Energian varastointijärjestelmän uudet trendit ESS-teknologia

Maailmankuulu teollisten ohjaustuotteiden valmistaja - yhdysvaltalainen C3CONTROLS analysoi nykypäivän energian varastointijärjestelmän ESS uusia teknologiatrendejä teknisessä valkoisessa kirjassaan, seuraavassa on ote.

Sähköä raakamuodossa ei voi varastoida missään mittakaavassa, mutta energiavarastojärjestelmän (ESS) avulla se voidaan muuntaa muiksi varastoituiksi energiamuodoiksi. Nämä energiamuodot voidaan tarvittaessa muuttaa takaisin sähköksi.

Energian varastointijärjestelmät tarjoavat laajan valikoiman teknisiä lähestymistapoja sähköntoimitusten hallintaan, jotta voidaan luoda kestävämpi energiainfrastruktuuri ja säästää kustannuksia sähkölaitoksilta ja kuluttajilta. Nykyiset tehonvarastointijärjestelmätekniikat sisältävät akut, vauhtipyörät, paineilman, pumpatun vesivaraston ja paljon muuta. Nykyään kaikissa näissä järjestelmissä on edelleen rajallinen energian kokonaismäärä, jota ne voivat varastoida, mutta tutkimus jatkaa näiden tekniikoiden nopeaa parantamista.

Yhdysvaltain sähköverkko on rakennettu herkälle tasapainolle sähkön tarjonnan ja kuluttajakysynnän välillä. Tehokas tapa tasapainottaa sähkön tarjonnan ja kysynnän vaihtelut on varastoida sähköä korkean tuotannon ja alhaisen kysynnän aikoina ja luovuttaa se takaisin verkkoon vähäisen tuotannon tai suuren kysynnän aikana.

Täällä keskustelemme siitä, kuinka sähkön varastointi voi tarjota meille kaikille luotettavuutta, taloudellisia ja ympäristöhyötyjä. Käyttöönoton laajuudesta riippuen sähkön varastointi voisi auttaa Yhdysvaltain verkkoa toimimaan tehokkaammin, vähentää sähkökatkojen todennäköisyyttä huippukysynnän aikana ja mahdollistaa uusiutuvien resurssien käytön. kuva

Sähkön varastoinnin kysyntä kasvaa

Sähkön keksimisen jälkeen monet tutkijat ja tiedemiehet ovat etsineet tehokkaita tapoja varastoida energiaa tilauskäyttöön. Viimeisten 100 vuoden aikana energian varastointiteollisuus on kasvanut ja innovoitunut vastaamaan muuttuviin sähköntarpeisiin ja teknologiseen kehitykseen.

Nykyään kuluttajat Yhdysvalloissa käyttävät sähköä 24 tuntia vuorokaudessa. Olimmepa hereillä tai unessa, sähköntarpeemme on jatkuvaa. Amerikkalaiset kuluttajat pitävät itsestäänselvyytenä, kuinka helppoa on saada energiaa, jota tarvitsemme laitteidemme, laitteidemme, työkalujemme, koneidemme, ajoneuvojemme ja kaiken, mitä käytämme päivällä ja yöllä, käyttämiseen.

Esimerkiksi sähköajoneuvojen nykyinen nopea yleistyminen on kuitenkin lisännyt verkkoon kohdistuvia paineita ja sen on täytettävä suurempi tehontarve. Lisäksi teknologinen kehitys ja kasvu uusiutuvan energian markkinoilla (esim. aurinko, tuuli jne.) on ollut tärkeä tekijä energian varastoinnin kysynnässä, kun otetaan huomioon merkittävä vaikutus verkkoon.

Energian varastointitekniikka

Sähköalan keskeinen piirre on, että tuotettavan sähkön määrä on kiinteä lyhyeksi ajaksi. Sen sijaan sähkön kysyntä vaihtelee pitkin päivää. Teknologioiden kehittäminen sähköenergian varastoimiseksi niin, että sitä on saatavilla silloin, kun sitä tarvitaan, on suuri muutos sähkön jakelutavassa.

Energian varastointijärjestelmä

Energian varastointijärjestelmät (ESS) on suunniteltu hallitsemaan sähkön tasoa, joka tarvitaan asiakkaiden sähkön tuottamiseen ruuhka-aikoina, jolloin kysyntä on suurin – auttamalla viime kädessä tasaamaan uusiutuvan energian käyttöä ja syöttämään sen jakeluverkkoon helpommin.

ESS auttaa myös tasapainottamaan mikroverkkoa vakaan tasapainon saavuttamiseksi tuotannon ja kuormituksen välillä. Energian varastointijärjestelmä voi tarjota taajuuden säätöä – on tärkeää pitää koko järjestelmän taajuus 60 Hz:ssä. Tämä ylläpitää tasapainoa verkon kuormituksen ja tuotetun tehon välillä. Lisäksi ESS:n käyttöönotto voi tarjota luotettavamman virtalähteen korkean teknologian teollisuuslaitoksille. Energian varastointi ja tehoelektroniikka lupaavat rohkaisevaa voimasektorin muutosta.

