Elektrienergia salvestussüsteemid (EESS) on tehnoloogiad, mis on mõeldud elektrienergia kogumiseks ja salvestamiseks hilisemaks kasutamiseks, mängides olulist rolli elektrienergia pakkumise ja nõudluse tasakaalustamisel, eriti taastuvate energiaallikate, näiteks päikese- ja tuuleenergia puhul.
Krediit EIA.ORG
Mis on EESS?
Elektrienergia salvestussüsteemid (EESS) on uuenduslikud tehnoloogiad, mis võimaldavad salvestada erinevatest allikatest, sealhulgas taastuvenergiast, toodetud elektrienergiat hilisemaks kasutamiseks. Need süsteemid mängivad olulist rolli katkendlikust elektritootmisest ja kõikuvast nõudlusest tulenevate probleemide lahendamisel. Muutes elektrienergia muudeks salvestatavateks energialiikideks ja seejärel vajaduse korral tagasi elektrienergiaks, aitavad EESS stabiliseerida elektrivõrku ja suurendada elektrivarustuse usaldusväärsust. See võime on eriti oluline selliste taastuvate energiaallikate nagu päikese- ja tuuleenergia, mille toodang on oma olemuselt muutlik, integreerimisel laiemasse energiainfrastruktuuri.
EESSi põhifunktsioonid
- Tippkoormuse säästmine ja koormuse tasandamine: EESS salvestab vähese nõudlusega perioodidel liigset energiat ja tühjendab seda tipptundidel, siludes energiakoormuse kõveraid ja parandades võrgu tõhusust.
- Võrgu stabiilsus: Need süsteemid tagavad kiire sageduse reguleerimise ja pinge toetamise, säilitades elektrienergia kvaliteedi ja võrgu töökindluse.
- Taastuvenergia integreerimine: EESS leevendab taastuvate energiaallikate katkendlikkust, salvestades üleliigset energiat, mida saab kasutada siis, kui tootmine on vähene, hõlbustades puhta energia suuremat levikut.
- Vastupidavus ja varundamine: Katkestuste või hädaolukordade ajal pakub EESS kriitilist varuvõimsust, suurendades võrgu üldist vastupidavust.
- Kulude vähendamine: Võimaldades energiaarbitraaži ja vähendades sõltuvust kallitest tipujaamadest, aitab EESS vähendada tarbijate ja kommunaalteenuste üldisi energiakulusid.
Energiasalvestussüsteemide tüübid
Energiasalvestussüsteemid hõlmavad mitmesuguseid tehnoloogiaid, millel kõigil on ainulaadsed omadused ja rakendused:
- Aku energiasalvestussüsteemid (BESS): Need süsteemid, mis kasutavad peamiselt liitium-ioonakusid, domineerivad turul tänu oma suurele energiatihedusele ja vähenevatele kuludele. Muude akutüüpide hulka kuuluvad tahke- ja vooluakud.
- Mehhaaniline ladustamine: Sellesse kategooriasse kuuluvad pumbatavad hüdroelektrijaamad, mis kasutavad üleliigset elektrit vee pumpamiseks kõrgemale, ja suruõhu energiasalvestus (CAES), kus õhk surutakse kokku maa-alustes koobastes.
Edela uurimisinstituudi mehaanilise ladustamise projekt
- Soojusenergia salvestamine: Need süsteemid salvestavad energiat soojuse, näiteks sulasoola, või külma, näiteks jää, kujul, et seda hiljem kütte- või jahutusrakendustes kasutada.
- Nõgaratta energiasalvestus: See tehnoloogia salvestab kineetilist energiat pöörlevasse massi, mis sobib lühiajalisteks rakendusteks, mis nõuavad kiiret energia vabanemist.
Flywheel energia salvestamise projekt Shenzhenis Hiinas
Salvestussüsteemi võrdlus
Aku energiasalvestussüsteemid (BESS) pakuvad teiste energiasalvestussüsteemide ees selgeid eeliseid, eelkõige energiatiheduse ja mitmekülgsuse poolest. BESS, eriti need, mis kasutavad liitiumioontehnoloogiat, pakuvad suuremat energiatihedust võrreldes alternatiivsete lahendustega, näiteks superkondensaatoritega, võimaldades kompaktsemaid ja tõhusamaid salvestuslahendusi. Erinevalt mehaanilistest süsteemidest, nagu näiteks hüdroelektrijaamade või suruõhu salvestamine, saab BESS-süsteeme hõlpsasti skaleerida ja kasutada erinevates keskkondades, alates elamutest kuni kommunaalteenuste rakendusteni.
