Какво е съхранение на слънчева енергия?

Слънчевата енергия е един от най-изобилните и чисти източници на възобновяема енергия на планетата. Той обаче има и основен недостатък: периодичен е и променлив. Това означава, че количеството налична слънчева енергия във всеки един момент зависи от фактори като времето, времето на деня и сезона. Следователно слънчевата енергия сама по себе си не може да отговори на постоянното и надеждно търсене на електроенергия в съвременното общество.

Тук се намесва съхранението на слънчева енергия. Съхраняването на слънчева енергия е процесът на улавяне и съхраняване на излишната слънчева енергия, когато е налична, и освобождаването й, когато е необходима. По този начин слънчевата енергиен запас може да преодолее ограниченията на слънчевата енергия и да я направи по-съвместима с мрежата и потребителите.

Видове съхранение на слънчева енергия

Съхранението на слънчева енергия може да се класифицира в четири основни типа въз основа на формата на енергията, която се съхранява: помпена хидро, батерии, термична и механична. Всеки тип съхранение има свои собствени характеристики, предимства и недостатъци, които определят неговата пригодност за различни приложения и сценарии.

Помпена хидро

Помпената хидроенергия е най-широко използваната и зряла форма за съхранение на енергия, която представлява около 96% от глобалния капацитет за съхранение на енергия. Помпената хидроенергия работи, като използва излишък от електричество за изпомпване на вода от по-нисък резервоар към по-висок резервоар, където се съхранява като гравитационна потенциална енергия. Когато е необходимо електричество, водата се освобождава от по-високия резервоар и протича през турбина, която преобразува потенциалната енергия обратно в електричество.

Помпената хидроенергия предлага няколко предимства:

1. Изобилие от енергия и мощност: Помпената хидроенергия е в състояние да съхранява и доставя огромни количества енергия и мощност, вариращи от стотици мегавата (MW) до няколко гигавата (GW), за няколко часа или дори дни.

2. Висока ефективност: С двупосочен коефициент на полезно действие от 70-85%, помпената водна вода осигурява минимални загуби на енергия, което я прави много ефективна в процесите на съхранение и преобразуване на енергия.

3. Дълголетие: Помпените хидросъоръжения могат да се похвалят с десетилетия дълъг живот с минимални разходи за разграждане и поддръжка.

4. Ефективност на разходите: Особено в широкомащабни и дългосрочни приложения, помпените хидроенергийни системи се отличават с ниските си експлоатационни и нивелирани разходи.

Има обаче и недостатъци, които трябва да имате предвид:

1. Висока първоначална инвестиция: Изграждането на необходимата инфраструктура като язовири, резервоари, тръби и турбини изисква значителен първоначален капитал.

2. Ограничена наличност на сайта: Намирането на подходящи места с подходящи водни ресурси, разлики в надморската височина, достатъчна земна площ и приемливи екологични и социални условия може да бъде предизвикателство.

3. Удължено време за строителство: Изграждането и въвеждането в експлоатация на помпени хидросъоръжения обикновено обхваща няколко години или повече, което води до дълги срокове за изпълнение.

4. Въздействието върху околната среда: Помпените хидропроекти могат да имат неблагоприятни ефекти върху околната среда, включително загуба на вода, нарушаване на местообитанията, последици за използването на земята и емисии на парникови газове.

Някои примери за помпени хидро проекти, които са интегрирани със слънчева енергия са:

• - Слънчев комплекс Абенгоа в Испания, който се състои от две слънчеви топлинни електроцентрали и 140 MW помпена хидроцентрала, която може да съхранява до 7.5 часа енергия.
• - Слънчев проект Кидстън в Австралия, която е 250 MW слънчева фотоволтаична (PV) централа и 250 MW помпена хидроцентрала, която може да съхранява до 8 часа енергия.
• - Проект Helios Power в Чили, която е 600 MW слънчева фотоволтаична централа и 300 MW помпена хидроцентрала, която може да съхранява до 13 часа енергия.

Батерии

Батерии са най-популярната и универсална форма за съхранение на енергия, особено за слънчева енергия. Батериите работят, като съхраняват електрическа енергия под формата на химическа енергия, която може да се преобразува обратно в електрическа енергия, когато е необходимо. Батериите могат да бъдат класифицирани в различни типове въз основа на химията и конфигурацията на електродите и електролитите, като оловно-киселинни, литиево-йонни, натриево-сярни, проточни и други.

Предимства

• Висока плътност на мощността: Батериите могат да съхраняват и доставят висока мощност, варираща от киловати (kW) до мегавати (MW), за кратко до средно времетраене, обикновено минути до часове.
• Висока ефективност: Батериите могат да постигнат ефективност от 80-95%, което означава, че само 5-20% от енергията се губи по време на процеса на съхранение и преобразуване.
• Висока гъвкавост: Батериите могат лесно да се инсталират и интегрират със слънчеви енергийни системи, включени или извън мрежата, в различни мащаби и места, като например жилищни, търговски, промишлени и комунални услуги.
• Висока функционалност: Батериите могат да осигурят множество услуги и предимства за мрежата и потребителите, като намаляване на пиковите стойности, регулиране на честотата, поддържане на напрежението, резервно захранване и реакция на търсенето.

