Мен ақ қағаздар мен техникалық парақтарды оқуға тым көп сағат жұмсадымэнергия сақтау. Мен мынаны түсіндім: бүкіл пейзаж көптеген мақалалар естігеннен гөрі күрделірек және қызықтырақ.
Барлығы батареялар туралы айтады. Әділ-олар қазір барлық жерде. Бірақ энергияны сақтау? Бұл әлдеқайда үлкен әңгіме. Біз тау төбесінде орналасқан үлкен су қоймаларынан бастап вакуумдық камералардағы металдың иіруіне дейін барлығы туралы айтып отырмыз. Бұл технологиялардың кейбіреулері сіздің ата-әжелеріңіздің-бала кезінен бері бар. Басқалары негізінен зертханаларда және PowerPoint презентацияларында бар.
Сізге сыртта не бар екенін көрсетуге рұқсат етіңіз.
Ешкім айтпайтын ескі жұмысшы
Сорғылы гидроқойма. Қызықсыз естіледі, солай ма? Әртүрлі биіктіктегі екі су қоймасы, кейбір турбиналар, жоғары және төмен ағып жатқан су. Қарапайым физика.
Бірақ міне,-бұл "қызық" технология бүкіл әлем бойынша барлық желілік энергияны сақтаудың шамамен 95%-ын- өңдейді. Тоқсан-бес пайыз. Адамдар аккумулятордың химиясын талқылап, литий мен натрий туралы дауласқанда, айдалатын гидро өз жұмысын фонда тыныш орындайды.
Тұжырымдама дерлік ыңғайсыз қарапайым. Электр энергиясы арзан болған кезде (әдетте түнде немесе күн жарқырап, күн батареялары жұмыс істеп тұрғанда) суды су қоймасына жоғары қарай айдайсыз. Бағалар көтерілгенде немесе сұраныс өскенде, сіз судың турбиналар арқылы кері ағуына мүмкіндік бересіз. Тиімділік шамамен 70{5}}85% құрайды, бұл мінсіз емес, бірақ сақтау сыйымдылығы үлкен. Біз гигаватт{7}}сағат энергияны сақтай алатын қондырғылар туралы айтып отырмыз. Мегаватт-сағат емес. гигаватт-сағат. Мұны литий-ионмен жасап көріңіз.
Әрине, ұстайтын жері бар. Сізге география керек. Сізге екі резервуар қажет. Сізге дұрыс биіктік айырмашылығы қажет. Сіз Канзаста бұлардың бірін дәл сала алмайсыз. Экологиялық рұқсаттың өзі бірнеше жылдарды алады. Ал бастапқы шығындар? Астрономиялық. Бірақ олар салынғаннан кейін бұл зауыттар 50, 60, кейде 80 жыл жұмыс істейді. Вирджиниядағы Бат округінің мекемесі 1985 жылдан бері жұмыс істейді және тоқтау белгілерін көрсетпейді.
Сығылған ауа: жер асты тәсілі
Сығылған ауа энергиясын сақтау (CAES) - айдалатын гидроның оғаш немере ағасы. Суды жылжытудың орнына сіз ауаны жер асты үңгірлеріне{1}}тұзды күмбездерге, сарқылған табиғи газ кен орындарына, сулы горизонттарға, қол жетімді кез келген геологиялық құрылымдарға қысып жатырсыз.
Ең көп жұмыс істейтін -сағаттарда электр компрессорлары ауаны осы жер асты кеңістігіне қысыммен итереді, бұл сіздің құлағыңызды олар туралы ойлауға мәжбүр етеді. Қуат қажет болғанда, сығылған ауа шығарылады, қызады (әдетте табиғи газбен, -осындай{3}}жасыл емес бөлік) және турбиналар арқылы өтеді.