Siiski on BESSi puhul võrreldes mõnede alternatiividega probleeme seoses tsükli kestuse ja pikaajalise ladustamisega. Näiteks vooluakud pakuvad pikemat kasutusiga ja suudavad ilma kahjustusteta sügavuti tühjeneda, mistõttu sobivad nad pikemaajaliste teenuste osutamiseks. Superkondensaatorid on küll väiksema energiatihedusega, kuid paistavad silma kiirlaadimis- ja tühjendamisvõimega, mistõttu on nad ideaalsed suure võimsusega ja lühiajaliste rakenduste jaoks. Valik BESSi ja muude salvestussüsteemide vahel sõltub lõppkokkuvõttes konkreetsetest rakendusnõuetest, sealhulgas energiamahutavusest, võimsusest, reageerimisaegadest ja kulukaalutlustest.
Uurige lähemalt BESSi kohta
Energia salvestamise meedia
Elektrienergia salvestusvahendid hõlmavad mitmesuguseid tehnoloogiaid, mis on mõeldud elektrienergia salvestamiseks hilisemaks kasutamiseks. Kõige levinumad tüübid on järgmised:
- Elektrokeemilised patareid: Nende hulka kuuluvad liitiumioon-, plii- ja vooluakud. Liitiumioonakud domineerivad turul tänu oma suurele energiatihedusele ja vähenevatele kuludele.
- Kondensaatorid ja superkondensaatorid: Need seadmed salvestavad energiat elektriväljas ja sobivad kiirlaadimis- ja tühjendusrakendusteks.
- ülijuhtiv magnetiline energiasalvestus (SMES): See tehnoloogia salvestab energiat magnetväljas, mis on loodud alalisvoolu voolu abil ülijuhtivas mähises.
- Soojuse säilitamine: Sellised süsteemid nagu sulasoola või jää salvestamine muudavad elektrienergia soojusenergiaks hilisemaks kasutamiseks.
EESSi rakendused
Elektrilised energiasalvestussüsteemid leiavad mitmesuguseid rakendusi erinevates sektorites. Elektrivõrgus mängivad nad olulist rolli pakkumise ja nõudluse stabiliseerimisel, eriti kui integreeritakse katkendlikke taastuvaid energiaallikaid. EESS võimaldavad energiatarbimise ajalist nihutamist, võimaldades kasutajatel salvestada elektrienergiat tipptundide ajal, et seda saaks kasutada nõudluse tipptundidel. Need süsteemid on ka mikrovõrkude olulised komponendid, mis pakuvad varuvõimsust elektrikatkestuste ajal ja suurendavad võrgu üldist vastupidavust. Transpordisektoris on EESS-tehnoloogiad, eelkõige akusüsteemid, elektrisõidukite käitamise jaoks hädavajalikud. Lisaks toetavad EESS tööstus- ja ärirakendusi, aidates hallata tippkoormust ja vähendada energiakulusid.
EESSi eelised
Elektriliste energiasalvestussüsteemide rakendamine pakub energiahalduse ja jätkusuutlikkuse jaoks mitmeid eeliseid. Need süsteemid aitavad kaasa võrgu stabiilsusele, tasakaalustades pakkumist ja nõudlust, vähendades vajadust kulukate tippkoormuselektrijaamade järele. EESS hõlbustab taastuvate energiaallikate suuremat integreerimist, aidates leevendada päikese- ja tuuleenergiaga seotud katkestusi. Võimaldades kasutajatel salvestada energiat odavatel perioodidel ja kasutada seda suure nõudluse ajal, võib EESS kaasa tuua märkimisväärse kulude kokkuhoiu. Lisaks suurendavad need süsteemid elektrienergia usaldusväärsust, pakkudes varukoopiaid elektrikatkestuste ajal, ning aitavad kaasa keskkonnasäästlikkusele, optimeerides taastuvate ressursside kasutamist ja vähendades kasvuhoonegaaside heitkoguseid.
