Dispositius d'emmagatzematge d'energia moderns, els tipus més comuns d'emmagatzematge d'energia
Dispositius d'emmagatzematge d'energia són sistemes que emmagatzemen energia de diverses formes, com electroquímica, cinètica, potencial, electromagnètica, química i tèrmica, utilitzant per exemple piles de combustible, bateries, condensadors, volants, aire comprimit, acumuladors hidràulics, superimants, hidrogen, etc. .
Els dispositius d'emmagatzematge d'energia són un recurs important i sovint s'utilitzen per proporcionar energia ininterrompuda o per donar suport al sistema elèctric durant períodes d'inestabilitat a molt curt termini. També tenen un paper important en els sistemes d'energia renovable autònoms.
Els principals criteris per als dispositius d'emmagatzematge d'energia necessaris per a una aplicació específica són:
- la quantitat d'energia en termes d'energia específica (en Wh · kg -1) i densitat d'energia (en Wh · kg -1 o Wh · l -1);
- energia elèctrica, és a dir. càrrega elèctrica necessària;
- volum i massa;
- fiabilitat;
- durabilitat;
- seguretat;
- preu;
- reciclable;
- impacte en el medi ambient.
En triar dispositius d'emmagatzematge d'energia, s'han de tenir en compte les característiques següents:
- poder específic;
- capacitat d'emmagatzematge;
- energia específica;
- temps de reacció;
- eficiència;
- velocitat d'autodescàrrega / cicles de càrrega;
- sensibilitat a la calor;
- vida de càrrega-descàrrega;
- impacte en el medi ambient;
- costos de capital / operació;
- servei.
Els dispositius d'emmagatzematge d'energia elèctrica formen part integral dels dispositius de telecomunicacions (telèfons mòbils, telèfons, walkie-talkies, etc.), dels sistemes d'alimentació de reserva i dels vehicles elèctrics híbrids en forma de components d'emmagatzematge (bateries, supercondensadors i piles de combustible).
Els dispositius d'emmagatzematge d'energia, ja siguin elèctrics o tèrmics, són reconeguts com a tecnologies bàsiques d'energia neta.
L'emmagatzematge d'energia a llarg termini té un gran potencial per a un món on l'energia eòlica i solar dominen l'addició de noves centrals elèctriques i substitueixen gradualment altres fonts d'electricitat.
L'eòlica i la solar només produeixen en determinats moments, de manera que necessiten tecnologia addicional per ajudar a omplir els buits.
En un món on augmenta la proporció de generació d'electricitat intermitent, estacional i impredictible i augmenta el risc de desincronització amb el consum, l'emmagatzematge fa que el sistema sigui més flexible absorbint totes les diferències de fase entre la producció i el consum d'energia.
Els acumuladors serveixen principalment com a amortidor i permeten una gestió i integració més fàcil de les fonts d'energia renovables tant a la xarxa com als edificis, oferint certa autonomia en absència de vent i sol.
En els sistemes de generadors, poden estalviar combustible i ajudar a evitar les ineficiències del generador servint la càrrega durant els períodes de baixa demanda d'energia quan el generador és menys eficient.
Mitjançant l'amortiment de les fluctuacions en la generació renovable, l'emmagatzematge d'energia també pot reduir la freqüència de posada en marxa dels generadors.
En sistemes eòlics i dièsel amb una gran potència de penetració (on la potència eòlica instal·lada supera la càrrega mitjana), fins i tot una quantitat molt petita d'emmagatzematge redueix dràsticament la freqüència d'arrencada del dièsel.
Els tipus més comuns de dispositius d'emmagatzematge d'energia industrial:
Dispositius d'emmagatzematge d'energia industrial
Dispositius d'emmagatzematge d'energia electroquímica
Les bateries, especialment les de plom-àcid, segueixen sent el dispositiu d'emmagatzematge d'energia predominant.
Molts tipus de bateries competitives (níquel-cadmi, hidrur de níquel-metall, ions de liti, sofre de sodi, metall-aire, bateries de flux) superen les bateries de plom-àcid en un o més aspectes del rendiment, com ara la vida útil, l'eficiència, la densitat d'energia. , taxa de càrrega i descàrrega, rendiment en temps fred o manteniment necessari.
En la majoria dels casos, però, el seu baix cost per quilowatt-hora de capacitat fa que les bateries de plom-àcid siguin la millor opció.
Alternatives com ara volants, ultracondensadors o emmagatzematge d'hidrogen poden tenir èxit comercial en el futur, però avui són rares.
Les bateries d'ions de liti (Li-ion) són ara una font d'alimentació moderna per a tots els dispositius electrònics de consum moderns. La densitat d'energia volumètrica de les bateries prismàtiques d'ions de liti per a electrònica portàtil s'ha duplicat fins a tres vegades durant els últims 15 anys.
A mesura que sorgeixen diverses aplicacions noves per a bateries d'ió de liti, com ara vehicles elèctrics i sistemes d'emmagatzematge d'energia, els requisits de disseny i rendiment de les cèl·lules canvien constantment i presenten reptes únics per als fabricants tradicionals de bateries.
