Elektros energijos kaupimo sistemos (EESS) – tai technologijos, skirtos elektros energijai rinkti ir kaupti vėlesniam naudojimui, atliekančios labai svarbų vaidmenį subalansuojant energijos tiekimą ir paklausą, ypač atsinaujinančiųjų energijos šaltinių, tokių kaip saulės ir vėjo energija, kontekste.
Kreditas EIA.ORG
Kas yra EESS?
Elektros energijos kaupimo sistemos (EESS) – tai novatoriškos technologijos, leidžiančios kaupti iš įvairių šaltinių, įskaitant atsinaujinančiąją energiją, pagamintą elektros energiją, kad ją būtų galima panaudoti vėliau. Šios sistemos atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį sprendžiant pertraukiamo elektros energijos gamybos ir svyruojančios paklausos iššūkius. Konvertuodamos elektros energiją į kitas kaupiamos energijos formas, o prireikus – atgal į elektrą, EESS padeda stabilizuoti elektros tinklą ir padidinti elektros energijos tiekimo patikimumą. Ši galimybė yra ypač svarbi integruojant atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip saulės ir vėjo energija, kurių našumas iš esmės yra kintamas, į platesnę energetikos infrastruktūrą.
Pagrindinės EESS funkcijos
- Didžiausias skutimas ir apkrovos išlyginimas: EESS kaupia perteklinę energiją mažos paklausos laikotarpiais ir išleidžia ją piko metu, išlygindamos galios apkrovos kreives ir pagerindamos tinklo efektyvumą.
- Tinklelio stabilumas: Šios sistemos užtikrina greitą dažnio reguliavimą ir įtampos palaikymą, išlaikydamos elektros energijos kokybę ir tinklo patikimumą.
- Atsinaujinančiųjų išteklių integravimas: EESS mažina atsinaujinančiųjų išteklių nepastovumą, kaupdama perteklinę energiją, kuri bus naudojama, kai gamyba maža, ir taip sudarydama sąlygas didesnei švarios energijos skverbčiai.
- Atsparumas ir atsarginė kopija: Nutrūkus tiekimui ar esant avarinėms situacijoms, EESS teikia itin svarbią atsarginę energijos tiekimo sistemą, padidindama bendrą tinklo atsparumą.
- Sąnaudų mažinimas: Suteikdamos galimybę energijos arbitražui ir sumažindamos priklausomybę nuo brangių piko metu veikiančių elektrinių, EESS padeda sumažinti bendras energijos sąnaudas vartotojams ir komunalinėms paslaugoms.
Energijos kaupimo sistemų tipai
Energijos kaupimo sistemos apima įvairias technologijas, kurių kiekviena turi unikalių savybių ir pritaikymo būdų:
- Baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS): Šios sistemos, daugiausia naudojančios ličio jonų baterijas, dominuoja rinkoje dėl didelio energijos tankio ir mažėjančių sąnaudų. Kiti baterijų tipai yra kietojo kūno ir srauto baterijos.
- Mechaninis saugojimas: Šiai kategorijai priklauso hidroakumuliacinės sistemos, kuriose vanduo į aukštesnius aukščius pumpuojamas naudojant perteklinę elektros energiją, ir suslėgto oro energijos kaupimo sistemos, kuriose oras suspaudžiamas požeminiuose urvuose.
Pietvakarių tyrimų instituto mechaninio saugojimo projektas
- Šiluminės energijos kaupimas: Šios sistemos kaupia energiją šilumos, pavyzdžiui, išlydytos druskos, arba šalčio, pavyzdžiui, ledo, pavidalu, kad vėliau galėtų ją panaudoti šildymo ar vėsinimo reikmėms.
- Smagračio energijos kaupimas: Ši technologija kaupia kinetinę energiją besisukančioje masėje, tinkama trumpalaikėms reikmėms, kurioms reikalingas greitas energijos išlaisvinimas.
Smagračio energijos kaupimo projektas Šendžene, Kinijoje
Saugojimo sistemų palyginimas
Baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS) pasižymi aiškiais pranašumais, palyginti su kitomis energijos kaupimo sistemomis, ypač energijos tankio ir universalumo požiūriu. BESS, ypač tos, kuriose naudojama ličio jonų technologija, pasižymi didesniu energijos tankiu, palyginti su alternatyvomis, tokiomis kaip superkondensatoriai, todėl kaupimo sprendimai yra kompaktiškesni ir efektyvesni. Skirtingai nuo mechaninių sistemų, tokių kaip hidroakumuliacinės ar suslėgto oro kaupimo sistemos, BESS galima lengvai pritaikyti ir naudoti įvairiose aplinkose – nuo gyvenamųjų namų iki komunalinių paslaugų.
