Sistemi za shranjevanje električne energije (EESS) so tehnologije, zasnovane za zajemanje in shranjevanje električne energije za kasnejšo uporabo, ki igrajo ključno vlogo pri uravnoteženju ponudbe in povpraševanja po električni energiji, zlasti v kontekstu obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija.
Kredit za EIA.ORG
Kaj so EESS?
Sistemi za shranjevanje električne energije (EESS) so inovativne tehnologije, ki omogočajo shranjevanje električne energije, proizvedene iz različnih virov, vključno z obnovljivimi viri energije, za kasnejšo uporabo. Ti sistemi igrajo ključno vlogo pri reševanju izzivov neenakomerne proizvodnje energije in nihajočega povpraševanja. Z pretvorbo električne energije v druge oblike shranljive energije in nato nazaj v električno energijo, ko je to potrebno, EESS pomagajo stabilizirati električno omrežje in povečati zanesljivost oskrbe z električno energijo. Ta zmogljivost je še posebej pomembna za vključevanje obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija, ki so po svoji proizvodnji že sami po sebi spremenljivi, v širšo energetsko infrastrukturo.
Ključne funkcije EESS
- Izravnavanje konic in izravnavanje obremenitve: EESS shranjujejo presežno energijo v obdobjih nizkega povpraševanja in jo odvajajo v času konic, s čimer zgladijo krivulje obremenitve in izboljšajo učinkovitost omrežja.
- Stabilnost omrežja: Ti sistemi zagotavljajo hitro regulacijo frekvence in podporo napetosti, s čimer ohranjajo kakovost električne energije in zanesljivost omrežja.
- Integracija obnovljivih virov energije: EESS blažijo nestalnost obnovljivih virov energije s shranjevanjem presežne energije za uporabo, ko je proizvodnja nizka, kar omogoča večji prodor čiste energije.
- Odpornost in varnostna kopija: Med izpadi ali izrednimi razmerami EESS zagotavljajo kritično rezervno napajanje, kar povečuje splošno odpornost omrežja.
- Znižanje stroškov: Z omogočanjem energetske arbitraže in zmanjšanjem odvisnosti od dragih elektrarn z največjo porabo energije EESS pomagajo znižati skupne stroške energije za potrošnike in komunalna podjetja.
Vrste sistemov za shranjevanje energije
Sistemi za shranjevanje energije zajemajo različne tehnologije, od katerih ima vsaka edinstvene značilnosti in uporabo:
- Sistemi za shranjevanje energije v baterijah (BESS): Ti sistemi, ki v glavnem uporabljajo litij-ionske baterije, prevladujejo na trgu zaradi visoke energijske gostote in nižjih stroškov. Druge vrste baterij vključujejo polprevodniške in pretočne baterije.
- Mehansko skladiščenje: V to kategorijo spadajo črpalne hidroelektrarne, ki uporabljajo presežno električno energijo za črpanje vode na višje nadmorske višine, in shranjevanje energije s stisnjenim zrakom (CAES), kjer se zrak stisne v podzemnih jamah.
Projekt mehanskega skladiščenja raziskovalnega inštituta Southwest
- Shranjevanje toplotne energije: Ti sistemi shranjujejo energijo v obliki toplote, kot je staljena sol, ali mraza, kot je led, za kasnejšo uporabo pri ogrevanju ali hlajenju.
- Shranjevanje energije vztrajnika: Ta tehnologija shranjuje kinetično energijo v vrteči se masi, kar je primerno za kratkotrajne aplikacije, ki zahtevajo hitro sproščanje energije.
Projekt shranjevanja energije z vztrajnikom v Shenzhenu na Kitajskem
Primerjava sistemov za shranjevanje
Sistemi za shranjevanje energije v baterijah (BESS) ponujajo izrazite prednosti pred drugimi sistemi za shranjevanje energije, zlasti glede gostote energije in vsestranskosti. BESS, zlasti tisti, ki uporabljajo litij-ionsko tehnologijo, zagotavljajo večjo gostoto energije v primerjavi z alternativami, kot so superkondenzatorji, kar omogoča bolj kompaktne in učinkovite rešitve za shranjevanje. Za razliko od mehanskih sistemov, kot so črpalne hidroelektrarne ali shranjevanje stisnjenega zraka, je BESS mogoče enostavno prilagoditi in uporabiti v različnih okoljih, od stanovanjskih do komunalnih aplikacij.
