Нові тенденції системи зберігання енергії ESS Technology

Всесвітньо відомий виробник промислових засобів керування - C3CONTROLS у Сполучених Штатах проаналізував нові технологічні тенденції сучасної системи накопичення енергії ESS у своїй технічній документації, нижче наведено уривок.

Електроенергія в сирому вигляді не може зберігатися в будь-якому масштабі, але за допомогою системи зберігання енергії (ESS) її можна перетворити в інші форми енергії, які можна зберігати. Ці види енергії можуть бути перетворені назад в електрику, коли це необхідно.

Системи накопичення енергії пропонують широкий спектр технологічних підходів до управління нашим постачанням електроенергії з метою створення більш стійкої енергетичної інфраструктури та економії витрат для комунальних служб і споживачів. Сучасні технології систем зберігання електроенергії включають батареї, маховики, стиснене повітря, гідроакумулятор з насосом тощо. Сьогодні всі ці системи все ще мають обмежену загальну енергію, яку вони можуть зберігати, але дослідження продовжують швидко вдосконалювати ці технології.

Електрична мережа США побудована на тонкому балансі між постачанням електроенергії та попитом споживачів. Ефективний спосіб допомогти врівноважити коливання пропозиції та попиту на електроенергію – зберігати електроенергію в періоди високого виробництва та низького попиту, а потім повертати її в мережу в періоди низького виробництва або високого попиту.

Тут ми обговорюємо, як зберігання електроенергії може забезпечити нам усім надійність, економічну та екологічну вигоду. Залежно від ступеня його розгортання накопичувачі електроенергії можуть допомогти американській мережі працювати ефективніше, зменшити ймовірність збоїв у періоди пікового попиту та дозволити використовувати більше відновлюваних ресурсів. картина

Зростаючий попит на зберігання електроенергії

З моменту відкриття електрики багато дослідників і вчених шукали ефективні способи зберігання енергії для використання за потребою. За останні 100 років індустрія накопичувачів енергії розвивалася та впроваджувала інновації у відповідь на зміну потреб у електроенергії та технологічний прогрес.

Сьогодні споживачі в США використовують електроенергію 24 години на добу. Незалежно від того, чи спимо ми чи спимо, наша потреба в електроенергії постійна. Американські споживачі схильні сприймати як належне, наскільки легко отримати енергію, необхідну для живлення наших приладів, пристроїв, інструментів, машин, транспортних засобів і всього, чим ми користуємося вдень і вночі.

Однак нинішня швидка популяризація електромобілів, наприклад, спричинила більший тиск на мережу та потребує задоволення більшого попиту на електроенергію. Крім того, технологічний прогрес і зростання ринку відновлюваної енергії (наприклад, сонця, вітру тощо) є важливим рушієм попиту на зберігання енергії, враховуючи значний вплив на мережу.

Технологія зберігання енергії

Ключовою особливістю електроенергетики є те, що рівень електроенергії, який можна виробити, є фіксованим протягом коротких періодів часу. Натомість попит на електроенергію коливається протягом дня. Розробка технологій накопичення електроенергії, щоб вона була доступна тоді, коли вона потрібна, є серйозною зміною в способі розподілу електроенергії.

Система накопичення енергії

Системи накопичення енергії (ESS) призначені для керування рівнями електроенергії, необхідної для живлення споживачів у години пік, коли попит найбільший, що зрештою допомагає плавніше використовувати відновлювану енергію та легше вводити її в систему розподілу.

ESS також допоможе збалансувати мікромережу для досягнення стабільного балансу між генерацією та навантаженням. Система накопичення енергії може забезпечувати регулювання частоти — критично важливо підтримувати частоту всієї системи на рівні 60 Гц. Це підтримує баланс між навантаженням мережі та генерованою потужністю. Крім того, розгортання ESS також може забезпечити більш надійне електропостачання високотехнологічних промислових об’єктів. Зберігання енергії та силова електроніка мають обнадійливі перспективи для трансформації енергетичного сектора.

Силова електроніка високої напруги

Силова електроніка високої напруги, така як комутатори, контролери та інвертори, швидко й точно контролює потужність для підтримки передачі на великі відстані. Ці пристрої високої напруги дозволять системі працювати ефективніше та швидше реагувати на перешкоди. Іншим важливим завданням, яке вирішується, є зниження вартості технологій зберігання енергії та силової електроніки для прискорення прийняття на ринку.

Програма збереження енергії DOE

Програма накопичення енергії (ESP), заснована Управлінням електроенергетики Міністерства енергетики США (OE), проводить дослідження та розробки різних технологій зберігання енергії. Ця широка технологічна база включає батареї (звичайні та вдосконалені), електрохімічні конденсатори, маховики, силову електроніку, системи керування та програмні інструменти для оптимізації зберігання та визначення розмірів. ESP тісно співпрацює з галузевими партнерами - багато з його проектів є значною мірою спільної вартості.