Tačiau BESS susiduria su iššūkiais, susijusiais su ciklo trukme ir ilgalaikiu saugojimu, palyginti su kai kuriomis alternatyvomis. Pavyzdžiui, srauto baterijos pasižymi ilgesniu tarnavimo laiku ir gebėjimu visiškai išsikrauti be pažeidimų, todėl jos tinka ilgesnės trukmės paslaugoms. Superkondensatoriai, nors ir pasižymi mažesniu energijos tankiu, pasižymi greito įkrovimo ir iškrovimo galimybėmis, todėl jie idealiai tinka didelės galios, trumpalaikėms reikmėms. Pasirinkimas tarp BESS ir kitų kaupimo sistemų galiausiai priklauso nuo konkrečių taikymo reikalavimų, įskaitant energijos talpą, galią, atsako laiką ir sąnaudas.
Sužinokite daugiau apie BESS
Energijos kaupimo laikmenos
Elektros energijos kaupimo laikmenos apima įvairias technologijas, skirtas elektros energijai kaupti vėlesniam naudojimui. Dažniausiai pasitaikantys tipai:
- Elektrocheminės baterijos: Tai ličio jonų, švino rūgšties ir srauto akumuliatoriai. Ličio jonų akumuliatoriai dominuoja rinkoje dėl didelio energijos tankio ir mažėjančių kainų.
- Kondensatoriai ir superkondensatoriai: Šie prietaisai kaupia energiją elektriniame lauke ir tinka greitam įkrovimui ir iškrovimui.
- Superlaidus magnetinis energijos kaupimas (SMES): Ši technologija kaupia energiją magnetiniame lauke, kurį sukuria nuolatinės srovės tekėjimas superlaidžioje ritėje.
- Terminis kaupimas: Tokios sistemos kaip išlydytos druskos ar ledo kaupimas elektros energiją paverčia šilumine energija, kurią galima panaudoti vėliau.
EESS taikymas
Elektros energijos kaupimo sistemos (EESS) yra plačiai naudojamos įvairiuose sektoriuose. Elektros tinkle jos atlieka labai svarbų vaidmenį stabilizuojant pasiūlą ir paklausą, ypač integruojant periodiškai veikiančius atsinaujinančius energijos šaltinius. EESS leidžia reguliuoti energijos suvartojimą laiku, todėl vartotojai gali kaupti elektros energiją ne piko valandomis, kad ją būtų galima panaudoti piko metu. Šios sistemos taip pat yra gyvybiškai svarbūs mikroelektrinių tinklų komponentai, užtikrinantys atsarginę energiją sutrikimų metu ir didinantys bendrą tinklo atsparumą. Transporto sektoriuje EESS technologijos, ypač akumuliatorių sistemos, yra labai svarbios elektromobilių veikimui. Be to, EESS palaiko pramonines ir komercines sritis, padėdamos valdyti didžiausias apkrovas ir sumažinti energijos sąnaudas.
EESS privalumai
Elektros energijos kaupimo sistemų (EESS) diegimas suteikia daug privalumų energijos valdymui ir tvarumui. Šios sistemos prisideda prie tinklo stabilumo, subalansuodamos tiekimą ir paklausą, sumažindamos brangių piko elektrinių poreikį. EESS palengvina didesnę atsinaujinančių energijos šaltinių integraciją, padėdamos sušvelninti su saulės ir vėjo energija susijusias pertrūkių problemas. Suteikdamos vartotojams galimybę kaupti energiją mažos kainos laikotarpiais ir naudoti ją didelės paklausos metu, EESS gali padėti sutaupyti daug lėšų. Be to, šios sistemos padidina energijos tiekimo patikimumą, užtikrindamos atsarginę kopiją sutrikimų atveju, ir prisideda prie aplinkos tvarumo, optimizuodamos atsinaujinančių išteklių naudojimą ir mažindamos šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.
EESS mikrotinklų palaikyme
Energijos kaupimo sistemos (ESS) atlieka labai svarbų vaidmenį gerinant mikrotinklų našumą ir patikimumą. Jos teikia esmines paslaugas, tokias kaip elektros energijos kokybės gerinimas, dažnio reguliavimas ir įtampos palaikymas, kurios stabilizuoja tinklą sutrikimų metu ir apsaugo nuo kaskadinio nutrūkimo. ESS taip pat leidžia mikrotinklams efektyviai integruoti atsinaujinančius energijos šaltinius, kaupiant perteklinę energiją, kai gamyba yra didelė, ir iškraunant ją, kai reikia, taip sprendžiant pertrūkių problemas.