Қазіргі уақытта тек екі коммерциялық CAES зауыты жұмыс істейді. Екі. Біреуі Германияда 1978 жылдан бері, екіншісі Алабамада 1991 жылдан бері жұмыс істейді. Технология анық жұмыс істейді. Бірақ геологиялық талаптар қатал, ал экономика көптеген жерлерде шешілмеген. Десе де, зерттеушілер табиғи газ қажеттілігін болдырмайтын, қысу кезіндегі жылуды жинап, қайта пайдаланатын{6}}адиабаталық жүйелердің жетілдірілген нұсқаларымен жұмыс істеуді жалғастыруда. Олар көбіне әзірге пилоттық жобаларда бар.
Маховиктер: таза механикалық сұлулық
Мойындаймын,{0}}маховиктер менің сүйікті. Айналмалы қозғалыс ретінде энергияны сақтаудың талғампаздығы бар.
Маховик жүйесі негізінен үйкелісті азайту үшін магнитті мойынтіректермен ілінген вакуумдық камерада айналатын ауыр ротор болып табылады. Артық электр қуаты болған кезде қозғалтқыштар маховикті жылдам айналдырады. Қуатты қайтару қажет болғанда, бұл айналдыру массасы генераторды басқарады. Физика таза, интуитивті.
Маховиктер батареялар жек көретін нәрселерде керемет: жылдам зарядтау{0}}циклдері, қызмет ету уақытындағы миллиондаған циклдар, миллисекундтармен өлшенетін лездік жауап беру уақыттары. Олар жиілікті реттеуге өте ыңғайлы,-тордың дәл 60 Гц (немесе тұратын жеріңізге байланысты 50 Гц) тұрақты болуы қажет шағын, тұрақты реттеулер.
Олар нені жақсы білмейді? Ұзақ уақыт бойы энергияны сақтау. Тіпті ең жақсы магниттік мойынтіректері мен мінсіз шаңсорғыштары-болса да, маховиктер уақыт өте үйкеліс күшін жоғалтады. Бір күн қалдырыңыз, сонда сіз жинақталған энергияңыздың айтарлықтай бөлігін жоғалтасыз. Оны бір аптаға қалдырыңыз, жақсы, алаңдамаңыз.
Сондықтан маховиктер белгілі бір орынды алады: қысқа{0}}ұзақтық, жоғары-қуатты қолданбалар. Деректер орталықтары оларды дизельдік генераторларды іске қосу үшін бірнеше секунд ішінде көпір қуаты ретінде пайдаланады. Кейбір транзиттік жүйелер тежеу энергиясын маховиктерге айналдырып, оны секундтар ішінде үшінші рельске қайта шығарады. NASA олармен ғарыш кемелері үшін ойнады.
Батареялар: барлығына мән беретін санат
Жарайды, батареялар туралы сөйлесейік. Соңғы жылдары электрохимиялық опциялар жарылып кетті және шынын айтқанда, бұл шатастырады.
Литий-иондәлелді себеппен әңгімеде үстемдік етеді. Жоғары энергия тығыздығы аз кеңістікте көбірек сақтауды білдіреді. Лайықты цикл мерзімі, әсіресе жаңа химиялармен. Шығындар 2010 жылдан бері -төмендеп, 90%-ға төмендеді. Телефоныңыз, ноутбугыңыз, электрлік көліктеріңіз және барған сайын желілік жадтың барлығы литий-ионының нұсқаларында жұмыс істейді.
Бірақ "литий-ион" бір нәрсе емес. Бұл отбасы. Литий темір фосфаты (LFP) жақсырақ қауіпсіздік және ұзақ өмір сүру үшін энергия тығыздығын азайтады-кобальтсыз, бұл этикалық және экономикалық тұрғыдан маңызды. Қытай өндірушілері LFP-ге-барлық кірісті, енді ол өз үлесін алуда. Сонымен қатар, никель{7}}марганец-кобальт (NMC) килограмына көбірек энергия жинайды, бұл сіз электромобильге лайықты диапазон беруге тырысқанда маңызды.
Литий{0}}ионының қараңғы жағы? Термиялық қашу. Бұл батареялар зақымдалған, шамадан тыс зарядталған немесе сәтсіз болса, керемет түрде өртенуі мүмкін. Өндіріс энергияны көп қажет ететін-. Литий мен кобальтты жеткізу тізбегінің өзіндік этикалық жүгі бар. Қайта өңдеу инфрақұрылымы жақсарып жатқанымен, пайдаланылған батареялардың көпшілігі әлі де қоқыс алаңдарында қалады.
