Съхранението на енергия е процес на улавяне и съхраняване на енергия от различни източници и превръщането й във форма, която може да се използва по-късно. Съхранението на енергия може да помогне на потребителите, комуналните услуги и околната среда чрез осигуряване на набор от предимства, като спестяване на пари, подобряване на надеждността и устойчивостта, интегриране на възобновяема енергия и намаляване на емисиите. В тази статия ще разгледаме основните видове и приложения на съхранение на енергия, как работи и защо е важно за бъдещето на енергията.
Видове съхранение на енергия
Има много различни начини за съхраняване на енергия в зависимост от източника, формата и целта на енергията. Най-общо съхранението на енергия може да се класифицира в пет широки категории: батерии, термични, механични, помпени хидро и водородни. Всяка категория има своите предимства и недостатъци и всяка технология в категорията има свои собствени характеристики и спецификации. Ето някои примери за съществуващи и нововъзникващи технологии за съхранение на енергия във всяка категория:
Батерии
Батерии са устройства, които съхраняват електрическа енергия под формата на химическа енергия и я освобождават, когато е необходимо. Батериите могат да се използват за различни приложения, като захранване на електрически превозни средства, осигуряване на резервно захранване и поддържане на мрежата. Батериите могат да бъдат разделени на два вида: първични и вторични. Първичните батерии са за еднократна употреба и не могат да се презареждат, докато вторичните батерии са акумулаторни и могат да се използват многократно. Някои от често срещаните видове батерии са:
- **Оловно-киселинни батерии**: Това са най-старият и най-широко използван тип акумулаторни батерии. Те са евтини, надеждни и лесни за рециклиране, но имат ниска енергийна плътност, кратък живот и екологични проблеми.
- **Литиево-йонни батерии**: Това са най-популярният тип акумулаторни батерии за потребителска електроника и електрически превозни средства. Те имат висока енергийна плътност, дълъг живот и бързо зареждане, но са скъпи, склонни към прегряване и трудни за рециклиране.
- **Проточни батерии**: Това са вид акумулаторни батерии, които използват течни електролити, съхранявани във външни резервоари. Те имат ниска енергийна плътност, но висока плътност на мощността, дълъг живот и мащабируемост. Те са подходящи за широкомащабни и дълготрайни приложения за съхранение на енергия, като стабилизиране на мрежата и интегриране на възобновяеми източници.
- **Твърдотелни батерии**: Това са вид акумулаторни батерии, които използват твърди електролити вместо течни. Те имат по-висока енергийна плътност, по-дълъг живот и по-добра безопасност от литиево-йонните батерии, но все още са в етап на изследване и развитие и са изправени пред предизвикателства като висока цена и ниска плътност на мощността.
Съхранение на топлинна енергия
Съхранение на топлинна енергия е процес на съхраняване на топлинна или студена енергия под формата на осезаема, латентна или термохимична енергия и освобождаването й, когато е необходимо. Съхранението на топлинна енергия може да се използва за различни приложения, като например отопление и охлаждане на сгради, осигуряване на намаляване на върховото натоварване и повишаване на ефективността на електроцентралите. Някои от често срещаните видове съхранение на топлинна енергия са:
Разумно съхранение на топлина: Това е най-простият и най-широко използван тип съхранение на топлинна енергия. Това включва съхраняване на топлинна или студена енергия в среда, като вода, въздух или скали, без промяна на нейната фаза. Количеството съхранявана енергия зависи от масата, специфичната топлина и температурната разлика на средата.
Латентно съхранение на топлина: Това е вид съхранение на топлинна енергия, което включва съхраняване на топлина или студена енергия в среда, която претърпява фазова промяна, като вода, лед или парафин. Количеството съхранявана енергия зависи от масата и латентната топлина на средата. Латентното съхранение на топлина може да съхранява повече енергия на единица маса и обем, отколкото разумното съхранение на топлина, но изисква прецизен контрол на температурата, за да се поддържа фазовата промяна.
Термохимично съхранение на енергия: Това е вид съхранение на топлинна енергия, което включва съхраняване на топлина или студена енергия в среда, която претърпява обратима химическа реакция, като метални хидриди, солеви хидрати или сорбционни материали. Количеството съхранена енергия зависи от масата и енталпията на реакцията. Термохимичното съхранение на енергия може да съхранява повече енергия на единица маса и обем от съхранението на латентна топлина и може да съхранява енергия за дълго време без загуби, но изисква сложна система от реактори и топлообменници.
Механично съхранение на енергия
Механичното съхранение на енергия е процес на съхраняване на енергия под формата на кинетична или потенциална енергия и освобождаването й, когато е необходимо. Механичното съхранение на енергия може да се използва за различни приложения, като балансиране на мрежата, осигуряване на регулиране на честотата и подобряване на производителността на възобновяемите енергийни източници. Някои от често срещаните видове съхранение на механична енергия са:
Съхранение на енергия на маховика: Това е вид механично съхранение на енергия, което включва съхраняване на енергия във въртяща се маса, като стоманено или композитно колело, и освобождаването й чрез забавяне на въртенето. Количеството съхранена енергия зависи от масата, радиуса и ъгловата скорост на колелото. Съхранение на енергия с маховик може да осигури висока мощност, бърза реакция и дълъг живот, но изисква високоскоростен двигател, вакуумна камера и магнитен лагер за намаляване на триенето и загубите.
