Ce sunt sistemele de stocare a energiei electrice?

Sistemele de stocare a energiei electrice (EESS) sunt tehnologii concepute pentru captarea și stocarea energiei electrice în vederea utilizării ulterioare, jucând un rol crucial în echilibrarea cererii și ofertei de energie, în special în contextul surselor de energie regenerabilă precum energia solară și eoliană.

Credit pentru EIA.ORG

Ce sunt EESS?

Sistemele de stocare a energiei electrice (EESS) sunt tehnologii inovatoare care permit stocarea energiei electrice generate din diverse surse, inclusiv din surse regenerabile de energie, pentru a fi utilizată la o dată ulterioară. Aceste sisteme joacă un rol esențial în abordarea provocărilor legate de generarea intermitentă de energie și de cererea fluctuantă. Prin conversia energiei electrice în alte forme de energie stocabilă și apoi înapoi în energie electrică atunci când este necesar, EESS contribuie la stabilizarea rețelei electrice și la creșterea fiabilității aprovizionării cu energie. Această capacitate este deosebit de importantă pentru integrarea surselor de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară și eoliană, a căror producție este în mod inerent variabilă, în infrastructura energetică generală.

Funcțiile-cheie ale SETS

• Reducerea vârfurilor de consum și nivelarea sarcinii: EESS stochează excesul de energie în perioadele cu cerere scăzută și îl descarcă în perioadele de vârf, netezind curbele de sarcină electrică și îmbunătățind eficiența rețelei.
• Stabilitatea rețelei: Aceste sisteme asigură reglarea rapidă a frecvenței și susținerea tensiunii, menținând calitatea energiei electrice și fiabilitatea rețelei.
• Integrarea energiei regenerabile: EESS atenuează intermitența surselor regenerabile prin stocarea surplusului de energie pentru a fi utilizat atunci când producția este scăzută, facilitând o penetrare mai mare a energiei curate.
• Reziliență și rezervă: În timpul întreruperilor sau situațiilor de urgență, EESS oferă energie de rezervă critică, sporind reziliența generală a rețelei.
• Reducerea costurilor: Prin facilitarea arbitrajului energetic și reducerea dependenței de centralele de vârf costisitoare, EESS contribuie la scăderea costurilor energetice globale pentru consumatori și utilități.

Tipuri de sisteme de stocare a energiei

Sistemele de stocare a energiei cuprind o varietate de tehnologii, fiecare cu caracteristici și aplicații unice:

• Sisteme de stocare a energiei în baterii (BESS): Utilizând în principal baterii litiu-ion, aceste sisteme domină piața datorită densității energetice ridicate și costurilor în scădere. Alte tipuri de baterii includ bateriile în stare solidă și bateriile cu flux.

• Depozitare mecanică: Această categorie include acumularea hidroelectrică prin pompare, care utilizează excesul de energie electrică pentru a pompa apa la înălțimi mai mari, și acumularea de energie prin aer comprimat (CAES), în care aerul este comprimat în caverne subterane.

Proiectul de stocare mecanică al Southwest Research Institute

• Stocarea energiei termice: Aceste sisteme stochează energia sub formă de căldură, cum ar fi sarea topită, sau de frig, cum ar fi gheața, pentru a fi utilizată ulterior în aplicații de încălzire sau răcire.

• Stocarea energiei pe volan: Această tehnologie stochează energia cinetică într-o masă rotativă, potrivită pentru aplicații de scurtă durată care necesită eliberarea rapidă a energiei.

Proiect de stocare a energiei Flywheel în Shenzhen China

Compararea sistemelor de stocare

Sistemele de stocare a energiei în baterii (BESS) oferă avantaje distincte față de alte sisteme de stocare a energiei, în special în ceea ce privește densitatea energetică și versatilitatea. BESS, în special cele care utilizează tehnologia litiu-ion, oferă o densitate energetică mai mare comparativ cu alternative precum supercondensatoarele, permițând soluții de stocare mai compacte și mai eficiente. Spre deosebire de sistemele mecanice, cum ar fi hidrocentralele cu pompă sau sistemele de stocare a aerului comprimat, BESS pot fi ușor scalate și implementate în diverse medii, de la aplicații rezidențiale la aplicații la scară largă.