Ағынды батареялармүлде басқа көзқарасты ұстаныңыз. Қатты электродтарда энергияны сақтаудың орнына олар сыртқы резервуарларда сұйық электролиттерді пайдаланады. Көбірек энергия сыйымдылығын қалайсыз ба? Тек үлкенірек танктер алыңыз. Қуат пен энергия ажыратылады, бұл бүкіл дизайн философиясын өзгертеді.
Ванадий тотықсыздандырғыш батареялары (VRFBs) ең жетілген нұсқасы болып табылады. Олар іс жүзінде мәңгілікке созылады{1}}біз 15 000-нан 20 000 циклге дейін айтып отырмыз, мүмкін одан да көп. Терең разрядтан деградация жоқ. Электролит тозбайды; ол ұяшықтар дестесі арқылы алға-артқа жылжиды. Жиырма -бес жылдан кейін сіз электролитті ағызып, оны басқа жерге жөнелтіп, пайдалана аласыз.
Бірақ ағынды батареялардың көлемі үлкен. Төмен энергия тығыздығы олардың көліктер немесе портативті қолданбалар үшін мағынасы жоқ дегенді білдіреді. Ванадий де арзан емес. Ізі маңызды емес және ұзақ қызмет ететін-масштабты жад үшін ме? Олар барған сайын тартымды.
Қорғасын{0}}қышқыл1859 жылдан бері өзгермеген бастапқы қайта зарядталатын батарея. Сіздің көлігіңіз бір батареядан басталады. Олар арзан,{2}}түсінікті және 98% қайта өңдеуге жарамды. Бірақ циклдің ұзақтығы орташа, энергия тығыздығы нашар және олар ауыр. Торлық қосымшалар үшін олар негізінен ауыстырылды, бірақ олар бұрынғысынша құны бәрінен де маңызды болатын резервтік қуат жүйелерінде басым.
Натрий-ионжаңадан келген адамға үлкен назар аударылады. Натрий-теңіз суында-барлық жерде бар, сондықтан жеткізу тізбегіндегі мәселелер негізінен жойылады. Өндіріс процесі бұрыннан бар литий-зауыттық жабдықты қайта пайдалана алады. Өнімділік әлі литий{6}} деңгейінде емес, бірақ ол айырмашылықты тез жабуда. CATL жаппай өндірісін 2023 жылы бастады. Бес жыл ішінде натрий{9}}ионы стационарлық қоймалар нарығында елеулі үлеске ие болуы мүмкін.
айта кету керекникель{0}}кадмий(кадмий улы және ЕО оны шектегенімен, кейбір өнеркәсіптік қолданбаларда әлі де қолданылады),никель{0}}металл гидриді(литийден бұрын Prius есіңізде ме?), жәненатрий-күкірт(2000 жылдары жапондық компаниялар қатты итермелеген жоғары{0}}температура жүйелері). Бірақ осы сәтте мен оларды тізімдеу үшін ғана тізімдеймін. Практикалық шындық мынада: литий-ионды және ағынды батареялар әрекет ететін жерде, натрий-ионы тез шығады.
Жылулық сақтау: батарея ретіндегі жылу
Міне, жеткілікті назар аудармайтын санат: энергияны жылу (немесе суық) ретінде сақтау.
Балқытылған тұзды сақтаутүнде шоғырланған күн электр станциялары қалай жұмыс істейді. Айна күн сәулесін мұнараға бағыттайды, балқытылған тұзды 500-600 градусқа дейін қыздырады. Бұл тұз оқшауланған резервуарларда сақталады және сізге электр қажет болғанда, сіз оны бу жасап, турбинаны іске қосу үшін пайдаланасыз. Испаниядағы Gemasolar зауыты күн батқаннан кейін 15 сағат бойы қуат өндіре алады. Невададағы Crescent Dunes 10 сағаттық генерацияға жеткілікті жылуды сақтайды.
