Peranti storan tenaga moden, jenis storan tenaga yang paling biasa

Peranti storan tenaga adalah sistem yang menyimpan tenaga dalam pelbagai bentuk, seperti elektrokimia, kinetik, potensi, elektromagnet, kimia dan haba, menggunakan contohnya sel bahan api, bateri, kapasitor, roda tenaga, udara termampat, akumulator hidraulik, supermagnet, hidrogen, dll. .

Peranti storan tenaga ialah sumber yang penting dan sering digunakan untuk membekalkan kuasa tanpa gangguan atau untuk menyokong sistem kuasa semasa tempoh ketidakstabilan jangka pendek. Ia juga memainkan peranan penting dalam sistem tenaga boleh diperbaharui yang berdiri sendiri.

Kriteria utama untuk peranti storan tenaga yang diperlukan untuk aplikasi tertentu ialah:

• jumlah tenaga dari segi tenaga khusus (dalam Wh · kg -1) dan ketumpatan tenaga (dalam Wh · kg -1 atau Wh · l -1);
• kuasa elektrik, i.e. beban elektrik yang diperlukan;
• isipadu dan jisim;
• kebolehpercayaan;
• ketahanan;
• keselamatan;
• harga;
• boleh dikitar semula;
• kesan kepada alam sekitar.

Apabila memilih peranti storan tenaga, ciri-ciri berikut harus dipertimbangkan:

• kuasa khusus;
• kapasiti storan;
• tenaga khusus;
• masa tindak balas;
• kecekapan;
• kadar pelepasan diri / kitaran pengecasan;
• sensitiviti kepada haba;
• hayat caj-pelepasan;
• kesan terhadap alam sekitar;
• modal / kos operasi;
• perkhidmatan.

Peranti storan tenaga elektrik adalah sebahagian daripada peranti telekomunikasi (telefon mudah alih, telefon, walkie-talkie, dsb.), sistem kuasa sandaran dan kenderaan elektrik hibrid dalam bentuk komponen penyimpanan (bateri, superkapasitor dan sel bahan api).

Peranti storan tenaga, sama ada elektrik atau haba, diiktiraf sebagai teknologi tenaga bersih teras.

Penyimpanan tenaga jangka panjang mempunyai potensi besar untuk dunia yang kuasa angin dan solar menguasai penambahan loji janakuasa baharu dan secara beransur-ansur menggantikan sumber elektrik lain.

Angin dan solar hanya menghasilkan pada masa tertentu, jadi mereka memerlukan teknologi tambahan untuk membantu mengisi jurang.

Dalam dunia di mana bahagian penjanaan elektrik yang terputus-putus, bermusim dan tidak dapat diramalkan semakin meningkat dan risiko penyahsegerakan dengan penggunaan semakin meningkat, storan menjadikan sistem lebih fleksibel dengan menyerap semua perbezaan fasa antara pengeluaran dan penggunaan tenaga.

Akumulator berfungsi terutamanya sebagai penampan dan membolehkan pengurusan dan penyepaduan sumber tenaga boleh diperbaharui yang lebih mudah dalam grid dan dalam bangunan, menawarkan sedikit autonomi tanpa kehadiran angin dan matahari.

Dalam sistem penjana, mereka boleh menjimatkan bahan api dan membantu mengelakkan ketidakcekapan penjana dengan melayan beban semasa tempoh permintaan kuasa rendah apabila penjana kurang cekap.

Dengan menampan turun naik dalam penjanaan boleh diperbaharui, storan tenaga juga boleh mengurangkan kekerapan permulaan penjana.

Dalam sistem angin dan diesel dengan kuasa penembusan yang tinggi (di mana kuasa angin yang dipasang melebihi beban purata), walaupun jumlah simpanan yang sangat kecil secara mendadak mengurangkan kekerapan permulaan diesel.

Jenis peranti penyimpanan tenaga industri yang paling biasa:

Peranti storan tenaga industri

Peranti storan tenaga elektrokimia

Bateri, terutamanya bateri asid plumbum, kekal sebagai peranti storan tenaga yang utama.

Banyak jenis bateri yang kompetitif (nikel-kadmium, nikel-logam hidrida, litium-ion, natrium sulfur, logam-udara, bateri melalui aliran) mengatasi prestasi bateri asid plumbum dalam satu atau lebih aspek prestasi seperti hayat, kecekapan, ketumpatan tenaga , kadar caj dan pelepasan, prestasi cuaca sejuk atau penyelenggaraan diperlukan.

Dalam kebanyakan kes, bagaimanapun, kos rendah bagi setiap kilowatt-jam kapasiti menjadikan bateri asid plumbum pilihan terbaik.

Alternatif seperti roda tenaga, ultrakapasitor atau penyimpanan hidrogen mungkin berjaya secara komersial pada masa hadapan, tetapi jarang berlaku pada hari ini.

Bateri litium-ion (Li-ion) kini merupakan sumber kuasa moden untuk semua peranti elektronik pengguna moden. Ketumpatan tenaga isipadu bateri litium-ion prismatik untuk elektronik mudah alih telah meningkat dua kali ganda kepada tiga kali dalam tempoh 15 tahun yang lalu.

Memandangkan beberapa aplikasi baharu untuk bateri Li-ion muncul, seperti kenderaan elektrik dan sistem storan tenaga, reka bentuk sel dan keperluan prestasi sentiasa berubah dan memberikan cabaran unik kepada pengeluar bateri tradisional.

