На основі різних форм зберігання енергії,технології зберігання енергіїможна розділити на п’ять категорій: технологія механічного зберігання енергії, технологія електрохімічного зберігання енергії, технологія зберігання електричної енергії, технологія хімічного зберігання енергії та технологія зберігання теплової енергії.
◇Технологія накопичення електричної енергії
◇Технологія хімічного накопичення енергії
Технологія механічного накопичення енергії
Як відомо, у природі існують різні форми кінетичної та потенційної енергії, наприклад текуча вода, природний вітер, припливи та хвилі; людська діяльність також генерує велику кількість кінетичної та потенційної енергії, наприклад рух людей, транспортних засобів, кораблів і рідин. Усі ці види енергії, як ті, що виробляються в природі, так і ті, що виробляються людською діяльністю, є відновлюваними джерелами енергії. Механічна енергія – це сума кінетичної та потенціальної енергії, фізична величина, що відображає стан руху та висоту об’єкта. Кінетична і потенціальна енергія об'єкта можуть перетворюватися одна в одну; в процесі взаємного перетворення кінетичної і потенціальної енергії загальна кількість механічної енергії залишається сталою, тобто механічна енергія зберігається.
Механічне накопичення енергії – це технологія, яка перетворює енергію в механічну енергію для зберігання, а потім перетворює її назад в електричну енергію, коли це необхідно. Звичайні механічні методи накопичення енергії включають насосні гідроакумулятори, накопичувачі стисненого повітря та накопичувачі енергії на маховику. Технології механічного накопичення енергії зазвичай мають високу щільність потужності, швидку реакцію та тривалий термін служби, що робить їх придатними для регулювання мережі та аварійного електропостачання. Час і масштаб їхнього зберігання змінюються залежно від конкретної технології, коливаючись від хвилин до днів, і можуть задовольнити різноманітні потреби зберігання енергії.
ГЕС:
Наразі насосна гідроакумуляція є найбільш широко використовуваною-технологією зберігання енергії. Він використовує електроенергію, щоб перекачувати воду з-резервуара низького рівня в-резервуар високого рівня, зберігаючи її потенційну енергію. У періоди пікового попиту на електроенергію вода випускається для виробництва електроенергії через турбіни. Цей метод має відносно високу ефективність перетворення (зазвичай 70%–85%), підходить для регулювання перепадів піків-долин в електромережі та пропонує велику ємність накопичувача та стабільну роботу.
Гідроакумулюючі системи часто використовуються для підтримки інтеграції відновлюваної енергетики в мережу, збалансування коливань попиту та пропозиції, і мають тривалий термін зберігання та велику резервну потужність. Його принцип показаний на малюнку 1-1.
Накопичувач енергії стисненого повітря:
Зберігання енергії стисненого повітря передбачає стиснення повітря за допомогою компресора з електричним приводом і зберігання його в підземних печерах, резервуарах або резервуарах під тиском. Коли потреба в електроенергії зростає, накопичене стиснене повітря випускається, нагрівається та використовується для приводу турбіни для виробництва електроенергії. Акумулятори енергії на стисненому повітрі зазвичай пропонують широкомасштабні -довгострокові-зберігання енергії з ефективністю, як правило, від 50% до 70%. Цю ефективність можна ще більше підвищити в поєднанні з технологіями рекуперації тепла. Він підходить для інтеграції з-великомасштабними електростанціями з відновлюваною енергією для підвищення гнучкості та стабільності мережі.
Накопичувач енергії маховика:
Накопичувач енергії маховика використовує двигун для приводу маховика на високій швидкості, перетворюючи електричну енергію в кінетичну енергію для зберігання. Коли потрібно, маховик використовує генератор для перетворення кінетичної енергії назад в електричну. Технологія накопичення енергії Flywheel відома своєю надзвичайно швидкою швидкістю відгуку (зазвичай у діапазоні мілісекунд) і високим терміном служби (до сотень тисяч циклів), що робить її придатною для сценаріїв коротко-накопичування енергії з високою{3}}енергією, таких як регулювання частоти мережі та джерела безперебійного живлення (UPS). Накопичувач енергії на маховику зазвичай має високу ефективність перетворення, що досягає 85–95%, але час його накопичення відносно короткий, зазвичай використовується для балансування короткочасних-коливань потужності. На рисунку 1-2 показана принципова схема енергетичної системи накопичення енергії на маховику.
Електрохімічна технологія накопичення енергії
Електрохімічне накопичення енергії — це технологія, яка перетворює електричну енергію в хімічну за допомогою електрохімічних реакцій, зберігає її, а потім перетворює назад в електричну енергію, коли це необхідно. Його основою є накопичення та вивільнення енергії в процесі заряджання та розряджання акумуляторів. Електрохімічна технологія накопичення енергії має такі переваги, як швидка швидкість відгуку, висока ефективність, гнучке встановлення та модульна конструкція, що робить її придатною для таких сценаріїв, як регулювання частоти-в мережі відновлюваної енергії,-регулювання на піку-долини та аварійне електропостачання. Наразі основні електрохімічні технології зберігання енергії включають свинцево-кислотні батареї, нікель-металогідридні батареї, літій-іонні батареї, натрієві-іонні батареї та проточні батареї, кожна з яких має свою унікальну продуктивність, сценарії застосування та потенціал розвитку. Зі збільшенням частки відновлюваної енергії електрохімічне накопичення енергії відіграє вирішальну роль у трансформації глобальної енергетичної структури та є важливою гарантією для створення чистої, низько{10}}вуглецевої та безпечної енергетичної системи.
