Mga modernong kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya, ang pinakakaraniwang uri ng imbakan ng enerhiya

Mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya ay mga sistemang nag-iimbak ng enerhiya sa iba't ibang anyo, tulad ng electrochemical, kinetic, potential, electromagnetic, chemical at thermal, gamit halimbawa ang mga fuel cell, baterya, capacitor, flywheels, compressed air, hydraulic accumulators, supermagnets, hydrogen, atbp. .

Ang mga kagamitan sa pag-imbak ng enerhiya ay isang mahalagang mapagkukunan at kadalasang ginagamit upang magbigay ng walang patid na kapangyarihan o upang suportahan ang sistema ng kuryente sa mga panahon ng napakaikling panahon na kawalang-tatag. May mahalagang papel din ang mga ito sa mga stand-alone na renewable energy system.

Ang pangunahing pamantayan para sa mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya na kinakailangan para sa isang partikular na aplikasyon ay:

• ang dami ng enerhiya sa mga tuntunin ng tiyak na enerhiya (sa Wh · kg -1) at density ng enerhiya (sa Wh · kg -1 o Wh · l -1);
• kapangyarihan ng kuryente, i.e. kinakailangang pagkarga ng kuryente;
• dami at masa;
• pagiging maaasahan;
• tibay;
• seguridad;
• presyo;
• recyclable;
• epekto sa kapaligiran.

Kapag pumipili ng mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya, dapat isaalang-alang ang mga sumusunod na katangian:

• tiyak na kapangyarihan;
• kapasidad ng imbakan;
• tiyak na enerhiya;
• oras ng reaksyon;
• kahusayan;
• self-discharge rate / cycle ng pagsingil;
• pagiging sensitibo sa init;
• buhay-charge-discharge;
• epekto sa kapaligiran;
• mga gastos sa kapital / pagpapatakbo;
• serbisyo.

Ang mga de-koryenteng kagamitan sa pag-imbak ng enerhiya ay isang mahalagang bahagi ng mga aparatong telekomunikasyon (mga mobile phone, telepono, walkie-talkie, atbp.), mga back-up na sistema ng kuryente at mga hybrid na de-koryenteng sasakyan sa anyo ng mga bahagi ng imbakan (mga baterya, supercapacitor at fuel cell).

Ang mga kagamitan sa pag-imbak ng enerhiya, elektrikal man o thermal, ay kinikilala bilang mga pangunahing teknolohiya ng malinis na enerhiya.

Ang pangmatagalang pag-iimbak ng enerhiya ay may malaking potensyal para sa isang mundo kung saan nangingibabaw ang hangin at solar power sa pagdaragdag ng mga bagong power plant at unti-unting pinapalitan ang iba pang pinagmumulan ng kuryente.

Gumagawa lamang ang hangin at solar sa ilang partikular na oras, kaya kailangan nila ng karagdagang teknolohiya upang makatulong na punan ang mga puwang.

Sa isang mundo kung saan ang bahagi ng pasulput-sulpot, pana-panahon at hindi nahuhulaang pagbuo ng kuryente ay tumataas at ang panganib ng desynchronization sa pagkonsumo ay tumataas, ginagawang mas flexible ng storage ang system sa pamamagitan ng pagsipsip ng lahat ng mga pagkakaiba sa yugto sa pagitan ng produksyon at pagkonsumo ng enerhiya.

Ang mga accumulator ay pangunahing nagsisilbing buffer at nagbibigay-daan sa mas madaling pamamahala at pagsasama-sama ng mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya sa grid at sa mga gusali, na nag-aalok ng ilang awtonomiya sa kawalan ng hangin at araw.

Sa mga generator system, makakatipid sila ng gasolina at makatutulong na maiwasan ang mga inefficiencies ng generator sa pamamagitan ng paghahatid ng load sa mga panahon ng mababang pangangailangan ng kuryente kapag ang generator ay hindi gaanong mahusay.

Sa pamamagitan ng pagbabagu-bago ng buffering sa renewable generation, ang pag-iimbak ng enerhiya ay maaari ding bawasan ang dalas ng mga start-up ng generator.