Балқытылған тұздың керемет жағы - жылуды сақтау арзан. Батареяларға қарағанда бір кВт/сағ әлдеқайда арзан. -Қызық емес нәрсе - бұл -баратын жолдың тиімділігі-жылудан электрге және кері түрлендіруде көп нәрсені жоғалтасыз.
Мұз қоймасыуақыт-жылжуының термиялық эквиваленті. Коммерциялық ғимараттар электр қуаты төмен болған кезде түнде суды қатырады, содан кейін сол мұзды күндізгі уақытта ауаны кондиционерлеу үшін пайдаланады. Бұл керемет емес, бірақ ол жұмыс істейді. Disney World оны пайдаланады. Ыстық климаттағы көптеген кеңсе ғимараттары оны пайдаланады. Сіз мұзды салқындату сұранысы үшін батарея ретінде пайдаланасыз.
Сондай-ақ жаңа тұжырымдамалар бар:Карно батареяларыэлектр қуатын жылу ретінде сақтайды және оны жылу қозғалтқыштары арқылы қайта түрлендіреді, -электрлік жылытуды ауыстыратын ыстық суға арналған резервуарлар, бүкіл аудандар үшін маусымдық жылу қоймасы. Жылу әлемі таңқаларлық терең.
Сутегі: Қойылмалы таңба
Сутегі энергиясын сақтаудың құмарлықты жақтаушылары мен қатал сыншылары бар және шынын айтсам, екеуінің де дұрыс ұпайлары бар.
Апелляция қарапайым: суды сутегі мен оттегіге (электролиз) бөлу үшін артық жаңартылатын электр энергиясын пайдаланыңыз. Сутекті сақтаңыз. Қуат қажет болғанда, оны отын ұяшығынан өткізіңіз немесе турбинада жағыңыз. Сутегі өте ұзақ уақыт-апталар, айлар, тіпті маусымдар бойына үлкен көлемдегі энергияны сақтай алады.
Сын да бірдей қарапайым: бару -саяхатының тиімділігі қорқынышты. Сіз электролизде 30% жоғалтасыз. Сіз қысу немесе сұйылту кезінде көбірек жоғалтасыз. Сіз қайтадан электр энергиясына айналдыруды жоғалтасыз. Аяқтау-соңына-, бастапқы қуатыңыздың 30-40% қайтарылуы мүмкін. Оны литий-ион үшін 85-90% салыстырыңыз.
Сонымен, сутегінің мағынасы қашан пайда болады? Ұзақ уақыт бойы шынымен үлкен көлемдегі энергияны сақтау қажет болғанда. Жоғары жылуды қажет ететін өнеркәсіптік процестерді көміртексіздендіру кезінде. Ұзақ қашықтыққа тасымалдауға болатын энергия тасымалдаушы қажет болғанда. Басқа опциялар тапсырманы орындай алмайтын кезде.
Германия сутегіге қатты ставка жасады. Жапония да солай. Австралия жасыл сутегін Азияға тасымалдау үшін экспорттық инфрақұрылымды салуда. Бұл бәс тігудің өтелуі батареялардың жақсаруынан- және батареялардың тез жақсаруынан тезірек шығындардың төмендеуіне байланысты.
Ультра-Қысқа-Ұзақтығы
Суперконденсаторларэнергияны электрохимиялық емес, электростатикалық түрде сақтайды. Олар бірден зарядтайды және разрядтай алады, миллиондаған циклдарды басқара алады және күлкілі қуат тығыздығын қамтамасыз етеді. Олар жасай алмайтын нәрсе - көп энергияны жинақтау. Тасымалдау контейнерінің өлшеміндегі суперконденсаторлық банк чемоданның өлшеміндегі батарея жинағын сақтай алады.
Олардың ең жақсы тұсы – өте қысқа мерзімдер: транзиттік жүйелердегі регенеративті тежеу, жаңартылатын қондырғылардағы қуат беруді тегістеу, UPS-ке батареялар ауысқанға дейін қажет қуаттың бір бөлігін - қамтамасыз етеді.