Cu toate acestea, BESS se confruntă cu provocări în ceea ce privește durata de viață a ciclului și stocarea pe termen lung în comparație cu unele alternative. De exemplu, bateriile cu flux oferă durate de viață mai lungi și capacitatea de descărcare profundă fără deteriorare, ceea ce le face potrivite pentru servicii de durată mai lungă. Supercapacitoarele, deși au o densitate energetică mai mică, excelează în ceea ce privește capacitățile de încărcare și descărcare rapidă, ceea ce le face ideale pentru aplicații de mare putere și de scurtă durată. Alegerea între BESS și alte sisteme de stocare depinde în cele din urmă de cerințele specifice ale aplicației, inclusiv capacitatea energetică, puterea de ieșire, timpul de răspuns și considerentele legate de costuri.

Explorați mai multe despre BESS

Media de stocare a energiei

Mijloacele de stocare a energiei electrice cuprind o varietate de tehnologii concepute pentru a stoca energia electrică pentru utilizare ulterioară. Cele mai comune tipuri includ:

• Baterii electrochimice: Acestea includ baterii litiu-ion, plumb-acid și flux. Bateriile litiu-ion domină piața datorită densității energetice ridicate și costurilor în scădere.
• Condensatoare și supercapacitoare: Aceste dispozitive stochează energia într-un câmp electric și sunt potrivite pentru aplicații de încărcare și descărcare rapidă.
• Stocarea energiei magnetice supraconductoare (SMES): Această tehnologie stochează energia într-un câmp magnetic creat de fluxul de curent continuu într-o bobină supraconductoare.
• Stocarea termică: Sistemele precum depozitarea sării topite sau a gheții transformă energia electrică în energie termică pentru utilizare ulterioară.

Aplicații ale EESS

Sistemele de stocare a energiei electrice își găsesc aplicații diverse în diferite sectoare. În rețeaua electrică, acestea joacă un rol crucial în stabilizarea cererii și ofertei, în special atunci când se integrează surse intermitente de energie regenerabilă. EESS permit decalarea în timp a consumului de energie, permițând utilizatorilor să stocheze electricitate în orele de vârf pentru a o utiliza în perioadele de vârf ale cererii. Aceste sisteme sunt, de asemenea, componente vitale ale microrețelelor, furnizând energie de rezervă în timpul întreruperilor și sporind reziliența generală a rețelei. În sectorul transporturilor, tehnologiile EESS, în special sistemele de baterii, sunt fundamentale pentru funcționarea vehiculelor electrice. În plus, EESS sprijină aplicațiile industriale și comerciale, contribuind la gestionarea vârfurilor de sarcină și la reducerea costurilor energetice.

Beneficiile EESS

Implementarea sistemelor de stocare a energiei electrice oferă numeroase avantaje pentru gestionarea energiei și durabilitate. Aceste sisteme contribuie la stabilitatea rețelei prin echilibrarea cererii și ofertei, reducând necesitatea unor centrale electrice costisitoare la vârf. EESS facilitează o mai mare integrare a surselor regenerabile de energie, contribuind la atenuarea problemelor de intermitență asociate cu energia solară și eoliană. Permițând utilizatorilor să stocheze energie în perioadele cu costuri reduse și să o utilizeze în perioadele cu cerere ridicată, EESS pot duce la economii semnificative. În plus, aceste sisteme sporesc fiabilitatea alimentării cu energie electrică prin furnizarea de rezerve în timpul întreruperilor și contribuie la durabilitatea mediului prin optimizarea utilizării resurselor regenerabile și reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră.