Свинцево{0}}кислотні акумулятори:
Свинцево-кислотні батареї – це давно-відома й широко використовувана електрохімічна технологія зберігання енергії. Їх принцип полягає у використанні свинцю та його оксидів як матеріалів для позитивного та негативного електродів, а також водного розчину сірчаної кислоти як електроліту для заряджання та розряджання за допомогою електрохімічної реакції. Свинцево-кислотні акумулятори мають такі переваги, як низька вартість виробництва, розвинена технологія, висока надійність і сильна стійкість до перезаряду та надмірного-розряду, і широко використовуються в автомобільних пускових акумуляторах, резервних джерелах живлення та системах зберігання енергії. Однак свинцево-кислотні батареї мають низьку щільність енергії, обмежений термін служби та містять токсичний свинець, який може забруднювати навколишнє середовище, якщо його неналежно утилізувати. Незважаючи на це, свинцево-кислотні батареї все ще займають важливе місце в деяких галузях, особливо в-вартісних застосуваннях. У майбутньому екологічно чиста переробка та покращення продуктивності свинцево-кислотних акумуляторів стануть ключовими напрямками розвитку цієї технології.
Нікель-металогідридні (NiMH) батареї:
NiMH батареї – це електрохімічна технологія зберігання енергії, яка використовує гідроксид нікелю як позитивний електрод і гідрид нікелю як негативний електрод. Вони пропонують такі переваги, як висока щільність енергії, екологічність і тривалий термін служби. Порівняно з традиційними батареями, NiMH батареї не мають хімічної небезпеки, пов’язаної з кадмієм і молібденом, що робить їх більш екологічними. Тому вони широко використовуються в електроінструментах, гібридних автомобілях і портативних електронних пристроях. Вони також мають високу ефективність заряду-розряду та можуть стабільно працювати в різних середовищах. Ключовою характеристикою нікелевих акумуляторів є їх стійкість до надмірного заряду та-розряду, що робить їх чудовими для застосувань, які потребують частого заряджання та розряджання. Незважаючи на те, що зростання кількості літій-іонних акумуляторів за останні роки призвело до зменшення частки ринку нікель-металгідридних акумуляторів, вони все ще зберігають місце в певних сферах застосування.
Літій{0}}іонні акумулятори:
Літій{0}}іонні батареї – це електрохімічна технологія накопичення енергії, яка забезпечує заряджання та розряджання шляхом вставлення та вилучення іонів літію між позитивним і негативним електродами. Мала вага літію та висока щільність енергії призвели до широкого застосування літій-іонних акумуляторів у портативних електронних пристроях, електромобілях і накопичувачах відновлюваної енергії. Літій-іонні батареї пропонують такі переваги, як тривалий термін служби та відсутність ефекту пам’яті, але вони також мають певні проблеми з безпекою, як-от перегрівання, спричинене надмірним заряджанням і-розряджанням. З технологічним прогресом безпека та електрохімічні характеристики літій-іонних акумуляторів постійно покращуються, а витрати зменшуються, що робить їх одними з найпоширеніших акумуляторів для накопичення енергії на сучасному ринку. Очікується, що в майбутньому розробка таких технологій, як твердотільні-електроліти та кремнієві-аноди, ще більше покращить електрохімічні характеристики та безпеку літій-іонних батарей.
Натрій{0}}іонні батареї:
Останніми роками іонні-натрієві батареї є новою електрохімічною технологією зберігання енергії, яка швидко розвивається. Їхній принцип роботи подібний до принципу роботи літій-іонних акумуляторів, де іони літію інтеркалюють і деінтеркалюють між позитивним і негативним електродами для заряджання та розряджання. Переваги натрієвих-іонних акумуляторів полягають у великій кількості й низькій вартості натрієвих ресурсів, а також у їх незалежності від обмежень літієвих ресурсів, що робить їх особливо придатними для{-великомасштабних накопичень енергії. Хоча їх щільність енергії нижча, ніж у літій-іонних батарей, натрій-іонні батареї демонструють хорошу продуктивність щодо стабільності циклу, низьких{9}}температур і безпеки, демонструючи великі перспективи для майбутнього розвитку. Наразі дослідження іонних-натрієвих акумуляторів зосереджені на покращенні щільності енергії, подовженні терміну служби та зниженні витрат на виробництво. Завдяки постійному технологічному прогресу очікується, що іонні-натрієві батареї стануть одним із важливих рішень для-великомасштабного зберігання енергії в майбутньому.
Проточна батарея:
Проточні батареї – це електрохімічна технологія накопичення енергії, у якій електроліт зберігається у зовнішньому баку. Їх принцип полягає в накопиченні та вивільненні енергії за допомогою електрохімічних реакцій між двома різними електролітами в батареї. Важливою характеристикою проточних акумуляторів є їхня незалежна регульована енергія та вихідна потужність; ємність накопичувача можна збільшити за рахунок збільшення кількості електроліту, що зберігається, що робить їх особливо придатними для велико-масштабних довгострокових-застосувань зберігання енергії. Поширені типи проточних батарей включають ванадієві окисно-відновні проточні батареї та цинково-бромні проточні батареї. Проточні батареї пропонують тривалий термін служби, гарну безпеку та екологічність, але їх початкові інвестиції високі, а акумуляторна система складна. З технологічним прогресом поступово з’являється потенціал проточних акумуляторів у-великомасштабних накопичувачах енергії, особливо в інтеграції мережі відновлюваної енергії та додатках регулювання мережі.