Каковы различные типы хранения энергии?

Какие существуют виды хранения энергии?

Хранение энергии является важнейшим аспектом современного общества, позволяющим эффективно использовать и управлять различными источниками энергии. В связи с растущим спросом на возобновляемую энергию и необходимостью решения проблемы прерывистого энергоснабжения системы хранения энергии приобрели все большее значение. В этой статье мы рассмотрим различные типы технологий хранения энергии, их применение, а также их преимущества и недостатки.

1. Хранение механической энергии.

Хранение механической энергии предполагает преобразование и сохранение механической энергии для последующего использования. Существуют различные технологии хранения механической энергии, в том числе:

1.1 Насосная гидроэлектростанция

Насосное гидроаккумулирование является одной из наиболее хорошо зарекомендовавших себя и широко используемых систем хранения энергии. Он работает, перекачивая воду из нижнего резервуара в верхний резервуар, когда имеется избыток электроэнергии, а затем выпуская ее через турбины для выработки электроэнергии, когда наблюдается пиковый спрос. Системы гидроаккумулирования гидроэлектроэнергии обладают высокой энергоемкостью и эффективностью, но требуют подходящей топографии и крупномасштабной инфраструктуры.

1.2 Хранение энергии сжатого воздуха (CAES)

Системы хранения энергии в сжатом воздухе (CAES) хранят энергию путем сжатия воздуха и хранения его в подземных пещерах или резервуарах. Когда потребность в электроэнергии увеличивается, сжатый воздух высвобождается, и его расширение приводит в движение турбину для выработки электроэнергии. CAES — это гибкая технология, масштабируемая до различных размеров и способная обеспечить долговременное хранение энергии. Однако эффективность CAES относительно ниже по сравнению с другими технологиями хранения.

1.3 Маховики

Системы накопления энергии на маховике накапливают энергию, вращая ротор на высоких скоростях и поддерживая его с помощью механических подшипников. Когда требуется электричество, маховик передает накопленную энергию обратно в электрическую сеть через генератор. Маховики имеют быстрое время отклика и могут обеспечить кратковременное накопление энергии. Однако их энергоемкость ограничена, и они могут испытывать механические потери и фрикционный нагрев.

2. Хранение электрической энергии.

Хранение электрической энергии предполагает преобразование и хранение электрической энергии в различных формах. Некоторые распространенные технологии хранения электроэнергии включают в себя:

2.1 Батареи

Аккумуляторы широко используются для хранения энергии в портативных электронных устройствах, электромобилях и системах возобновляемых источников энергии. Они преобразуют химическую энергию в электрическую и сохраняют ее для дальнейшего использования. Различные типы аккумуляторов, такие как литий-ионные, свинцово-кислотные и никель-кадмиевые, имеют разную плотность энергии, емкость и срок службы. Аккумуляторы универсальны и могут использоваться в различных приложениях, но могут иметь ограничения с точки зрения стоимости, воздействия на окружающую среду и переработки.

2.2 Суперконденсаторы

Суперконденсаторы или ультраконденсаторы накапливают энергию путем электростатического заряда и разряда ионов на поверхности электрода. Они имеют высокую плотность мощности, возможность быстрой зарядки и разрядки, а также более длительный срок службы по сравнению с батареями. Суперконденсаторы подходят для приложений, требующих кратковременной мощности, таких как рекуперативное торможение в транспортных средствах и стабилизация сети. Однако их плотность энергии ниже, что ограничивает их способность к долговременному хранению энергии.

2.3 Проточные батареи

Проточные батареи хранят энергию в химических растворах, размещенных в отдельных резервуарах. Во время зарядки или разрядки растворы проходят через электрохимическую ячейку, где преобразуется энергия. Проточные батареи представляют собой масштабируемое хранилище энергии с возможностью одновременной зарядки и разрядки, что делает их подходящими для сетевых приложений. Однако они могут иметь сложную конструкцию системы, более низкую плотность энергии и проблемы, связанные с управлением химическими растворами.

3. Хранение тепловой энергии

Системы хранения тепловой энергии хранят и выделяют тепловую энергию для последующего использования. Они часто используются в процессах отопления, охлаждения и производства электроэнергии. Некоторые распространенные технологии хранения тепловой энергии включают в себя:

3.1 Разумное накопление тепла

Для явного хранения тепла используются материалы с высокой удельной теплоемкостью для поглощения и выделения тепла. Этого можно достичь, используя каменные пласты, резервуары для воды или материалы с фазовым переходом. Разумное накопление тепла является надежным, экономически эффективным и позволяет хранить большое количество энергии в течение длительного времени. Однако емкость хранилища может быть ограничена, и в процессе хранения могут возникнуть тепловые потери.

3.2 Накопление скрытого тепла

Для хранения скрытого тепла используются материалы с фазовым переходом, которые поглощают или выделяют тепло во время фазового перехода, например твердое тело-жидкость или жидкость-газ. Материалы хранят большое количество энергии в небольшом объеме, обеспечивая эффективное хранение тепловой энергии. Системы хранения скрытого тепла используются в таких приложениях, как солнечные тепловые электростанции и отопление помещений. Однако материалы с фазовым переходом могут быть дорогими, и выбор подходящих материалов имеет решающее значение для оптимальной производительности.

3.3 Термохимическое хранение

Термохимические системы хранения основаны на химических реакциях, которые сохраняют и выделяют тепло. Они используют энергию, поглощенную во время эндотермической реакции, и высвобождают ее, запуская экзотермическую реакцию. Термохимическое хранение обеспечивает высокую плотность энергии и возможность длительного хранения. Однако эффективность велосипедного движения и общая сложность системы являются проблемами, которые необходимо решить для широкого внедрения.

4. Хранение химической энергии.

Хранение химической энергии предполагает хранение энергии в виде химических веществ, которые впоследствии могут быть преобразованы в электрическую или тепловую энергию. Одним из ярких примеров является:

4.1 Водород

Водород можно производить электролизом или другими методами и хранить для последующего использования. Его можно сжигать в топливных элементах для выработки электроэнергии или использовать в качестве топлива для транспорта. Водород имеет высокую энергетическую плотность и может быть получен из возобновляемых источников. Однако проблемы включают эффективность производства, развитие инфраструктуры и соображения безопасности.

Заключение

Технологии хранения энергии играют решающую роль в повышении надежности и эффективности энергетических систем. Каждый тип технологии хранения энергии имеет свои преимущества и ограничения, а их пригодность зависит от конкретного применения и требований. Продолжающееся развитие и внедрение различных технологий хранения энергии будет способствовать более устойчивому и устойчивому энергетическому будущему.