Sa mga sistema ng hangin at diesel na may mataas na lakas ng pagtagos (kung saan ang naka-install na lakas ng hangin ay lumampas sa average na pagkarga), kahit na ang napakaliit na halaga ng imbakan ay kapansin-pansing binabawasan ang dalas ng mga pagsisimula ng diesel.

Ang pinakakaraniwang uri ng pang-industriya na mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya:

Mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya sa industriya

Mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya ng electrochemical

Ang mga baterya, lalo na ang mga lead-acid na baterya, ay nananatiling pangunahing aparato sa pag-iimbak ng enerhiya.

Maraming mapagkumpitensyang uri ng baterya (nickel-cadmium, nickel-metal hydride, lithium-ion, sodium sulfur, metal-air, flow-through na mga baterya) ang mas mahusay sa lead-acid na mga baterya sa isa o higit pang mga aspeto ng pagganap tulad ng buhay, kahusayan, density ng enerhiya , rate ng charge at discharge, kailangan ang pagganap ng malamig na panahon o pagpapanatili.

Sa karamihan ng mga kaso, gayunpaman, ang kanilang mababang gastos sa bawat kilowatt-hour ng kapasidad ay ginagawang pinakamahusay na pagpipilian ang mga lead-acid na baterya.

Ang mga alternatibo tulad ng mga flywheel, ultracapacitor o imbakan ng hydrogen ay maaaring maging matagumpay sa komersyo sa hinaharap, ngunit bihira na ngayon.

Ang mga bateryang Lithium-ion (Li-ion) ay isa na ngayong modernong pinagmumulan ng kuryente para sa lahat ng modernong consumer electronic device. Ang volumetric energy density ng prismatic lithium-ion na mga baterya para sa portable electronics ay dumoble sa tatlong beses sa nakalipas na 15 taon.

Habang lumalabas ang ilang bagong aplikasyon para sa mga bateryang Li-ion, tulad ng mga de-koryenteng sasakyan at mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya, ang disenyo ng cell at mga kinakailangan sa pagganap ay patuloy na nagbabago at nagpapakita ng mga natatanging hamon sa mga tradisyunal na tagagawa ng baterya.

Kaya, ang mataas na pangangailangan para sa ligtas at maaasahang operasyon ng mga high-energy, high-power-density na lithium-ion na mga baterya ay nagiging hindi maiiwasan.

Application ng mga electrochemical energy storage device sa industriya ng kuryente:

Accumulator plants, ang paggamit ng mga baterya upang mag-imbak ng elektrikal na enerhiya

Electrochemical supercapacitors

Ang mga supercapacitor ay mga electrochemical energy storage device na maaaring ganap na ma-charge o ma-discharge sa loob ng ilang segundo.

Sa kanilang mas mataas na densidad ng kuryente, mas mababang gastos sa pagpapanatili, malawak na hanay ng temperatura, at mas mahabang duty cycle kumpara sa mga pangalawang baterya, ang mga supercapacitor ay nakatanggap ng makabuluhang pansin sa pananaliksik sa nakalipas na dekada.

Mayroon din silang mas mataas na density ng enerhiya kaysa sa conventional electrical dielectric capacitors.Ang kapasidad ng imbakan ng isang supercapacitor ay depende sa electrostatic separation sa pagitan ng mga electrolyte ions at ng malalaking surface area electrodes.

Ang mas mababang tiyak na enerhiya ng mga supercapacitor kumpara sa mga baterya ng lithium-ion ay isang balakid sa kanilang malawakang paggamit.

Ang pagpapabuti ng pagganap ng mga supercapacitor ay kinakailangan upang matugunan ang mga pangangailangan ng mga sistema sa hinaharap, mula sa portable electronics hanggang sa mga de-koryenteng sasakyan at malalaking kagamitang pang-industriya.