Oleh itu, permintaan tinggi untuk operasi yang selamat dan boleh dipercayai bagi bateri litium-ion bertenaga tinggi, berketumpatan kuasa tinggi menjadi tidak dapat dielakkan.

Aplikasi peranti penyimpanan tenaga elektrokimia dalam industri kuasa:

Loji akumulator, penggunaan bateri untuk menyimpan tenaga elektrik

Superkapasitor elektrokimia

Supercapacitors ialah peranti penyimpanan tenaga elektrokimia yang boleh dicas atau dinyahcas sepenuhnya dalam beberapa saat.

Dengan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, kos penyelenggaraan yang lebih rendah, julat suhu yang luas, dan kitaran tugas yang lebih lama berbanding bateri sekunder, superkapasitor telah menerima perhatian penyelidikan yang ketara dalam dekad yang lalu.

Mereka juga mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi daripada kapasitor dielektrik elektrik konvensional.Kapasiti penyimpanan superkapasitor bergantung pada pemisahan elektrostatik antara ion elektrolit dan elektrod luas permukaan yang besar.

Tenaga spesifik superkapasitor yang lebih rendah berbanding dengan bateri lithium-ion merupakan penghalang kepada penggunaannya yang meluas.

Meningkatkan prestasi supercapacitors adalah perlu untuk memenuhi keperluan sistem masa hadapan, daripada elektronik mudah alih kepada kenderaan elektrik dan peralatan industri yang besar.

Superkapasitor secara terperinci:
Ionist (supercapacitors) — peranti, aplikasi praktikal, kelebihan dan kekurangan

Penyimpanan tenaga udara termampat

Storan tenaga udara termampat ialah cara menyimpan tenaga yang dihasilkan pada satu masa untuk digunakan pada masa yang lain. Pada skala utiliti, tenaga yang dijana semasa tempoh permintaan tenaga rendah (luar puncak) boleh dilepaskan untuk memenuhi tempoh permintaan tinggi (beban puncak).

Storan isoterma udara termampat (CAES) ialah teknologi baharu yang cuba mengatasi beberapa batasan sistem tradisional (diabatik atau adiabatik).

Penyimpanan tenaga kriogenik

Britain merancang untuk membina 250 MWh simpanan udara cecair. Ia akan digabungkan dengan taman sumber tenaga boleh diperbaharui dan mengimbangi gangguan mereka.

Pentauliahan dijadualkan pada tahun 2022. Unit simpanan tenaga kriogenik akan berfungsi bersama-sama dengan Taman Tenaga Trafford berhampiran Manchester, di mana sebahagian daripada pengeluaran elektrik berasal daripada panel fotovoltaik dan turbin angin.

Kemudahan penyimpanan ini akan mengimbangi gangguan dalam penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui ini.

Prinsip operasi pemasangan ini akan berdasarkan dua kitaran menukar penghawa dingin.

Tenaga elektrik akan digunakan untuk menarik udara dan kemudian menyejukkannya pada suhu yang sangat rendah (-196 darjah) sehingga ia menjadi cecair. Ia kemudiannya akan disimpan dalam tangki besar, bertebat, tekanan rendah yang disesuaikan khas untuk kegunaan ini.

Kitaran kedua akan berlaku apabila terdapat keperluan untuk tenaga elektrik. Cecair kriogenik dipanaskan oleh penukar haba untuk meneruskan pengewapan dan mengembalikannya kepada keadaan gas.

Penyejatan cecair kriogenik menyebabkan isipadu gas mengembang, yang memacu turbin yang menjana elektrik.

Peranti storan tenaga kinetik

Roda tenaga ialah peranti mekanikal berputar yang digunakan untuk menyimpan tenaga putaran. Roda tenaga boleh menangkap tenaga daripada sumber tenaga terputus-putus dari semasa ke semasa dan menyediakan bekalan tenaga elektrik yang berterusan kepada grid.

Sistem penyimpanan tenaga roda tenaga menggunakan tenaga elektrik input yang disimpan sebagai tenaga kinetik.

Walaupun fizik sistem mekanikal selalunya agak mudah (seperti memusing roda tenaga atau mengangkat berat), teknologi yang membolehkan daya ini digunakan dengan berkesan dan cekap adalah sangat maju.

Bahan berteknologi tinggi, sistem kawalan komputer terkini dan reka bentuk yang inovatif menjadikan sistem ini sesuai untuk aplikasi sebenar.

Sistem UPS untuk storan kinetik komersial terdiri daripada tiga subsistem:

• peranti storan tenaga, biasanya roda tenaga;
• peranti pengedaran;
• penjana berasingan yang boleh dimulakan untuk menyediakan kuasa tahan kerosakan ke atas kapasiti penyimpanan tenaga.

Roda tenaga boleh disepadukan dengan penjana sandaran, yang meningkatkan kebolehpercayaan dengan menyambung terus sistem mekanikal.

Lebih lanjut mengenai peranti ini:

Peranti storan tenaga kinetik untuk industri kuasa

Bagaimana peranti storan tenaga roda tenaga (kinetik) disusun dan berfungsi

Penyimpanan Tenaga Magnet Superkonduktor Suhu Tinggi (SMES) untuk Grid Kuasa:

Bagaimana sistem penyimpanan tenaga magnet superkonduktor berfungsi dan beroperasi