Korkeajännitetehoelektroniikka

Suurjännitetehoelektroniikka, kuten kytkimet, ohjaimet ja invertterit, ohjaa tehoa nopeasti ja tarkasti tukeakseen lähetystä pitkiä matkoja. Nämä suurjännitelaitteet mahdollistavat järjestelmän tehokkaamman toiminnan ja nopeamman reagoinnin häiriöihin. Toinen suuri haaste, johon puututaan, on energian varastointitekniikan ja tehoelektroniikan kustannusten alentaminen markkinoiden hyväksynnän nopeuttamiseksi.

DOE:n energian varastointiohjelma

Yhdysvaltain energiaministeriön sähkötoimiston (OE) perustama Energy Storage Program (ESP) tekee tutkimus- ja kehitystyötä eri energian varastointitekniikoille. Tämä laaja teknologiakanta sisältää akut (perinteiset ja edistyneet), sähkökemialliset kondensaattorit, vauhtipyörät, tehoelektroniikka, ohjausjärjestelmät ja ohjelmistotyökalut varastoinnin optimointiin ja mitoittamiseen. ESP tekee tiivistä yhteistyötä alan kumppaneiden kanssa – monet sen projekteista ovat kustannusjakoisia.

Energy Storage Program (ESP) tarjoaa laitoksille ja valtion energiaosastoille mahdollisuuden tehdä yhteistyötä suurten, jopa usean megawatin kokoisten uraauurtavien varastointilaitosten suunnittelussa, hankinnassa, asennuksessa ja käyttöönotossa. Se tukee myös analyyttisiä tutkimuksia varastointitekniikoiden teknisestä ja taloudellisesta suorituskyvystä sekä energian varastointijärjestelmän komponenttien ja käyttöjärjestelmien teknisiä arviointeja.

Tehostettu energian varastointi voi tarjota useita etuja energiateollisuudelle ja sen kotitalouksille sekä teollisille valmistusyrityksille ja kaupallisille yrityksille. Näitä etuja ovat muun muassa parempi sähkön laatu ja luotettava sähköntoimitus asiakkaille – sekä siirto- ja jakelujärjestelmien vakauden ja luotettavuuden lisääntyminen.

Energian varastointiohjelma (ESP) kannustaa laitoksia jälkiasentamaan olemassa olevia laitteita lykätäkseen tai poistaakseen kalliita päivityksiä, mikä parantaa saatavuutta ja lisää hajautetun sähkön markkina-arvoa. ESP:t tarjoavat laitoksille ja toimittajille arvokkaampaa uusiutuvan energian tuotantoa ja alhaisempia kustannuksia suuremman kapasiteetin ja siirtomaksujen lykkäyksen ansiosta.

ESP pyrkii myös lisäämään energian varastointitiheyttä tutkimalla kehittyneitä elektrolyyttejä virtausakkuihin, kehittämällä matalan lämpötilan natriumparistoja ja nanorakenteisia elektrodeja, joilla on parannettu sähkökemiallinen suorituskyky. Tehoelektroniikan alalla uusien korkeajännitteisten, suuritehoisten, korkeataajuisten ja laajakaistaisten materiaalien, kuten piikarbidin ja galliumnitridin, tutkimus etenee. Lisäksi parhaillaan tutkitaan kehittyneitä tehonmuunnosjärjestelmiä, joissa käytetään kehittynyttä magneetteja, suurjännitekondensaattoreita, pakkausta ja edistyneitä ohjaimia tehon tiheyden ja suorituskyvyn lisäämiseksi merkittävästi.

Energiaplaneetta

Energy Earthshots Initiative on toinen Yhdysvaltain energiaministeriön aloite, jonka tarkoituksena on nopeuttaa läpimurtoja runsaampien, edullisempien ja luotettavampien puhtaan energian ratkaisujen kehittämiseen kymmenen vuoden sisällä. Energy Earthshots Initiative -aloitteen saavuttaminen auttaa Yhdysvaltoja selviytymään ilmastokriisin ratkaisemisesta, kasvattamaan puhdasta energiataloutta ja siirtymään nopeammin nollapäästöihin vuoteen 2050 mennessä.

DOE – Pitkän aikavälin energian varastointikuvia

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) on asettanut tavoitteeksi alentaa yli 10 tuntia kestävien järjestelmien verkkotason energian varastoinnin kustannuksia 90 prosentilla kymmenen vuoden sisällä. Energian varastointi voi nopeuttaa verkon täydellistä hiilidioksidipäästöjen poistamista.

Lyhyemmän keston varastointia asennetaan parhaillaan tukemaan uusiutuvan energian nykytasoa. Koska verkkoon käytetään yhä enemmän uusiutuvaa energiaa, tarvitaan pidempiä varastointitekniikoita. Halvempi ja tehokkaampi varastointi mahdollistaa uusiutuvan puhtaan energian talteenoton ja varastoinnin käytettäväksi silloin, kun energiantuotantoa ei ole saatavilla tai se jää alle kysynnän.