EESS în sprijinul microrețelelor

Sistemele de stocare a energiei (ESS) joacă un rol crucial în îmbunătățirea performanței și fiabilității microrețelelor. Acestea oferă servicii esențiale, cum ar fi îmbunătățirea calității energiei, reglarea frecvenței și susținerea tensiunii, care stabilizează rețeaua în timpul întreruperilor și previn întreruperile în cascadă. De asemenea, ESS permite microrețelelor să integreze eficient sursele de energie regenerabilă prin stocarea energiei în exces atunci când producția este ridicată și descărcarea acesteia atunci când este necesar, depășind astfel problemele legate de intermitență.

În aplicațiile microrețelelor, ESS oferă mai multe beneficii esențiale:

• Îmbunătățirea rezilienței: ESS acționează ca un tampon, furnizând energie de rezervă în timpul întreruperilor și permițând capacitățile de izolare.
• Gestionarea îmbunătățită a energiei: Aceasta permite reducerea vârfurilor de consum, nivelarea sarcinii și arbitrajul energetic, optimizând costurile energiei.
• Integrarea sporită a energiei regenerabile: ESS facilitează o penetrare mai mare a surselor regenerabile variabile precum energia solară și eoliană.
• Stabilitatea rețelei: Acesta oferă un răspuns rapid pentru reglarea frecvenței și susținerea tensiunii, menținând calitatea energiei electrice.
• Flexibilitate operațională: ESS permite microrețelelor să funcționeze independent sau împreună cu rețeaua principală, îmbunătățind fiabilitatea generală a sistemului.

Provocări în extinderea EESS pentru utilizare la nivel mondial

Extinderea la scară largă a sistemelor de stocare a energiei electrice (EESS) pentru utilizare la nivel mondial se confruntă cu mai multe provocări semnificative:

• Costuri de implementare ridicate: În ciuda scăderii prețurilor bateriilor, investiția inițială pentru EESS la scară largă rămâne substanțială. Acest lucru reprezintă o provocare în special pentru țările în curs de dezvoltare și pentru utilitățile mai mici.
• Limitări tehnice: Tehnologiile actuale de stocare au constrângeri de capacitate, ceea ce le împiedică scalabilitatea. Integrarea sistemelor de stocare la scară largă în rețelele electrice existente prezintă, de asemenea, obstacole tehnice.
• Lipsa materialelor: Producția de baterii pentru stocarea energiei se bazează pe minerale de pământuri rare, ceea ce ridică probleme privind disponibilitatea resurselor și impactul asupra mediului.
• Bariere de reglementare: Politicile și structurile de piață inconsecvente din diferite regiuni complică implementarea SESS, creând incertitudine pentru investitori și dezvoltatori.

Depășirea acestor provocări necesită inovare tehnologică continuă, politici de susținere și investiții sporite în cercetare și dezvoltare pentru a face EESS mai accesibile și mai eficiente la scară globală.

Costuri de implementare EESS

Costul implementării sistemelor de stocare a energiei electrice (EESS) variază semnificativ în funcție de tehnologie, scară și aplicație. Pentru sistemele de stocare pe baterii la scară de rețea, costurile totale instalate în 2021 au variat de la $356/kWh la $449/kWh pentru sistemele de 100 MW, 10 ore, în funcție de chimia bateriei. Proiecțiile pentru 2030 arată o reducere potențială a costurilor, bateriile litiu-fier-fosfat (LFP) urmând să ajungă la $291/kWh pentru un sistem de 100 MW, 4 ore.

Factorii cheie care influențează costurile de implementare a SETS includ:

• Costuri hardware (baterii, invertoare, componente ale sistemului)
• Cheltuieli de instalare și punere în funcțiune
• Costuri curente de exploatare și întreținere
• Cheltuieli de sfârșit de viață, estimate la 5-10% din costul inițial al sistemului.

Pe măsură ce tehnologia avansează și producția crește, costurile EESS ar trebui să scadă și mai mult, putând ajunge în intervalul $200-$500/MWh pentru costurile totale nivelate ale stocării. Cu toate acestea, aceste costuri rămân mai mari decât costurile nivelate tipice ale producerii de energie electrică din surse regenerabile, subliniind provocarea continuă de a face stocarea energiei competitivă din punct de vedere economic pe scară largă.