Системы хранения электрической энергии (СХЭЭ) - это технологии, предназначенные для сбора и хранения электрической энергии для последующего использования, играющие решающую роль в балансировке спроса и предложения электроэнергии, особенно в контексте возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер.
Кредит на EIA.ORG
Что такое EESS?
Системы хранения электроэнергии (СХЭЭ) - это инновационные технологии, позволяющие накапливать электроэнергию, полученную из различных источников, включая возобновляемые источники энергии, для последующего использования. Эти системы играют важную роль в решении проблем, связанных с периодической выработкой электроэнергии и колебаниями спроса. Преобразуя электрическую энергию в другие виды энергии, а затем обратно в электричество, когда это необходимо, ЭСС помогают стабилизировать электрическую сеть и повысить надежность энергоснабжения. Эта способность особенно важна для интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, которые по своей природе переменчивы, в широкую энергетическую инфраструктуру.
Основные функции ЕСЭН
- Экономия пиковой нагрузки и выравнивание нагрузки: ЭСС накапливают избыточную энергию в периоды низкого спроса и разряжают ее в пиковые моменты, сглаживая кривые нагрузки и повышая эффективность энергосистемы.
- Стабильность сети: Эти системы обеспечивают быстрое регулирование частоты и поддержку напряжения, поддерживая качество электроэнергии и надежность сети.
- Интеграция возобновляемых источников энергии: ПЭАС смягчают непостоянство возобновляемых источников, накапливая избыточную энергию для использования при низком уровне выработки, способствуя более широкому внедрению экологически чистой энергии.
- Устойчивость и резервное копирование: Во время перебоев в работе или аварийных ситуаций ЭСС обеспечивают критически важное резервное питание, повышая общую устойчивость энергосистемы.
- Снижение затрат: Обеспечивая возможность энергетического арбитража и снижая зависимость от дорогостоящих пиковых станций, ЕСЭ способствуют снижению общих затрат на электроэнергию для потребителей и коммунальных служб.
Типы систем хранения энергии
Системы хранения энергии включают в себя множество технологий, каждая из которых обладает уникальными характеристиками и областью применения:
- Системы хранения энергии в аккумуляторах (BESS): Эти системы, использующие в основном литий-ионные батареи, доминируют на рынке благодаря высокой плотности энергии и снижению стоимости. Другие типы батарей включают твердотельные и проточные батареи.
- Механическое хранение: В эту категорию входят насосные гидроаккумуляторы, использующие избыток электроэнергии для перекачки воды на большую высоту, и накопители энергии на сжатом воздухе (CAES), где воздух сжимается в подземных кавернах.
Проект механического хранилища Юго-Западного исследовательского института
- Хранение тепловой энергии: Эти системы аккумулируют энергию в виде тепла, например, расплавленной соли, или холода, например, льда, для последующего использования в системах отопления или охлаждения.
- Накопители энергии на маховиках: Эта технология аккумулирует кинетическую энергию во вращающейся массе, что подходит для кратковременных применений, требующих быстрого высвобождения энергии.
Проект хранения энергии на маховиках в китайском Шэньчжэне
Сравнение систем хранения данных
Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) имеют явные преимущества перед другими системами хранения энергии, особенно в плане плотности энергии и универсальности. BESS, особенно использующие литий-ионную технологию, обеспечивают более высокую плотность энергии по сравнению с такими альтернативами, как суперконденсаторы, что позволяет создавать более компактные и эффективные решения для хранения энергии. В отличие от механических систем, таких как гидроаккумуляторы или накопители сжатого воздуха, BESS можно легко масштабировать и использовать в различных условиях, от жилых до коммунальных.
Однако по сравнению с некоторыми альтернативами BESS сталкиваются с проблемами в плане срока службы и долгосрочного хранения. Например, проточные батареи обладают более длительным сроком службы и способностью к глубокому разряду без повреждений, что делает их подходящими для более длительных услуг. Суперконденсаторы, несмотря на более низкую плотность энергии, отличаются высокой скоростью заряда и разряда, что делает их идеальными для мощных и кратковременных приложений. Выбор между BESS и другими системами хранения данных в конечном итоге зависит от конкретных требований приложения, включая энергоемкость, выходную мощность, время отклика и стоимость.
Узнайте больше о BESS
Средства хранения энергии
Накопители электрической энергии включают в себя множество технологий, предназначенных для хранения электрической энергии для последующего использования. К наиболее распространенным типам относятся:
- Электрохимические батареи: К ним относятся литий-ионные, свинцово-кислотные и проточные батареи. Литий-ионные батареи доминируют на рынке благодаря высокой плотности энергии и снижению стоимости.
- Конденсаторы и суперконденсаторы: Эти устройства накапливают энергию в электрическом поле и подходят для быстрой зарядки и разрядки.
- Сверхпроводящие магнитные накопители энергии (SMES): Эта технология аккумулирует энергию в магнитном поле, создаваемом при протекании постоянного тока в сверхпроводящей катушке.
- Тепловое хранение: Такие системы, как хранилища расплавленной соли или льда, преобразуют электрическую энергию в тепловую для последующего использования.