Mikrotinklų taikymuose ESS siūlo keletą pagrindinių privalumų:
- Pagerintas atsparumas: ESS veikia kaip buferis, užtikrinantis atsarginį energijos tiekimą sutrikimų metu ir įgalinantis izoliuoto veikimo galimybes.
- Patobulintas energijos valdymas: Tai leidžia sumažinti apkrovos piką, išlyginti apkrovą ir pasinaudoti energijos arbitražu, optimizuojant energijos sąnaudas.
- Didesnė atsinaujinančiosios energijos integracija: ESS sudaro sąlygas didesnei kintamųjų atsinaujinančiųjų išteklių, tokių kaip saulės ir vėjo energija, skverbčiai.
- Tinklelio stabilumas: Jis užtikrina greitą dažnio reguliavimo ir įtampos palaikymo reagavimą, išlaikant energijos kokybę.
- Veikimo lankstumas: ESS leidžia mikro tinklams veikti nepriklausomai arba kartu su pagrindiniu tinklu, taip pagerinant bendrą sistemos patikimumą.
EESS mastelio keitimo iššūkiai pasauliniam naudojimui
Elektros energijos kaupimo sistemų (EESS) plėtra pasauliniam naudojimui susiduria su keliais reikšmingais iššūkiais:
- Didelės įgyvendinimo išlaidos: Nepaisant mažėjančių baterijų kainų, pradinės investicijos į didelio masto EESS išlieka didelės. Tai ypač sudėtinga besivystančioms šalims ir mažesnėms komunalinių paslaugų įmonėms.
- Techniniai apribojimai: Dabartinės kaupimo technologijos turi pajėgumų apribojimų, kurie trukdo jas pritaikyti prie įvairių sričių. Didelio masto kaupimo sistemų integravimas į esamus elektros tinklus taip pat kelia techninių kliūčių.
- Medžiagų trūkumas: Energijos kaupimo baterijų gamyba priklauso nuo retųjų žemių mineralų, todėl kyla susirūpinimas dėl išteklių prieinamumo ir poveikio aplinkai.
- Reguliavimo kliūtys: Nenuosekli politika ir rinkos struktūros skirtinguose regionuose apsunkina EESS diegimą ir sukuria netikrumą investuotojams ir vystytojams.
Norint įveikti šiuos iššūkius, reikia nuolatinių technologinių inovacijų, palaikomosios politikos ir didesnių investicijų į mokslinius tyrimus ir plėtrą, kad EESS taptų prieinamesnė ir efektyvesnė pasauliniu mastu.
EESS diegimo išlaidos
Elektros energijos kaupimo sistemų (EESS) diegimo kaina labai skiriasi priklausomai nuo technologijos, masto ir taikymo. Tinklo masto akumuliatorinių kaupimo sistemų bendros įrengimo išlaidos 2021 m. svyravo nuo $356/kWh iki $449/kWh 100 MW, 10 valandų sistemoms, priklausomai nuo akumuliatoriaus cheminės sudėties. Prognozės 2030 m. rodo galimą išlaidų sumažėjimą, o ličio geležies fosfato (LFP) akumuliatorių kaina 100 MW, 4 valandų sistemoje turėtų pasiekti $291/kWh.
Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką EESS diegimo kainoms, yra šie:
- Aparatinės įrangos išlaidos (akumuliatoriai, keitikliai, likę sistemos komponentai)
- Įrengimo ir paleidimo išlaidos
- Nuolatinės eksploatavimo ir priežiūros išlaidos
- Išlaidos, susijusios su eksploatavimo pabaiga, sudaro 5–101 TP3T pradinės sistemos kainos.
Tobulėjant technologijoms ir didinant gamybos mastą, tikimasi, kad EESS sąnaudos toliau mažės ir gali pasiekti $200–$500/MWh diapazoną, kalbant apie bendras išlygintas kaupimo sąnaudas. Tačiau šios sąnaudos išlieka didesnės nei įprastos išlygintos elektros energijos gamybos iš atsinaujinančių šaltinių sąnaudos, o tai pabrėžia nuolatinį iššūkį, kaip užtikrinti ekonomiškai konkurencingą energijos kaupimą dideliu mastu.