Съхранение на енергия от сгъстен въздух: Това е вид механично съхранение на енергия, което включва съхраняване на енергия в сгъстен въздух и освобождаването й чрез разширяване на въздуха през турбина или бутало. Количеството съхранявана енергия зависи от обема, налягането и температурата на въздуха. Съхранението на енергия със сгъстен въздух може да осигури широкомащабно и дълготрайно съхранение на енергия, но изисква голяма подземна пещера или резервоар за газ и топлообменник или горивна горелка за поддържане на температурата на въздуха.
Гравитационно съхранение на енергия: Това е вид механично съхранение на енергия, което включва съхраняване на енергия в повдигната маса, като бетонен блок, влак или кран, и освобождаването й чрез понижаване на масата. Количеството съхранена енергия зависи от масата, височината и гравитацията на системата. Гравитационното съхранение на енергия може да осигури широкомащабно и дълготрайно съхранение на енергия, но изисква голяма земна площ и механична система за повдигане и спускане на масата.
Помпено водно съхранение на енергия
Помпено водно съхранение на енергия е най-зрелият и широко използван тип съхранение на енергия в света. Това включва съхраняване на енергия във водата и нейното освобождаване чрез преобразуване на потенциалната енергия на водата в електричество. Количеството съхранена енергия зависи от обема, напора и ефективността на системата. Помпено съхранение на хидроенергия може да осигури широкомащабно и дълготрайно съхранение на енергия, но изисква голяма земна площ, голяма разлика в надморската височина и голямо въздействие върху околната среда.
Съхранение на водородна енергия
Съхранението на водородна енергия е процес на съхраняване на енергия във водород и освобождаването й чрез преобразуване на химическата енергия на водорода в електричество или топлина. Количеството съхранена енергия зависи от масата, плътността и ефективността на системата. Съхранението на водородна енергия може да осигури широкомащабно и дълготрайно съхранение на енергия, но изисква голямо количество електричество, вода и инфраструктура за производство, съхранение и транспортиране на водород.
Как работи съхранението на енергия
Съхранението на енергия работи, като преобразува енергията от една форма в друга, съхранява я в система или устройство и я освобождава, когато е необходима или по-ценна. Основните принципи и процеси на съхранение на енергия са:
Зареждане
Това е процес на прехвърляне на енергия от източник, като например мрежа, електроцентрала или възобновяем генератор, към система или устройство за съхранение на енергия и преобразуването й във форма, която може да се съхранява, като електричество, топлина, студена, химическа, кинетична или потенциална енергия.
Съхранение
Това е процесът на запазване на енергията в системата или устройството за съхранение на енергия, докато стане необходима или стане по-ценна. Продължителността и капацитетът на хранилището зависят от вида и характеристиките на системата или устройството, както и от външни фактори, като температура, налягане и загуби.
Разтоварване
Това е процесът на прехвърляне на енергия от системата или устройството за съхранение на енергия към товар, като консуматор, електрическа мрежа или мрежа, и преобразуването й във форма, която може да се използва, като електричество, топлина, студ, химикал , кинетична или потенциална енергия.
Ключовите фактори, които влияят върху производителността и ефективността на системите или устройствата за съхранение на енергия, са:
Захранване
Това е скоростта, с която енергията може да бъде прехвърлена към или от системата или устройството за съхранение на енергия. Измерва се във ватове (W) или киловати (kW). Мощността определя колко бързо системата или устройството за съхранение на енергия може да се зарежда или разрежда и колко добре може да реагира на колебанията в търсенето или предлагането.
Енергия
Това е количеството енергия, което може да бъде съхранено или освободено от системата или устройството за съхранение на енергия. Измерва се във ват-часове (Wh) или киловат-часове (kWh). Енергията определя колко дълго може да работи системата или устройството за съхранение на енергия и колко може да допринесе за енергийния баланс или сигурност.
Ефективност
Това е съотношението на изходната енергия към входящата енергия на системата или устройството за съхранение на енергия. Измерва се в процент (%). Ефективността определя колко енергия се губи по време на процесите на зареждане и разреждане и колко рентабилна е системата или устройството за съхранение на енергия.
Живот
Това е броят на циклите или годините, през които системата или устройството за съхранение на енергия може да работи, преди работата му да се влоши значително. Измерва се в цикли или години. Продължителността на живота определя колко издръжлива и надеждна е системата или устройството за съхранение на енергия и колко често трябва да се подменя или поддържа.