Vendar se BESS v primerjavi z nekaterimi alternativami sooča z izzivi glede življenjske dobe ciklov in dolgoročnega shranjevanja. Pretočne baterije na primer ponujajo daljšo življenjsko dobo in možnost globokega praznjenja brez poškodb, zaradi česar so primerne za dolgotrajnejše delovanje. Superkondenzatorji imajo sicer nižjo energijsko gostoto, vendar se odlikujejo po hitrem polnjenju in praznjenju, zaradi česar so idealni za visokozmogljive kratkotrajne aplikacije. Izbira med BESS in drugimi sistemi za shranjevanje je na koncu odvisna od specifičnih zahtev aplikacije, vključno z energijsko zmogljivostjo, izhodno močjo, odzivnim časom in stroški.
Več o BESS-u
Mediji za shranjevanje energije
Mediji za shranjevanje električne energije zajemajo različne tehnologije, namenjene shranjevanju električne energije za kasnejšo uporabo. Najpogostejše vrste vključujejo:
- Elektrokemične baterije: Sem spadajo litij-ionske, svinčevo-kislinske in pretočne baterije. Litij-ionske baterije prevladujejo na trgu zaradi visoke energijske gostote in padajočih stroškov.
- Kondenzatorji in superkondenzatorji: Te naprave shranjujejo energijo v električnem polju in so primerne za hitro polnjenje in praznjenje.
- Superprevodni magnetni shranjevalnik energije (SMES): Ta tehnologija shranjuje energijo v magnetnem polju, ki ga ustvari tok enosmernega toka v superprevodni tuljavi.
- Shranjevanje toplote: Sistemi, kot sta shranjevanje staljene soli ali ledu, pretvarjajo električno energijo v toplotno energijo za kasnejšo uporabo.
Uporaba EESS
Sistemi za shranjevanje električne energije se uporabljajo v različnih sektorjih. V elektroenergetskem omrežju igrajo ključno vlogo pri stabilizaciji ponudbe in povpraševanja, zlasti pri integraciji občasnih obnovljivih virov energije. EESS omogočajo časovni premik porabe energije, kar uporabnikom omogoča shranjevanje električne energije v času izven konic za uporabo v času največjega povpraševanja. Ti sistemi so tudi ključne komponente v mikro omrežjih, saj zagotavljajo rezervno napajanje med izpadi in povečujejo splošno odpornost omrežja. V prometnem sektorju so tehnologije EESS, zlasti baterijski sistemi, temeljnega pomena za delovanje električnih vozil. Poleg tega EESS podpirajo industrijske in komercialne aplikacije, saj pomagajo pri obvladovanju največjih obremenitev in zmanjševanju stroškov energije.
Prednosti EESS
Uvedba sistemov za shranjevanje električne energije ponuja številne prednosti za upravljanje z energijo in trajnost. Ti sistemi prispevajo k stabilnosti omrežja z uravnoteženjem ponudbe in povpraševanja ter zmanjšujejo potrebo po dragih elektrarnah na najvišji ravni. Sistemi za shranjevanje električne energije omogočajo večjo integracijo obnovljivih virov energije in pomagajo ublažiti težave z nestanovitnostmi, povezane s sončno in vetrno energijo. Ker uporabnikom omogočajo shranjevanje energije v obdobjih nizkih stroškov in njeno uporabo v obdobjih velikega povpraševanja, lahko sistemi za shranjevanje električne energije privedejo do znatnih prihrankov stroškov. Poleg tega ti sistemi povečujejo zanesljivost napajanja z zagotavljanjem rezervne energije med izpadi in prispevajo k okoljski trajnosti z optimizacijo izrabe obnovljivih virov in zmanjšanjem emisij toplogrednih plinov.
