Systémy pro ukládání elektrické energie (EESS) jsou technologie určené k zachycení a ukládání elektrické energie pro pozdější použití a hrají klíčovou roli při vyrovnávání nabídky a poptávky po energii, zejména v kontextu obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energie.
Zásluhy na EIA.ORG
Co jsou EESS?
Systémy pro ukládání elektrické energie (EESS) jsou inovativní technologie, které umožňují ukládání elektřiny vyrobené z různých zdrojů, včetně obnovitelných zdrojů, pro pozdější použití. Tyto systémy hrají zásadní roli při řešení problémů s přerušovanou výrobou energie a kolísavou poptávkou. Přeměnou elektrické energie na jiné formy skladovatelné energie a poté zpět na elektřinu v případě potřeby pomáhají EESS stabilizovat elektrickou síť a zvyšovat spolehlivost dodávek energie. Tato schopnost je obzvláště důležitá pro integraci obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energie, jejichž výkon je ze své podstaty proměnlivý, do širší energetické infrastruktury.
Klíčové funkce EESS
- Vyrovnávání špičkových hodnot a vyrovnávání zatížení: EESS ukládají přebytečnou energii během období nízké poptávky a vypouštějí ji během špičky, čímž vyhlazují křivky zatížení a zlepšují účinnost sítě.
- Stabilita sítě: Tyto systémy poskytují rychlou regulaci frekvence a podporu napětí, čímž udržují kvalitu energie a spolehlivost sítě.
- Integrace obnovitelných zdrojů: EESS zmírňují přerušovanost obnovitelných zdrojů tím, že ukládají přebytečnou energii pro použití v době, kdy je výroba nízká, což usnadňuje vyšší pronikání čisté energie.
- Odolnost a zálohování: Během výpadků nebo nouzových situací nabízejí EESS kritický záložní zdroj energie, čímž zvyšují celkovou odolnost sítě.
- Snížení nákladů: Umožněním energetické arbitráže a snížením závislosti na drahých špičkových elektrárnách pomáhají EESS snižovat celkové náklady na energii pro spotřebitele a dodavatele energií.
Typy systémů pro ukládání energie
Systémy pro skladování energie zahrnují řadu technologií, z nichž každá má jedinečné vlastnosti a aplikace:
- Systémy pro ukládání energie v bateriích (BESS): Tyto systémy, které využívají primárně lithium-iontové baterie, dominují trhu díky své vysoké energetické hustotě a klesajícím nákladům. Mezi další typy baterií patří polovodičové a průtokové baterie.
- Mechanické skladování: Do této kategorie patří přečerpávací vodní elektrárny, které využívají přebytečnou elektřinu k čerpání vody do vyšších nadmořských výšek, a skladování energie stlačeným vzduchem (CAES), kde je vzduch stlačován v podzemních jeskyních.
Projekt mechanického skladování Jihozápadního výzkumného ústavu
- Skladování tepelné energie: Tyto systémy ukládají energii ve formě tepla, například roztavené soli, nebo chladu, například ledu, pro pozdější použití při vytápění nebo chlazení.
- Ukládání energie setrvačníku: Tato technologie ukládá kinetickou energii do rotující hmoty, což je vhodné pro krátkodobé aplikace vyžadující rychlé uvolnění energie.
Projekt skladování energie setrvačníkem v čínském Shenzhenu
Porovnání úložných systémů
Systémy pro ukládání energie v bateriích (BESS) nabízejí oproti jiným systémům pro ukládání energie zřetelné výhody, zejména pokud jde o hustotu energie a všestrannost. BESS, zejména ty, které využívají lithium-iontovou technologii, poskytují vyšší hustotu energie ve srovnání s alternativami, jako jsou superkondenzátory, což umožňuje kompaktnější a efektivnější řešení pro ukládání energie. Na rozdíl od mechanických systémů, jako jsou přečerpávací vodní elektrárny nebo systémy pro ukládání stlačeného vzduchu, lze BESS snadno škálovat a nasadit v různých prostředích, od rezidenčních až po užitkové aplikace.
Systémy BESS však ve srovnání s některými alternativami čelí výzvám, pokud jde o životnost a dlouhodobé skladování. Například průtokové baterie nabízejí delší životnost a schopnost hlubokého vybíjení bez poškození, což je činí vhodnými pro dlouhodobější provoz. Superkondenzátory, i když mají nižší hustotu energie, vynikají schopností rychlého nabíjení a vybíjení, což je činí ideálními pro krátkodobé aplikace s vysokým výkonem. Volba mezi systémem BESS a jinými systémy skladování v konečném důsledku závisí na specifických požadavcích aplikace, včetně energetické kapacity, výstupního výkonu, doby odezvy a nákladů.
Zjistěte více o BESS
Média pro ukládání energie
Média pro ukládání elektrické energie zahrnují řadu technologií určených k ukládání elektrické energie pro pozdější použití. Mezi nejběžnější typy patří:
- Elektrochemické baterie: Patří mezi ně lithium-iontové, olověné a průtokové baterie. Lithium-iontové baterie dominují trhu díky své vysoké energetické hustotě a klesajícím nákladům.
- Kondenzátory a superkondenzátory: Tato zařízení ukládají energii v elektrickém poli a jsou vhodná pro aplikace s rychlým nabíjením a vybíjením.
- Supravodivé magnetické úložiště energie (SMES): Tato technologie ukládá energii v magnetickém poli vytvořeném tokem stejnosměrného proudu v supravodivé cívce.
- Tepelná akumulace: Systémy jako skladování roztavené soli nebo ledu přeměňují elektrickou energii na tepelnou energii pro pozdější použití.