Недостатъци

• Ниска енергийна плътност: Батериите могат да съхраняват и доставят ниска енергия, варираща от киловатчаса (kWh) до мегаватчаса (MWh), за кратко до средно времетраене, обикновено минути до часове.
• Силно влошаване: Батериите се влошават с времето и употребата, губят своя капацитет и производителност и изискват подмяна или рециклиране.
• Висока цена: Батериите имат високи капиталови и оперативни разходи, особено за широкомащабни и дълготрайни приложения.
• Въздействие върху околната среда: Батериите могат да имат отрицателно въздействие върху околната среда, като изчерпване на ресурсите, замърсяване и опасности за безопасността.

Някои примери за проекти за батерии, които са интегрирани със слънчева енергия, са:

• - Hornsdale Power Reserve в Австралия, която е 150 MW/194 MWh литиево-йонна батерийна система, която е разположена заедно с 315 MW вятърен парк и предоставя мрежови услуги и арбитраж.
• - Кауай Айлънд Utility Cooperative в Хавай, която е 28 MW/100 MWh литиево-йонна батерийна система, която е разположена съвместно с 28 MW соларна фотоволтаична централа и осигурява пиково бръснене и интегриране на възобновяеми източници.
• - Бананов слънчев парк в Куинсланд, Австралия, която е 5 MW/20 MWh ванадиева редокс поточна акумулаторна система, която е разположена съвместно с 6 MW соларна фотоволтаична централа и осигурява стабилност и надеждност на мрежата.

Термичен

Съхранение на топлинна енергия е процес на съхраняване на топлинна енергия под формата на топлина или студ, която може да се използва за приложения за отопление или охлаждане или да се преобразува обратно в електричество, когато е необходимо. Съхраняването на топлинна енергия може да се класифицира в три основни типа въз основа на температурата и материала на средата за съхранение: чувствително, латентно и термохимично.

Предимства на съхранението на топлинна енергия:

• Висок енергиен капацитет: Съхранението на топлинна енергия може да съхранява и доставя големи количества енергия, вариращи от мегаватчаса (MWh) до гигаватчаса (GWh), за средна до дълга продължителност, обикновено часове до дни.
• Ниска цена: Съхранение на топлинна енергия има ниски капиталови и оперативни разходи, особено за приложения със средна до висока температура.
• Ниско въздействие върху околната среда: Съхранението на топлинна енергия може да използва естествени или рециклирани материали, като вода, камъни, сол, лед или материали с фазова промяна, които имат ниски или нулеви емисии и минимални отпадъци.

Недостатъци на съхранението на топлинна енергия:

• Ниска плътност на мощността: Съхранението на топлинна енергия може да съхранява и доставя ниска мощност, варираща от киловати (kW) до мегавати (MW), за средна до дълга продължителност, обикновено часове до дни.
• Ниска ефективност: Съхраняването на топлинна енергия може да има ниска ефективност на двупосочното пътуване, варираща от 40-80%, което означава, че 20-60% от енергията се губи по време на процеса на съхранение и преобразуване, поради топлинни загуби и паразитни натоварвания.
• Висока сложност: Съхраняването на топлинна енергия може да има висока техническа и оперативна сложност, изискваща усъвършенстван дизайн, контрол и интеграция със слънчеви енергийни системи и други компоненти.

Някои примери за проекти за съхранение на топлинна енергия, които са интегрирани със слънчева енергия, са:

• - Слънчева електроцентрала Andasol в Испания, която е 150 MW слънчева топлинна електроцентрала, която използва разтопена сол като среда за съхранение и може да съхранява до 7.5 часа енергия.
• - IceBank система от CALMAC, която е търговска и промишлена система за охлаждане, която използва лед като среда за съхранение и може да съхранява до 6 часа охлаждащ капацитет.
• - Генераторна станция Солана в Аризона, САЩ, която е 280 MW слънчева топлинна електроцентрала, която използва разтопена сол като среда за съхранение и може да съхранява до 6 часа енергия.

Механичен

Механичното съхранение на енергия е процес на съхраняване на механична енергия под формата на кинетична или потенциална енергия, която може да се преобразува обратно в електричество, когато е необходимо. Механичното съхранение на енергия може да се класифицира в три основни типа въз основа на механизма и устройството на системата за съхранение: маховик, сгъстен въздух и водород.

Предимства на механичното съхранение на енергия:

• Висока плътност на мощността: Механичното съхранение на енергия може да съхранява и доставя висока мощност, варираща от киловати (kW) до мегавати (MW), за кратко до средно времетраене, обикновено секунди до часове.
• Висока ефективност: Механичното съхранение на енергия може да има висока ефективност на двупосочно пътуване, вариращо от 80-95%, което означава, че само 5-20% от енергията се губи по време на процеса на съхранение и преобразуване, в зависимост от типа и дизайна на системата.
• Дълъг живот: Механичното съхранение на енергия може да има дълъг живот, вариращ от 10 до 20 години или повече, с минимални разходи за разграждане и поддръжка.