Асқын өткізгіш магниттік энергияны сақтау(SMES) одан да экзотикалық. Энергияны криогендік температураға дейін салқындатылған асқын өткізгіш катушкалар арқылы жасалған магнит өрісінде сақтаңыз. Жақын -лездік жауап, деградация жоқ, іс жүзінде шексіз цикл мерзімі. Бірақ асқын өткізгіштік температураны ұстап тұрудың шығындары мен күрделілігі SMES-ті тауашалық қолданбаларда-негізінен жартылай өткізгіш қондырғылар мен кернеудің бір сәтке төмендеуі миллиондаған ақшаға түсетін басқа қондырғыларға арналған қуат сапасын сақтап қалды.
Гравитацияны сақтау: жаңа ескі идея
Тағы бір айта кетерлік санат: гравитацияға негізделген-су айдалмайтын жүйелер.
Энергия қоймасымассивтік бетон блоктарын жинайтын және түсіретін кран жүйелерін салады. Қуат арзан болған кезде блоктарды көтеріңіз, қуат қажет болғанда генераторлар арқылы төмендетіңіз. Ол негізінен сусыз су айдалады.
Басқа компаниялар қараусыз қалған шахталарды-оңайдан төмен түсіріп, қайтадан жоғары көтеруде. Немесе мақсатты түрде салынған мұнаралар-. Немесе тіпті көлбеу жолдарда тау жыныстары тиелген вагондарды қамтитын тұжырымдамалар.
Қазылар алқасы олардың экономикалық тұрғыда бәсекеге түсе ала ма, жоқ па деген сұрақты әлі шешпейді. Гравитацияны сақтаудың энергия тығыздығы төмен-мағыналы энергияны сақтау үшін көп масса мен биіктік қажет. Бірақ қолдаушылар арзан материалдарды (бетон, қиыршық тас) және қарапайым механиканы пайдалану ұзақ уақыт қолданылатын қолданбалар үшін батареяларды шығынға-тұта алады деп санайды.
Сонымен, шын мәнінде не маңызды?
Осы уақытқа дейін оқыған болсаңыз, сізде сұрақ туындауы мүмкін: қай технология жеңеді?
Қате сұрақ.
Энергияны сақтау барлық нарықты-баға-жеңімпаз емес. Әртүрлі технологиялар ұзақтығы, жауап беру уақыты, орналасқан жері, құны құрылымы және қолданбасы негізінде әртүрлі тауашаларды сәйкестендіреді.
Миллисекундтарда жиілікті реттеу керек пе? Маховиктер немесе батареялар. Күн электр станциясына төрт сағаттық резерв қажет пе? Литий{1}}иондық немесе ағынды батареялар. Маусымдық жаңартылатын профицитті ауыстыру керек пе? Мүмкін сутегі, немесе география рұқсат етсе, айдалатын гидро. Сұраныс жоғары болған кезде ғимаратты салқындату керек пе? Мұз қоймасы.
Болашақтың торы бір сақтау технологиясымен жұмыс істемейді. Ол лезде жауап беру үшін{1}}бірнеше технологияларды, бірнеше минуттан сағатқа дейінгі батареяларды, күнделікті цикл үшін айдалатын суды, ұзақ уақытқа сутегіні немесе термалды қамтамасыз етеді. Ұзақтық спектріндегі әрбір ұяшық сол нақты қолданба үшін ең жақсы үнемділікті ұсынатын кез келген технологиямен толтырылуы мүмкін.
Бір қызығы, шығындар осы санаттардың барлығына дерлік түседі. Литий{1}}иондық батареяның құны өсті. Электролизерлер ұқсас оқу қисығымен жүреді. Ағынды батарея өндірісі ұлғаюда. Тіпті сорғы сулары да жабық контурлық жүйелер мен жерасты су қоймалары-мен инновацияларды көруде.
Он жыл бұрын бұлардың ешқайсысы ауқымды экономикалық тұрғыдан тиімді болып көрінбеді. Енді? Сақтау – энергетикалық сектордың ең жылдам дамып келе жатқан -сегменті.