EESS v podpori mikroomrežij
Sistemi za shranjevanje energije (ESS) igrajo ključno vlogo pri izboljšanju delovanja in zanesljivosti mikro omrežij. Zagotavljajo bistvene storitve, kot so izboljšanje kakovosti električne energije, regulacija frekvence in podpora napetosti, ki stabilizirajo omrežje med motnjami in preprečujejo kaskadno prehajanje izpadov. ESS omogoča tudi mikro omrežjem učinkovito integracijo obnovljivih virov energije s shranjevanjem presežne energije, ko je proizvodnja visoka, in njeno praznjenjem, ko je to potrebno, s čimer se premagajo težave z občasnostjo.
V aplikacijah mikroomrežij ESS ponuja več ključnih prednosti:
- Izboljšana odpornost: ESS deluje kot blažilec, ki zagotavlja rezervno napajanje med izpadi in omogoča delovanje v otočnem načinu.
- Izboljšano upravljanje z energijo: Omogoča zmanjševanje obremenitve, izravnavo obremenitve in arbitražo energije, kar optimizira stroške energije.
- Večja integracija obnovljivih virov energije: ESS omogoča večji prodor spremenljivih obnovljivih virov, kot sta sončna in vetrna energija.
- Stabilnost omrežja: Zagotavlja hiter odziv za regulacijo frekvence in podporo napetosti, s čimer ohranja kakovost električne energije.
- Operativna fleksibilnost: ESS omogoča mikroomrežjem, da delujejo neodvisno ali v povezavi z glavnim omrežjem, kar izboljša splošno zanesljivost sistema.
Izzivi pri širjenju EESS za globalno uporabo
Povečanje obsega sistemov za shranjevanje električne energije (EESS) za globalno uporabo se sooča z več pomembnimi izzivi:
- Visoki stroški izvedbe: Kljub padajočim cenam baterij ostaja začetna naložba v obsežne EESS precejšnja. To je še posebej zahtevno za države v razvoju in manjša komunalna podjetja.
- Tehnične omejitve: Trenutne tehnologije shranjevanja imajo omejitve zmogljivosti, kar ovira njihovo skalabilnost. Integracija velikih sistemov za shranjevanje z obstoječimi električnimi omrežji predstavlja tudi tehnične ovire.
- Pomanjkanje materialov: Proizvodnja baterij za shranjevanje energije je odvisna od redkih zemeljskih mineralov, kar vzbuja zaskrbljenost glede razpoložljivosti virov in vpliva na okolje.
- Regulativne ovire: Nedosledne politike in tržne strukture v različnih regijah otežujejo uvajanje EESS, kar ustvarja negotovost za vlagatelje in razvijalce.
Premagovanje teh izzivov zahteva nadaljnje tehnološke inovacije, podporne politike in povečane naložbe v raziskave in razvoj, da bi bila EESS dostopnejša in učinkovitejša na svetovni ravni.
Stroški uvedbe EESS
Stroški uvedbe sistemov za shranjevanje električne energije (EESS) se precej razlikujejo glede na tehnologijo, obseg in uporabo. Za sisteme za shranjevanje baterij v omrežju so se skupni stroški namestitve v letu 2021 gibali od $356/kWh do $449/kWh za sisteme z močjo 100 MW in 10-urnim delovanjem, odvisno od kemijske sestave baterij. Projekcije za leto 2030 kažejo na potencialno znižanje stroškov, pri čemer se pričakuje, da bodo baterije z litijevim železovim fosfatom (LFP) dosegle $291/kWh za sistem z močjo 100 MW in 4-urnim delovanjem.
Ključni dejavniki, ki vplivajo na stroške uvedbe EESS, vključujejo:
- Stroški strojne opreme (baterije, inverterji, ravnovesje sistemskih komponent)
- Stroški namestitve in zagona
- Tekoči stroški delovanja in vzdrževanja
- Stroški ob koncu življenjske dobe, ocenjeni na 5-10% začetnih stroškov sistema.
Z napredkom tehnologije in povečanjem proizvodnje se pričakuje, da se bodo stroški EESS še znižali in potencialno dosegli razpon $200–$500/MWh za skupne izravnane stroške shranjevanja. Vendar pa ti stroški ostajajo višji od tipičnih izravnanih stroškov proizvodnje električne energije iz obnovljivih virov, kar poudarja nenehen izziv, kako zagotoviti ekonomsko konkurenčno shranjevanje energije v velikem obsegu.