Недостатъци на механичното съхранение на енергия:

• Ниска енергийна плътност: Механичното съхранение на енергия може да съхранява и доставя ниска енергия, варираща от киловатчаса (kWh) до мегаватчаса (MWh), за кратко до средно времетраене, обикновено секунди до часове.
• Висока цена: Механичното съхранение на енергия може да има високи капиталови и оперативни разходи, особено за широкомащабни и дълготрайни приложения.
• Въздействие върху околната среда: Механичното съхранение на енергия може да има отрицателни въздействия върху околната среда, като шум, вибрации, използване на земята и емисии на парникови газове, в зависимост от типа и дизайна на системата.

Някои примери за проекти за механично съхранение на енергия, които са интегрирани със слънчева енергия, са:

• - Мощност на маяка flywheel system в Ню Йорк, САЩ, която е 20 MW система с маховик, която предоставя услуги за регулиране на честотата и стабилност на мрежата.
• - Завод McIntosh CAES в Алабама, САЩ, което е 110 MW съхранение на енергия от сгъстен въздух (CAES), която е разположена съвместно с електроцентрала за природен газ и предоставя услуги за намаляване на върховете и изравняване на натоварването.
• - Верига за доставка на водородна енергия проект в Австралия и Япония, който е пилотен проект, който използва слънчева енергия за производство на водород от кафяви въглища и го транспортира до Япония за производство на електроенергия и промишлена употреба.

Предимства на съхранението на слънчева енергия

Съхранението на слънчева енергия може да осигури различни ползи за различни заинтересовани страни и приложения, като собственици на жилища, фирми, комунални услуги и общество.

Попълнете пропуските

Съхранението на слънчева енергия може да помогне за запълване на празнините на слънчева енергия чрез осигуряване на електричество, когато слънчевата енергия не е налична или достатъчна. Той може да съхранява слънчева енергия през деня и да я освобождава през нощта, когато слънчевата енергия спадне до нула. Освен това, съхранението на слънчева енергия може да съхранява слънчева енергия по време на слънчеви дни и да я освобождава по време на облачни или дъждовни дни, когато слънчевата енергия е намалена или прекъсната. Това може да увеличи наличността и непрекъснатостта на слънчевата енергия, намалявайки зависимостта от други енергийни източници като изкопаеми горива.

Увеличете енергийната устойчивост

Съхранението на слънчева енергия може да подобри енергийната устойчивост на потребителите чрез осигуряване на резервно захранване и енергийна сигурност. Той може да съхранява слънчева енергия на място и да я използва за захранване на критични товари по време на прекъсвания на мрежата или извънредни ситуации. Освен това съхранението на слънчева енергия позволява на потребителите да работят независимо от мрежата или в режим на микромрежа по време на претоварване или нестабилност на мрежата. Това повишава самоувереността и самодостатъчността, като предпазва от прекъсвания на захранването и колебания в цените.

Намалете въглеродния отпечатък

Съхранението на слънчева енергия допринася за намаляване на въглеродния отпечатък на енергийната система чрез увеличаване на използването и интегрирането на слънчевата енергия. Той съхранява и доставя чиста и възобновяема слънчева енергия, измествайки използването на изкопаеми горива, основният източник на емисии на парникови газове и изменението на климата. Освен това съхранението на слънчева енергия намалява емисиите, свързани с преноса и разпределението на електроенергия, като позволява локално и разпределено генериране и потребление на слънчева енергия. Това допринася за смекчаване на глобалното затопляне и постигане на екологични цели и цели за устойчивост.

Спестете пари от сметки за електричество

Съхранението на слънчева енергия оптимизира използването и стойността на слънчевата енергия, което води до спестяване на сметките за електричество на потребителите. Той може да съхранява и използва слънчева енергия, за да намали нетното потребление на електроенергия от мрежата, намалявайки таксите за енергия. Освен това, съхранението на слънчева енергия може да съхранява и продава слънчева енергия на мрежата или други потребители, печелейки приходи от преференциални тарифи, нетно измерване или програми за отговор на търсенето. Освен това, той може да съхранява и купува слънчева енергия по различно време, като се възползва от ценообразуването на времето на използване, пиковото бръснене или възможностите за арбитраж. Това увеличава възвръщаемостта на инвестицията и съкращава периода на изплащане на слънчевата енергийна система.

Заключение

Съхранението на слънчева енергия е ключов фактор и усилвател на слънчевата енергия, който може да преодолее своите ограничения и да повиши своята производителност и стойност. Съхраняването на слънчева енергия може да осигури различни ползи за различни заинтересовани страни и приложения, като балансиране на електрически товари, запълване на празнини, увеличаване на енергийната устойчивост, намаляване на въглеродния отпечатък и спестяване на пари от сметки за електричество. Съхранението на слънчева енергия може също така да преодолее различни предизвикателства и бариери, като технически, икономически, регулаторни и социални фактори, чрез използване на различни възможности и потенциал, като нови технологии, пазари, политики и поведение.