Esimerkiksi uusiutuvaa energiaa, kuten päivällä tuotettua aurinkosähköä, voidaan käyttää yöllä kysynnän kasvaessa tai vähäisen kysynnän aikoina tuotettua ydinenergiaa voidaan käyttää kysynnän kasvaessa. LDSS harkitsee kaikentyyppisiä teknologioita – sähkökemiallisia, mekaanisia, lämpö-, kemiallisia kantoaineita tai mitä tahansa yhdistelmää, jolla on potentiaalia täyttää verkon joustavuuden edellyttämät kesto- ja kustannustavoitteet.

varoja

Useat DOE:n toimistot harjoittavat energian varastointitoimintoja, ja presidentin vuoden 2022 budjettipyyntö sisältää yhteensä 1,16 miljardia dollaria näihin toimintoihin, joita seurataan Energy Storage Grand Challenge -poikkileikkauksen kautta. Odottaessa apurahoitusta DOE ennakoi rahoitusmahdollisuuksia ja muita toimia edistääkseen edistymistä kohti LDSS-tavoitteita DOE:n Energy Storage Grand Challenges -suunnitelman mukaisesti.

Nollahiilipäästöjen tavoitteen saavuttaminen

Long-Term Earth Storage (LDSS) -tavoitteet ovat avainasemassa, jotta verkon hiilidioksidipäästöt olisivat nollaa vuoteen 2035 mennessä ja koko taloutta vuoteen 2050 mennessä. Energian varastointi voi parantaa sähköjärjestelmän paikallista valvontaa ja luoda joustavuutta kokeville yhteisöille. toistuvia sähkökatkoja tai ei ehkä ole pääsyä verkkoon. Teknologian ja valmistuksen kehittäminen LDSS-kustannustavoitteiden saavuttamiseksi luo myös uuden muistituotteiden valmistussektorin Yhdysvaltoihin.

Aurinko- ja tuuliteknologian kustannusten aleneessa nopeasti muuttuvan uusiutuvan energian osuudesta tulee normi tulevaisuudessa. Sähköajoneuvojen käyttö vauhdittaa ponnisteluja liikenteen hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi.

Tarve mukauttaa muuttuva energiansyöttö samalla kun voimasektori tarjoaa keskeytymätöntä tuotantoa on saavutettavissa oleva tavoite. Ponnistelut uusiutuvien energialähteiden, kuten aurinko-, tuuli- ja muiden uusiutuvien energialähteiden integroimiseksi loppukäyttöaloille, ovat osoittaneet merkittävää potentiaalia, ja sähkön varastoinnin kriittinen merkitys syvän hiilidioksidin vähentämisessä.

Nopeasti kehittyviin akkuihin ja muihin teknologioihin perustuva sähkön varastointi mahdollistaa järjestelmän suuremman joustavuuden, mikä on keskeinen voimavara muuttuvan uusiutuvan energian osuuden kasvaessa edelleen. Sähkön varastointi voi mahdollistaa sähköajoneuvojen hallitseman kuljetusalan, mahdollistaa tehokkaat 24-tunnin off-grid kotitalousjärjestelmät ja tukea 100-prosenttisesti uusiutuvia mikroverkkoja.

kansainvälinen ennuste

Raportissa Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets Kansainvälinen uusiutuvan energian järjestö (IRENA) analysoi useiden kiinteissä sovelluksissa käytettävien sähkönvarastointitekniikoiden tämänhetkisiä kustannuksia ja suorituskykyä sekä niiden mahdollisuuksia vähentää kustannuksia ja parantaa suorituskykyä. 2030 vuoteen 2030."

Raportissa todettiin, että sähkön kokonaisvarastointikapasiteetti voi kolminkertaistua energiamäärässä mitattuna vuoteen 2030 mennessä. Uusiutuvien energialähteiden nopean käyttöönoton myötä tämän pitäisi riittää kaksinkertaistamaan uusiutuvien energialähteiden osuus maailmanlaajuisesta energiavalikoimasta alle 15 vuodessa. Akun virran varastointi voi kasvaa 17-kertaiseksi, ja akun tallennustekniikan hinta voi laskea jopa 66 prosenttia.

Tämä tutkimus osoittaa, että akkujen tallennusjärjestelmillä on valtavat mahdollisuudet käyttöönoton ja kustannusten alentamiseksi. Asennettujen kokonaiskustannusten määrä voi laskea 50 prosentista 60 prosenttiin vuoteen 2030 mennessä, ja akkukustannukset laskevat vieläkin enemmän. Tämä kaikki johtuu tuotantolaitosten optimoinnista sekä paremmasta koostumuksesta ja materiaalin käytön vähenemisestä.

Energian varastointijärjestelmätekniikka

Energian varastointijärjestelmät (ESS) tarjoavat laajan valikoiman teknisiä lähestymistapoja sähköntoimitusten hallintaan, jotta voidaan luoda kestävämpi energiainfrastruktuuri ja säästää kustannuksia laitoksilta ja kuluttajilta. Erilaisia ​​lähestymistapoja, joita tällä hetkellä käytetään ympäri maailmaa, käsitellään alla.