EESS mikrovõrkude toetamisel
Energiasalvestussüsteemid mängivad olulist rolli mikrovõrkude jõudluse ja töökindluse suurendamisel. Nad pakuvad olulisi teenuseid, nagu elektrienergia kvaliteedi parandamine, sageduse reguleerimine ja pinge toetamine, mis stabiliseerivad võrku häirete ajal ja hoiavad ära katkestuste kuhjumise. ESS võimaldab mikrovõrkudel tõhusalt integreerida ka taastuvaid energiaallikaid, salvestades liigset energiat, kui tootmine on suur, ja tühjendades seda, kui seda vajatakse, ületades seeläbi katkestusi.
Mikrovõrkude puhul pakub ESS mitmeid olulisi eeliseid:
- Parem vastupidavus: ESS toimib puhvrina, tagades elektrikatkestuste ajal varutoite ja võimaldades saarestumisvõimalusi.
- Täiustatud energiajuhtimine: See võimaldab tippkoormuse säästmist, koormuse tasandamist ja energiaarbitraaži, optimeerides energiakulusid.
- Taastuvate energiaallikate suurem integreerimine: ESS hõlbustab muutuvate taastuvate energiaallikate, nagu päikese- ja tuuleenergia, suuremat kasutuselevõttu.
- Võrgu stabiilsus: See pakub kiiret reageerimist sageduse reguleerimiseks ja pinge toetamiseks, säilitades elektrienergia kvaliteeti.
- Operatiivne paindlikkus: ESS võimaldab mikrovõrkudel töötada iseseisvalt või koos põhivõrguga, parandades süsteemi üldist töökindlust.
Väljakutsed EESSi ülemaailmsel kasutamisel
Elektrienergia salvestussüsteemide (EESS) ülemaailmse kasutamise suurendamine seisab silmitsi mitmete oluliste väljakutsetega:
- Kõrged rakenduskulud: Hoolimata akude hinna langusest on EESSi alginvesteeringud endiselt suured. See on eriti keeruline arengumaade ja väiksemate kommunaalettevõtete jaoks.
- Tehnilised piirangud: Praegustel salvestustehnoloogiatel on mahupiirangud, mis takistavad nende skaleeritavust. Suuremahuliste salvestussüsteemide integreerimine olemasolevatesse elektrivõrkudesse kujutab endast samuti tehnilisi takistusi.
- Materjali nappus: Energiasalvestuseks kasutatavate patareide tootmine sõltub haruldaste muldmetallide mineraalidest, mis tekitab muret ressursside kättesaadavuse ja keskkonnamõju pärast.
- Regulatiivsed tõkked: EESSi kasutuselevõttu raskendab ebaühtlane poliitika ja turustruktuurid eri piirkondades, mis tekitab investorite ja arendajate jaoks ebakindlust.
Nende probleemide lahendamine nõuab jätkuvat tehnoloogilist innovatsiooni, toetavat poliitikat ning suuremaid investeeringuid teadus- ja arendustegevusse, et muuta EESS ülemaailmselt kättesaadavamaks ja tõhusamaks.
EESSi kasutuselevõtu kulud
Elektriliste energiasalvestussüsteemide (EESS) kasutuselevõtu kulud varieeruvad märkimisväärselt sõltuvalt tehnoloogiast, mastaabist ja rakendusest. Võrgumõõtmeliste akusalvestussüsteemide puhul ulatusid 2021. aastal paigaldatud kogukulud 100 MW, 10-tunniste süsteemide puhul $356/kWh kuni $449/kWh, sõltuvalt aku keemilisest koostisest. Prognoosid 2030. aastaks näitavad võimalikku kulude vähenemist, kusjuures liitium-raudfosfaatakud (LFP) peaksid 100 MW, 4-tunnise süsteemi puhul jõudma $291/kWh-ni.
EESSi kasutuselevõtukulusid mõjutavad peamised tegurid on järgmised:
- Riistvara kulud (akud, inverterid, süsteemi komponentide tasakaal)
- Paigaldamise ja kasutuselevõtu kulud
- Jooksvad tegevus- ja hoolduskulud
- Kasutusaja lõpu kulud, mis moodustavad hinnanguliselt 5-10% süsteemi esialgsest maksumusest.
Kuna tehnoloogia areneb ja tootmine suureneb, vähenevad EESSi kulud eeldatavasti veelgi, jõudes tõenäoliselt $200-$500/MWh tasemele, mis on salvestamise üldkulud. Need kulud jäävad siiski kõrgemaks kui taastuvatest energiaallikatest toodetud elektrienergia tüüpilised tasandatud kulud, mis näitab, et energiasalvestuse muutmine majanduslikult konkurentsivõimeliseks suures mahus on jätkuvalt keeruline.