Aplikace EESS
Systémy pro ukládání elektrické energie nacházejí rozmanité uplatnění v různých odvětvích. V energetické síti hrají klíčovou roli při stabilizaci nabídky a poptávky, zejména při integraci přerušovaných obnovitelných zdrojů energie. EESS umožňují časový posun spotřeby energie, což uživatelům umožňuje ukládat elektřinu mimo špičku pro použití ve špičkách. Tyto systémy jsou také důležitými součástmi mikrosítí, poskytují záložní napájení během výpadků a zvyšují celkovou odolnost sítě. V dopravním sektoru jsou technologie EESS, zejména bateriové systémy, základem provozu elektrických vozidel. EESS navíc podporují průmyslové a komerční aplikace tím, že pomáhají zvládat špičkové zatížení a snižovat náklady na energii.
Výhody EESS
Zavedení systémů pro ukládání elektrické energie nabízí řadu výhod pro hospodaření s energií a udržitelnost. Tyto systémy přispívají ke stabilitě sítě vyvažováním nabídky a poptávky, čímž snižují potřebu nákladných elektráren ve špičce. Systémy EESS usnadňují větší integraci obnovitelných zdrojů energie a pomáhají zmírňovat problémy s přerušovaným provozem solární a větrné energie. Tím, že uživatelům umožňují ukládat energii během období nízkých nákladů a využívat ji během období vysoké poptávky, mohou EESS vést k významným úsporám nákladů. Tyto systémy navíc zvyšují spolehlivost napájení tím, že poskytují zálohu během výpadků, a přispívají k environmentální udržitelnosti optimalizací využívání obnovitelných zdrojů a snižováním emisí skleníkových plynů.
EESS v podpoře mikrosítí
Systémy pro ukládání energie (ESS) hrají klíčovou roli ve zvyšování výkonu a spolehlivosti mikrosítí. Poskytují základní služby, jako je zlepšení kvality energie, regulace frekvence a podpora napětí, které stabilizují síť během výpadků a zabraňují kaskádování výpadků. ESS také umožňuje mikrosítím efektivně integrovat obnovitelné zdroje energie tím, že ukládají přebytečnou energii při vysoké produkci a vybíjejí ji v případě potřeby, čímž překonávají problémy s přerušovaným provozem.
V aplikacích mikrosítí nabízí ESS několik klíčových výhod:
- Zlepšená odolnost: ESS funguje jako vyrovnávací paměť, která poskytuje záložní napájení během výpadků a umožňuje provoz v ostrovním režimu.
- Vylepšené hospodaření s energií: Umožňuje eliminaci špiček, vyrovnávání zátěže a energetickou arbitráž, čímž optimalizuje náklady na energii.
- Zvýšená integrace obnovitelných zdrojů: ESS usnadňuje vyšší penetraci variabilních obnovitelných zdrojů, jako je solární a větrná energie.
- Stabilita sítě: Poskytuje rychlou odezvu pro regulaci frekvence a podporu napětí, čímž udržuje kvalitu energie.
- Provozní flexibilita: ESS umožňuje mikrosítím provozovat nezávisle nebo ve spojení s hlavní sítí, což zlepšuje celkovou spolehlivost systému.
Výzvy v rozšiřování EESS pro globální použití
Rozšíření systémů pro ukládání elektrické energie (EESS) pro globální použití čelí několika významným výzvám:
- Vysoké implementační náklady: Navzdory klesajícím cenám baterií zůstávají počáteční investice do rozsáhlých EESS značné. To je obzvláště náročné pro rozvojové země a menší energetické společnosti.
- Technická omezení: Současné technologie úložiště mají kapacitní omezení, což brání jejich škálovatelnosti. Integrace rozsáhlých úložných systémů se stávajícími energetickými sítěmi také představuje technické překážky.
- Nedostatek materiálů: Výroba baterií pro skladování energie závisí na minerálech vzácných zemin, což vyvolává obavy ohledně dostupnosti zdrojů a dopadu na životní prostředí.
- Regulační překážky: Nekonzistentní politiky a tržní struktury napříč regiony komplikují zavádění EESS a vytvářejí nejistotu pro investory a developery.
Překonání těchto výzev vyžaduje pokračující technologické inovace, podpůrné politiky a zvýšené investice do výzkumu a vývoje, aby se EESS staly dostupnějšími a efektivnějšími v globálním měřítku.
Náklady na nasazení EESS
Náklady na nasazení systémů pro ukládání elektrické energie (EESS) se výrazně liší v závislosti na technologii, rozsahu a aplikaci. U systémů pro ukládání baterií v rozvodné síti se celkové instalační náklady v roce 2021 pohybovaly od 1 TP4T356/kWh do 1 TP4T449/kWh pro systémy o výkonu 100 MW s 10hodinovým provozem, v závislosti na chemickém složení baterie. Projekce do roku 2030 ukazují potenciální snížení nákladů, přičemž se očekává, že lithium-železitophosfátové (LFP) baterie dosáhnou ceny 1 TP4T291/kWh pro systém o výkonu 100 MW s 4hodinovým provozem.
Mezi klíčové faktory ovlivňující náklady na zavádění EESS patří:
- Náklady na hardware (baterie, střídače, vyvážení systémových komponent)
- Náklady na instalaci a uvedení do provozu
- Průběžné náklady na provoz a údržbu
- Náklady na konci životnosti, odhadované na 5-10% počátečních nákladů systému.
S technologickým pokrokem a zvyšováním výroby se očekává další pokles nákladů na EESS, které by mohly dosáhnout rozmezí $200–$500/MWh pro celkové normalizované náklady na skladování. Tyto náklady však zůstávají vyšší než typické normalizované náklady na výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů, což zdůrazňuje přetrvávající výzvu, jak zajistit ekonomickou konkurenceschopnost skladování energie ve velkém měřítku.