Així, l'alta demanda d'un funcionament segur i fiable de bateries d'ió de liti d'alta energia i densitat de potència es fa inevitable.
Aplicació de dispositius d'emmagatzematge d'energia electroquímica a la indústria elèctrica:
Plantes d'acumulació, l'ús de bateries per emmagatzemar energia elèctrica
Supercondensadors electroquímics
Els supercondensadors són dispositius d'emmagatzematge d'energia electroquímica que es poden carregar o descarregar completament en segons.
Amb la seva major densitat de potència, menors costos de manteniment, ampli rang de temperatures i un cicle de treball més llarg en comparació amb les bateries secundàries, els supercondensadors han rebut una atenció important en la investigació durant l'última dècada.
També tenen una densitat d'energia més alta que els condensadors dielèctrics convencionals.La capacitat d'emmagatzematge d'un supercondensador depèn de la separació electrostàtica entre els ions electròlits i els elèctrodes de gran superfície.
La menor energia específica dels supercondensadors en comparació amb les bateries d'ions de liti és un obstacle per al seu ús generalitzat.
La millora del rendiment dels supercondensadors és necessària per satisfer les necessitats dels futurs sistemes, des de l'electrònica portàtil fins als vehicles elèctrics i els grans equips industrials.
Supercondensadors en detall:
Ionistes (supercondensadors): dispositiu, aplicació pràctica, avantatges i desavantatges
Emmagatzematge d'energia d'aire comprimit
L'emmagatzematge d'energia d'aire comprimit és una manera d'emmagatzemar l'energia produïda en un moment per utilitzar-la en un altre moment. A escala de serveis públics, l'energia generada durant els períodes de baixa demanda d'energia (fora punta) es pot alliberar per satisfer períodes de gran demanda (càrrega punta).
L'emmagatzematge isotèrmic d'aire comprimit (CAES) és una nova tecnologia que intenta superar algunes de les limitacions dels sistemes tradicionals (diabàtics o adiabàtics).
Emmagatzematge d'energia criogènica
Gran Bretanya té previst construir 250 MWh d'emmagatzematge d'aire liquat. Es combinarà amb un parc d'energies renovables i compensarà les seves interrupcions.
La posada en funcionament està prevista per al 2022. Les unitats d'emmagatzematge d'energia criogènica funcionaran conjuntament amb el Trafford Energy Park, prop de Manchester, on part de la producció d'electricitat prové de plaques fotovoltaiques i turbines eòliques.
Aquest emmagatzematge compensarà les interrupcions en l'ús d'aquestes fonts d'energia renovables.
El principi de funcionament d'aquesta instal·lació es basarà en dos cicles de canvi de l'aire condicionat.
L'energia elèctrica s'utilitzarà per extreure aire i després refredar-lo a temperatures molt baixes (-196 graus) fins que es converteixi en líquid. Després s'emmagatzemarà en grans dipòsits aïllats i de baixa pressió especialment adaptats per a aquest ús.
El segon cicle es farà quan hi hagi una necessitat d'energia elèctrica. El líquid criogènic s'escalfa mitjançant un intercanviador de calor per continuar la vaporització i tornar-lo a un estat gasós.
L'evaporació del líquid criogènic fa que el volum de gas s'expandeixi, que impulsa les turbines que generen electricitat.
Dispositius d'emmagatzematge d'energia cinètica
Un volant és un dispositiu mecànic giratori que s'utilitza per emmagatzemar energia de rotació. El volant pot captar energia de fonts d'energia intermitents al llarg del temps i proporcionar un subministrament continu d'energia elèctrica a la xarxa.
Els sistemes d'emmagatzematge d'energia del volant utilitzen energia elèctrica d'entrada que s'emmagatzema com a energia cinètica.
Tot i que la física dels sistemes mecànics sovint és bastant simple (com ara girar un volant o aixecar peses), les tecnologies que permeten utilitzar aquestes forces de manera eficaç i eficient són especialment avançades.
Els materials d'alta tecnologia, els últims sistemes de control informàtic i el disseny innovador fan que aquests sistemes siguin adequats per a aplicacions reals.
Els sistemes SAI per a emmagatzematge cinètic comercial consten de tres subsistemes:
- dispositius d'emmagatzematge d'energia, generalment un volant;
- dispositius de distribució;
- un generador independent que es pot iniciar per proporcionar una potència tolerant a fallades sobre la capacitat d'emmagatzematge d'energia.
El volant es pot integrar amb un generador de seguretat, que millora la fiabilitat connectant directament els sistemes mecànics.
Més informació sobre aquests dispositius:
Dispositius d'emmagatzematge d'energia cinètica per a la indústria elèctrica
Com estan disposats i com funcionen els dispositius d'emmagatzematge d'energia del volant (cinètic).
Emmagatzematge d'energia magnètica superconductora d'alta temperatura (SMES) per a xarxes elèctriques:
Com funcionen i funcionen els sistemes d'emmagatzematge d'energia magnètica superconductora