Системи накопичення електроенергії (EESS) - це технології, призначені для уловлювання та зберігання електроенергії для подальшого використання, що відіграють вирішальну роль у балансуванні попиту та пропозиції електроенергії, особливо в контексті відновлюваних джерел енергії, таких як сонячна та вітрова енергія.
Заслуга в тому, що EIA.ORG
Що таке EESS?
Системи накопичення електроенергії (EESS) - це інноваційні технології, які дозволяють зберігати електроенергію, вироблену з різних джерел, включаючи відновлювані джерела, для використання в майбутньому. Ці системи відіграють життєво важливу роль у вирішенні проблем, пов'язаних з нестабільним виробництвом електроенергії та коливанням попиту. Перетворюючи електричну енергію в інші форми енергії, які можна зберігати, а потім знову в електрику, коли це необхідно, EESS допомагають стабілізувати електричну мережу і підвищити надійність електропостачання. Ця здатність є особливо важливою для інтеграції відновлюваних джерел енергії, таких як сонячна та вітрова енергія, які за своєю природою є мінливими, в більш широку енергетичну інфраструктуру.
Ключові функції EESS
- Пікове гоління та вирівнювання навантаження: EESS накопичують надлишкову енергію в періоди низького попиту і віддають її під час пікових навантажень, згладжуючи криві навантаження та підвищуючи ефективність роботи мережі.
- Стабільність мережі: Ці системи забезпечують швидке регулювання частоти та підтримку напруги, підтримуючи якість електроенергії та надійність мережі.
- Відновлювана інтеграція: EESS пом'якшують перебої в роботі відновлюваних джерел, зберігаючи надлишкову енергію для використання під час низького рівня генерації, що сприяє більшому проникненню екологічно чистої енергії.
- Стійкість і резервне копіювання: Під час відключень або надзвичайних ситуацій EESS забезпечують критично важливе резервне живлення, підвищуючи загальну стійкість енергосистеми.
- Скорочення витрат: Уможливлюючи енергетичний арбітраж та зменшуючи залежність від дорогих пікових електростанцій, EESS допомагають знизити загальні витрати на електроенергію для споживачів та комунальних підприємств.
Типи систем зберігання енергії
Системи зберігання енергії охоплюють різноманітні технології, кожна з яких має унікальні характеристики та сфери застосування:
- Акумуляторні системи зберігання енергії (BESS): Ці системи, що використовують переважно літій-іонні акумулятори, домінують на ринку завдяки високій щільності енергії та зниженню вартості. Інші типи батарей включають твердотільні та проточні акумулятори.
- Механічне сховище: До цієї категорії належать гідроакумулюючі електростанції, які використовують надлишок електроенергії для перекачування води на більші висоти, та сховища енергії стисненого повітря (CAES), де повітря стискається в підземних печерах.
Проект механічного сховища Південно-Західного науково-дослідного інституту
- Зберігання теплової енергії: Ці системи зберігають енергію у вигляді тепла, наприклад, розплавленої солі, або холоду, наприклад, льоду, для подальшого використання в системах опалення або охолодження.
- Накопичувач енергії маховика: Ця технологія зберігає кінетичну енергію в масі, що обертається, і підходить для короткочасних застосувань, що вимагають швидкого вивільнення енергії.
Проект зберігання енергії маховика в Шеньчжені, Китай
Порівняння систем зберігання даних
Акумуляторні системи зберігання енергії (BESS) мають явні переваги над іншими системами зберігання енергії, особливо з точки зору щільності енергії та універсальності. BESS, особливо ті, що використовують літій-іонну технологію, забезпечують вищу щільність енергії порівняно з такими альтернативами, як суперконденсатори, що дозволяє створювати більш компактні та ефективні рішення для зберігання енергії. На відміну від механічних систем, таких як гідроакумулюючі станції або сховища стисненого повітря, BESS можна легко масштабувати і розгортати в різних умовах, від житлових будинків до комунальних підприємств.
Однак, порівняно з деякими альтернативами, BESS стикаються з проблемами з точки зору тривалості циклу і тривалого зберігання. Наприклад, проточні акумулятори мають довший термін служби і здатність глибоко розряджатися без пошкоджень, що робить їх придатними для більш тривалого використання. Суперконденсатори, хоч і мають меншу щільність енергії, але відрізняються швидким заряджанням і розряджанням, що робить їх ідеальними для потужних, короткочасних застосувань. Вибір між BESS та іншими системами зберігання в кінцевому рахунку залежить від конкретних вимог застосування, включаючи енергетичну ємність, вихідну потужність, час відгуку і міркування вартості.
Дізнайтеся більше про BESS
Накопичувачі енергії
Накопичувачі електричної енергії охоплюють різноманітні технології, призначені для зберігання електричної енергії для подальшого використання. До найпоширеніших типів відносяться
- Електрохімічні батареї: До них належать літій-іонні, свинцево-кислотні та проточні акумулятори. Літій-іонні акумулятори домінують на ринку завдяки високій щільності енергії та зниженню вартості.
- Конденсатори та суперконденсатори: Ці пристрої зберігають енергію в електричному полі і підходять для швидкого заряджання та розряджання.
- Надпровідні магнітні накопичувачі енергії (SMES): Ця технологія зберігає енергію в магнітному полі, створеному потоком постійного струму в надпровідній котушці.
- Тепловий накопичувач: Такі системи, як сховища розплавленої солі або льоду, перетворюють електричну енергію на теплову для подальшого використання.