Ползи от съхранението на енергия
Съхранението на енергия има много предимства, които могат да го направят ценен инструмент за посрещане на различни енергийни нужди и цели. Чрез подобряване на общата ефективност, гъвкавост и надеждност на енергийната система, съхранението на енергия може да спести пари, да подобри устойчивостта, да интегрира възобновяема енергия и да намали въздействието върху околната среда. Ето някои от основните предимства на съхранението на енергия, подкрепени с данни и статистики от авторитетни източници:
Спестяване на пари
Съхраняването на енергия може да спести оперативни разходи за захранване на мрежата, както и да спести пари за потребителите на електроенергия, които инсталират съхранение на енергия в домовете и бизнеса си. Съхранението на енергия може да намали разходите за предоставяне на услуги за регулиране на честотата и въртящи се резерви, както и да компенсира разходите за потребителите чрез съхраняване на евтина енергия и използването й по-късно, по време на пикови периоди при по-високи цени на електроенергията. Използвайки съхранение на енергия по време на кратки прекъсвания, предприятията могат да избегнат скъпоструващи прекъсвания и да продължат нормалната работа. Жителите могат да се спасят от изгубената храна и лекарства, както и от неудобството да нямат електричество. И има опция както за бизнеса, така и за домашните потребители да участват в програми за отговор на търсенето, когато има такива.
Според проучване на International Агенция за възобновяема енергия (IRENA)глобалните спестявания на разходи от внедряването на съхранение на енергия могат да достигнат 156 милиарда щатски долара годишно до 2030 г. Друго проучване на САЩ Министерство на енергетиката (DOE) изчислява, че съхранението на енергия може да спести до 4 милиарда щатски долара годишно в Съединените щати до 2020 г.
Подобряване на надеждността и устойчивостта
Съхранението на енергия може да осигури резервно захранване по време на прекъсвания, като например бури, кибератаки или повреди на оборудването. Същата концепция, която се прилага за резервно захранване за отделно устройство (напр. аларма за дим, която се включва в дома, но има и резервна батерия), може да бъде мащабирана до цяла сграда или дори мрежата като цяло. Съхранението осигурява гъвкавост на мрежата, за да се осигури непрекъснато захранване на потребителите, когато и където имат нужда. Тази гъвкавост е от решаващо значение както за надеждността, така и за устойчивостта. Тъй като разходите за прекъсвания продължават да нарастват, стойността на повишената надеждност и подобренията в устойчивостта също се увеличават.
Според доклад на Национална лаборатория за възобновяема енергия (NREL), годишните разходи за прекъсване на захранването в Съединените щати бяха оценени на 79 милиарда щатски долара през 2015 г. Съхранението на енергия може да помогне за намаляване на тези разходи чрез предоставяне на резервно захранване и мрежови услуги. Например, през 2017 г. Tesla инсталира батерийна система от 100 MW/129 MWh в Южна Австралия, която помогна за стабилизиране на мрежата и предотвратяване на прекъсвания, спестявайки около 116 милиона австралийски долара през първата година на работа.
Интегриране на възобновяема енергия
Съхранението на енергия може да изглади доставката на променливи или периодични ресурси като вятър и слънце, като съхранява излишната енергия, когато вятърът духа и слънцето грее, и я доставя, когато се случва обратното. Но съхранението може също така да подпомогне ефективното доставяне на електроенергия за негъвкави, базови ресурси, като ядрена енергия и въглища. Съхранението на енергия може да помогне за увеличаване на навлизането и използването на възобновяема енергия, намаляване на ограничаването и загубата на чиста енергия и намаляване на зависимостта и емисиите от изкопаеми горива.
Според IRENA съхранението на енергия може да позволи интегрирането на до 80% от променлива възобновяема енергия в някои региони до 2050 г. Друго проучване на NREL установи, че съхранението на енергия може да намали ограничаването на вятърната и слънчевата енергия в Съединените щати със 78% до 2050 г.
Намаляване на въздействието върху околната среда
Съхраняването на енергия може да помогне за намаляване на въздействието върху околната среда на енергийния сектор, като емисиите на парникови газове, замърсяването на въздуха, потреблението на вода и използването на земята. Като позволява интегрирането на повече възобновяема енергия, съхранението на енергия може да измести генерирането и емисиите на изкопаеми горива. Чрез подобряване на ефективността и гъвкавостта на енергийната система, съхранението на енергия може да намали необходимостта от нови електроцентрали и преносни линии, както и свързаните с тях въздействия върху околната среда.
Според доклад на Международна енергийна агенция (IEA), съхранението на енергия може да намали глобалните емисии на CO2 от енергийния сектор с 6% до 2040 г. Друг доклад на DOE изчислява, че съхранението на енергия може да намали потреблението на вода в енергийния сектор на САЩ с 25% до 2050 г.
Заключение
Съхранението на енергия е мощен и многофункционален инструмент, който може да ни помогне да посрещнем енергийните си нужди и цели по по-ефективен, гъвкав и устойчив начин. Чрез съхраняване на енергия в различни форми и освобождаването й, когато е необходимо или по-ценно, съхранението на енергия може да осигури набор от предимства, като спестяване на пари, подобряване на надеждността и устойчивостта, интегриране на възобновяема енергия и намаляване на въздействието върху околната среда. Съхранението на енергия не е универсално решение, а разнообразна и динамична област, която предлага много опции и възможности за различни приложения и сценарии. Съхранението на енергия е не само технология, но и визия за бъдещето на енергията. Ако имате нужда Домашно съхранение на енергия, можете да се свържете с нас и ние ще се радваме да помогнем!
