיות אחרות, אבל קנה המידה הנוכחי של היישום קטן. השלושה לעיל הם טכנולוגיית אחסון החשמל הנוכחית בקנה מידה גדול. עם התפתחות הטכנולוגיה, מגוון שיטות אחסון אנרגיה ימשיכו להשתפר ויישומו.