Застосування EESS
Системи зберігання електроенергії знаходять різноманітне застосування в різних галузях. В енергосистемі вони відіграють вирішальну роль у стабілізації попиту та пропозиції, особливо при інтеграції нестабільних відновлюваних джерел енергії. EESS уможливлюють зміщення споживання енергії в часі, дозволяючи користувачам зберігати електроенергію в непікові години для використання в періоди пікового попиту. Ці системи також є важливими компонентами мікромереж, забезпечуючи резервне живлення під час відключень і підвищуючи загальну стійкість мережі. У транспортному секторі технології EESS, зокрема акумуляторні системи, є фундаментальними для роботи електромобілів. Крім того, EESS підтримують промислові та комерційні застосування, допомагаючи керувати піковими навантаженнями та знижувати витрати на електроенергію.
Переваги EESS
Впровадження систем зберігання електричної енергії пропонує численні переваги для управління енергією та сталого розвитку. Ці системи сприяють стабільності енергосистеми, балансуючи попит і пропозицію, зменшуючи потребу в дорогих пікових електростанціях. EESS сприяють більшій інтеграції відновлюваних джерел енергії, допомагаючи пом'якшити проблеми з перебоями, пов'язані з сонячною та вітровою енергією. Дозволяючи користувачам накопичувати енергію в періоди низьких цін і використовувати її в періоди високого попиту, EESS може призвести до значної економії коштів. Крім того, ці системи підвищують надійність енергопостачання, забезпечуючи резервне живлення під час перебоїв, і сприяють екологічній стійкості, оптимізуючи використання відновлюваних ресурсів і скорочуючи викиди парникових газів.
EESS у підтримці мікромереж
Системи накопичення енергії (ESS) відіграють вирішальну роль у підвищенні продуктивності та надійності мікромереж. Вони надають такі важливі послуги, як покращення якості електроенергії, регулювання частоти та підтримка напруги, які стабілізують мережу під час збоїв і запобігають каскадним відключенням. ESS також дозволяє мікромережам ефективно інтегрувати відновлювані джерела енергії, зберігаючи надлишкову енергію, коли виробництво є високим, і розряджаючи її, коли це необхідно, таким чином долаючи проблеми з перебоями в роботі.
У мікромережевих додатках ESS пропонує кілька ключових переваг:
- Покращена стійкість: ESS діє як буфер, забезпечуючи резервне живлення під час відключень і надаючи можливість острівного режиму.
- Покращене управління енергоспоживанням: Вона дозволяє згладжувати піки, вирівнювати навантаження та здійснювати енергетичний арбітраж, оптимізуючи витрати на електроенергію.
- Посилення інтеграції відновлюваної енергетики: ESS сприяє більшому проникненню змінних відновлюваних джерел, таких як сонячна та вітрова енергія.
- Стабільність мережі: Він забезпечує швидке реагування для регулювання частоти та підтримки напруги, підтримуючи якість електроенергії.
- Операційна гнучкість: ESS дозволяє мікромережам працювати незалежно або разом з основною мережею, підвищуючи загальну надійність системи.
Виклики у масштабуванні EESS для глобального використання
Масштабування систем зберігання електричної енергії (EESS) для глобального використання стикається з кількома значними проблемами:
- Високі витрати на впровадження: Незважаючи на зниження цін на акумуляторні батареї, початкові інвестиції у великомасштабні EESS залишаються значними. Це особливо складно для країн, що розвиваються, та невеликих комунальних підприємств.
- Технічні обмеження: Сучасні технології зберігання мають обмеження по потужності, що перешкоджає їх масштабуванню. Інтеграція великомасштабних систем зберігання з існуючими електромережами також створює технічні перешкоди.
- Матеріальний дефіцит: Виробництво акумуляторів для зберігання енергії залежить від рідкоземельних мінералів, що викликає занепокоєння щодо доступності ресурсів та впливу на навколишнє середовище.
- Регуляторні бар'єри: Неузгодженість політики та ринкових структур у різних регіонах ускладнює розгортання СЕЕС, створюючи невизначеність для інвесторів та девелоперів.
Подолання цих викликів вимагає постійних технологічних інновацій, сприятливої політики та збільшення інвестицій у дослідження і розробки, щоб зробити EESS більш доступною та ефективною в глобальному масштабі.
Витрати на розгортання EESS
Вартість розгортання систем накопичення електричної енергії (EESS) значно варіюється залежно від технології, масштабу та застосування. Для мережевих систем зберігання електроенергії загальні витрати на встановлення у 2021 році становили від $356/кВт-год до $449/кВт-год для систем потужністю 100 МВт і тривалістю 10 годин, залежно від хімічного складу батареї. Прогнози на 2030 рік свідчать про потенційне зниження вартості: очікується, що вартість літій-залізо-фосфатних (LFP) батарей досягне $291/кВт-год для систем потужністю 100 МВт, що працюють 4 години.
Основні фактори, що впливають на витрати на розгортання EESS, включають
- Апаратні витрати (акумулятори, інвертори, баланс компонентів системи)
- Витрати на встановлення та введення в експлуатацію
- Поточні витрати на експлуатацію та обслуговування
- Витрати в кінці терміну служби, які оцінюються в 5-10% від початкової вартості системи.
Очікується, що з розвитком технологій та збільшенням масштабів виробництва витрати на EESS будуть знижуватися і надалі, потенційно досягаючи діапазону $200-$500/МВт-год для загальних вирівняних витрат на зберігання. Однак ці витрати залишаються вищими, ніж типові вирівняні витрати на виробництво електроенергії з відновлюваних джерел, що підкреслює актуальність завдання зробити зберігання енергії економічно конкурентоспроможним у великих масштабах.