Применение ЕСЭН
Системы хранения электрической энергии находят широкое применение в различных отраслях. В энергосистеме они играют важнейшую роль в стабилизации спроса и предложения, особенно при интеграции нестабильных возобновляемых источников энергии. ЭЭСС позволяют распределять потребление энергии по времени, позволяя пользователям накапливать электроэнергию в непиковые часы для использования в периоды пикового спроса. Эти системы также являются жизненно важными компонентами микросетей, обеспечивая резервное питание во время перебоев и повышая общую устойчивость сети. В транспортном секторе технологии ЭСС, в частности аккумуляторные системы, являются основой для работы электромобилей. Кроме того, ЭСС поддерживают промышленные и коммерческие приложения, помогая управлять пиковыми нагрузками и снижать затраты на электроэнергию.
Преимущества EESS
Внедрение систем хранения электрической энергии дает множество преимуществ для управления энергопотреблением и устойчивого развития. Эти системы способствуют стабильности энергосистемы, балансируя спрос и предложение, снижая потребность в дорогостоящих электростанциях, работающих в пиковые моменты. ЭСС способствуют более широкой интеграции возобновляемых источников энергии, помогая смягчить проблемы непостоянства, связанные с солнечной и ветровой энергией. Позволяя пользователям накапливать энергию в периоды низких цен и использовать ее в периоды высокого спроса, ЭССЭ могут привести к значительной экономии средств. Кроме того, эти системы повышают надежность энергоснабжения, обеспечивая резервное копирование во время перебоев, и способствуют экологической устойчивости, оптимизируя использование возобновляемых ресурсов и сокращая выбросы парниковых газов.
EESS в поддержке микросетей
Системы хранения энергии (СХЭ) играют важнейшую роль в повышении производительности и надежности микросетей. Они предоставляют такие важные услуги, как улучшение качества электроэнергии, регулирование частоты и поддержка напряжения, которые стабилизируют сеть во время сбоев и предотвращают каскадное отключение. ESS также позволяют микросетям эффективно интегрировать возобновляемые источники энергии, накапливая избыточную энергию при высокой выработке и разряжая ее при необходимости, тем самым преодолевая проблемы прерывистости.
При использовании в микросетях ESS обеспечивает несколько ключевых преимуществ:
- Повышение устойчивости: ESS действует как буфер, обеспечивая резервное питание во время перебоев и позволяя работать в автономном режиме.
- Усовершенствованное управление энергией: Она позволяет экономить на пиковых нагрузках, выравнивать нагрузку и осуществлять энергетический арбитраж, оптимизируя затраты на электроэнергию.
- Расширение интеграции возобновляемых источников энергии: ESS способствует более активному использованию переменных возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер.
- Стабильность сети: Он обеспечивает быстрое реагирование для регулирования частоты и поддержания напряжения, поддерживая качество электроэнергии.
- Операционная гибкость: ESS позволяет микросетям работать независимо или совместно с основной сетью, повышая общую надежность системы.
Проблемы масштабирования EESS для глобального использования
Масштабирование систем хранения электрической энергии (СХЭЭ) для глобального использования сталкивается с рядом серьезных проблем:
- Высокая стоимость внедрения: Несмотря на снижение цен на батареи, первоначальные инвестиции в крупномасштабные ЭЭСС остаются значительными. Это особенно сложно для развивающихся стран и небольших коммунальных предприятий.
- Технические ограничения: Существующие технологии хранения данных имеют ограничения по емкости, что препятствует их масштабированию. Интеграция крупномасштабных систем хранения данных в существующие энергосистемы также сопряжена с техническими трудностями.
- Нехватка материалов: Производство батарей для хранения энергии основано на использовании редкоземельных минералов, что вызывает опасения по поводу доступности ресурсов и воздействия на окружающую среду.
- Нормативные барьеры: Непоследовательная политика и рыночные структуры в разных регионах затрудняют внедрение ЕСЭ, создавая неопределенность для инвесторов и разработчиков.
Преодоление этих проблем требует постоянных технологических инноваций, поддерживающей политики и увеличения инвестиций в исследования и разработки, чтобы сделать ЕСЭН более доступной и эффективной в глобальном масштабе.
Затраты на развертывание ЕСЭ
Стоимость внедрения систем хранения электроэнергии (СХЭЭ) значительно варьируется в зависимости от технологии, масштаба и области применения. Для аккумуляторных систем хранения в масштабах энергосистемы общая стоимость установки в 2021 году составляла от $356/кВт-ч до $449/кВт-ч для 100 МВт, 10-часовых систем, в зависимости от химического состава батареи. Прогнозы на 2030 год показывают потенциальное снижение стоимости, при этом ожидается, что стоимость литий-железо-фосфатных (LFP) батарей составит $291/кВт-ч для системы 100 МВт, 4 часа.
Основные факторы, влияющие на стоимость развертывания ЕСЭ, включают в себя:
- Затраты на оборудование (батареи, инверторы, компоненты системы)
- Расходы на монтаж и ввод в эксплуатацию
- Текущие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание
- Расходы в конце срока службы, оцениваемые в 5-10% от первоначальной стоимости системы.
По мере развития технологий и увеличения масштабов производства ожидается дальнейшее снижение стоимости ПЭАС, которая может достигнуть диапазона $200-$500/МВт-ч для общих затрат на хранение. Однако эти затраты по-прежнему выше, чем типичная стоимость выработки электроэнергии из возобновляемых источников, что подчеркивает сохраняющуюся проблему обеспечения экономической конкурентоспособности накопителей энергии в широких масштабах.