Detalyadong Supercapacitors:
Ionists (supercapacitors) - aparato, praktikal na aplikasyon, mga pakinabang at disadvantages

Naka-compress na imbakan ng enerhiya ng hangin

Ang compressed air energy storage ay isang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya na ginawa sa isang pagkakataon para magamit sa ibang panahon. Sa sukat ng utility, ang enerhiyang nabuo sa mga panahon ng mababang pangangailangan ng enerhiya (off-peak) ay maaaring ilabas upang matugunan ang mga panahon ng mataas na demand (peak load).

Ang compressed air isothermal storage (CAES) ay isang bagong teknolohiya na sumusubok na malampasan ang ilan sa mga limitasyon ng tradisyonal (diabatic o adiabatic) na mga sistema.

Imbakan ng cryogenic na enerhiya

Plano ng Britain na magtayo ng 250 MWh ng liquefied air storage. Ito ay isasama sa isang parke ng renewable energy sources at mabayaran ang mga pagkaantala nito.

Ang pagkomisyon ay naka-iskedyul para sa 2022. Ang cryogenic energy storage units ay gagana kasabay ng Trafford Energy Park malapit sa Manchester, kung saan ang bahagi ng produksyon ng kuryente ay nagmumula sa mga photovoltaic panel at wind turbine.

Ang pasilidad ng imbakan na ito ay magbabayad para sa mga pagkaantala sa paggamit ng mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya na ito.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng pag-install na ito ay ibabatay sa dalawang cycle ng pagpapalit ng air conditioner.

Gagamitin ang elektrikal na enerhiya upang gumuhit sa hangin at pagkatapos ay palamig ito sa napakababang temperatura (-196 degrees) hanggang sa maging likido. Pagkatapos ay iimbak ito sa malalaking, insulated, mababang presyon na mga tangke na espesyal na inangkop para sa paggamit na ito.

Ang ikalawang cycle ay magaganap kapag may pangangailangan para sa elektrikal na enerhiya. Ang cryogenic na likido ay pinainit ng isang heat exchanger upang ipagpatuloy ang pagsingaw at ibalik ito sa isang gas na estado.

Ang pagsingaw ng cryogenic liquid ay nagiging sanhi ng pagpapalawak ng dami ng gas, na nagtutulak sa mga turbine na gumagawa ng kuryente.

Mga aparatong imbakan ng kinetic na enerhiya

Ang isang flywheel ay isang umiikot na mekanikal na aparato na ginagamit upang mag-imbak ng enerhiya na umiikot. Ang flywheel ay nakakakuha ng enerhiya mula sa pasulput-sulpot na mga pinagmumulan ng enerhiya sa paglipas ng panahon at nagbibigay ng tuluy-tuloy na supply ng elektrikal na enerhiya sa grid.

Ang mga sistema ng imbakan ng enerhiya ng flywheel ay gumagamit ng input na elektrikal na enerhiya na nakaimbak bilang kinetic energy.

Bagama't ang pisika ng mga mekanikal na sistema ay kadalasang medyo simple (tulad ng pag-ikot ng flywheel o pag-angat ng mga timbang), ang mga teknolohiyang nagbibigay-daan sa mga puwersang ito na magamit nang epektibo at mahusay ay partikular na advanced.

Ang mga high-tech na materyales, ang pinakabagong mga computer control system at makabagong disenyo ay ginagawang angkop ang mga system na ito para sa mga tunay na aplikasyon.

Ang mga UPS system para sa komersyal na kinetic storage ay binubuo ng tatlong subsystem:

• mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya, karaniwang isang flywheel;
• mga kagamitan sa pamamahagi;
• isang hiwalay na generator na maaaring simulan upang magbigay ng fault-tolerant na kapangyarihan sa kapasidad ng pag-iimbak ng enerhiya.

Ang flywheel ay maaaring isama sa isang backup generator, na nagpapabuti sa pagiging maaasahan sa pamamagitan ng direktang pagkonekta ng mga mekanikal na sistema.

Higit pa tungkol sa mga device na ito:

Kinetic energy storage device para sa power industry

Paano inayos at gumagana ang mga flywheel (kinetic) na mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya

High Temperature Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) para sa Power Grid:

Paano gumagana at gumagana ang superconducting magnetic energy storage system