Програма зберігання енергії (ESP) пропонує комунальним службам і державним енергетичним департаментам можливість співпрацювати в проектуванні, закупівлі, монтажі та введенні в експлуатацію великих інноваційних акумулюючих установок потужністю до кількох мегават. Він також підтримує аналітичні дослідження технічних і економічних показників технологій зберігання, а також технічну оцінку компонентів систем зберігання енергії та операційних систем.

Покращене накопичення енергії може надати численні переваги енергетичній промисловості та її побутовим споживачам, а також промисловим виробничим компаніям і комерційним підприємствам. Ці переваги включатимуть покращену якість електроенергії та надійну доставку електроенергії споживачам, а також підвищену стабільність і надійність систем передачі та розподілу.

Програма накопичення енергії (ESP) заохочує комунальні підприємства модернізувати існуюче обладнання, щоб відкласти або скасувати дорогі оновлення, покращуючи доступність і збільшуючи ринкову вартість розподіленої електроенергії. ESP надають комунальним підприємствам і постачальникам вироблення відновлюваної енергії з більш високою вартістю та нижчими витратами завдяки більшій потужності та відстроченню платежів за передачу.

ESP також працює над збільшенням щільності накопичення енергії шляхом дослідження передових електролітів для проточних батарей, розробки низькотемпературних натрієвих батарей і наноструктурованих електродів з покращеними електрохімічними характеристиками. У галузі силової електроніки просуваються дослідження нових високовольтних, потужних, високочастотних і широкозонних матеріалів, таких як карбід кремнію та нітрид галію. Крім того, тривають дослідження вдосконалених систем перетворення електроенергії, які використовують передову магнетику, високовольтні конденсатори, упаковку та розширені елементи керування для значного підвищення щільності потужності та продуктивності.

Планета енергії

Ініціатива Energy Earthshots є ще однією ініціативою Міністерства енергетики США, спрямованою на прискорення прориву до більш доступних і надійних екологічно чистих рішень у сфері енергетики протягом десяти років. Досягнення ініціативи Energy Earthshots допоможе США подолати найскладніші бар’єри на шляху подолання кліматичної кризи, розвитку економіки чистої енергії та швидшого переходу до нульового чистого викиду вуглецю до 2050 року.

DOE – Довгострокове зберігання енергії

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) поставила за мету скоротити вартість мережевого накопичення енергії для систем, що працюють понад 10 годин, на 90 відсотків протягом десяти років. Зберігання енергії має потенціал для прискорення повної декарбонізації мережі.

Наразі встановлюються накопичувачі з меншою тривалістю, щоб підтримувати сучасні рівні виробництва відновлюваної енергії. Оскільки все більше і більше відновлюваної енергії розгортається в мережі, потрібні технології зберігання з більшою тривалістю. Дешевше та ефективніше зберігання зробить більш можливим отримувати та зберігати відновлювану чисту енергію для використання, коли виробництво енергії недоступне або падає нижче попиту.

Наприклад, відновлювана енергія, така як сонячна енергія, вироблена вдень, може використовуватися вночі, коли попит зростає, або ядерна енергія, вироблена в періоди низького попиту, може використовуватися, коли попит зростає. LDSS розглядатиме всі типи технологій — електрохімічні, механічні, термічні, хімічні носії або будь-яку комбінацію, яка має потенціал для досягнення цілей щодо тривалості та вартості, необхідних для гнучкості мережі.

коштів

Декілька офісів Міністерства енергетики займаються акумулюванням енергії, і бюджетний запит Президента на 2022 фінансовий рік включає загальну суму 1,16 мільярда доларів США на ці заходи, що відстежується в розділі Energy Storage Grand Challenge. Очікуючи на отримання грантового фінансування, DOE передбачає можливості фінансування та інші заходи, щоб допомогти просунутися до цілей LDSS, відповідно до дорожньої карти DOE щодо зберігання енергії.

Досягнення нульового чистого викиду вуглецю

Довгострокові цілі зберігання енергії на Землі (LDSS) є ключовими для досягнення нульових викидів вуглецю для мережі до 2035 року та для економіки в цілому до 2050 року. Зберігання енергії може покращити місцевий контроль над енергосистемою та створити стійкість для громад, які зазнають часті відключення електроенергії або відсутність доступу до мережі. Розвиток технологій і виробництва для досягнення цільових показників витрат LDSS також створить новий сектор виробництва пам’яті в Сполучених Штатах.

Оскільки вартість сонячних і вітрових технологій швидко падає, все більша частка змінної відновлюваної енергії стане нормою в майбутньому. Використання електромобілів прискорює зусилля з декарбонізації транспортного сектора.

Необхідність забезпечити змінне енергопостачання, в той час як енергетичний сектор забезпечує безперебійне виробництво, є досяжною метою. Зусилля щодо інтеграції відновлюваних джерел енергії, таких як сонце, вітер та інші відновлювані джерела енергії, у сектори кінцевого споживання показали значний потенціал і критичну важливість зберігання електроенергії для досягнення глибокої декарбонізації.

Зберігання електроенергії на основі швидко вдосконалюваних акумуляторів та інших технологій забезпечить більшу гнучкість системи, що є ключовим активом, оскільки частка змінної відновлюваної енергії продовжує зростати. Зберігання електроенергії може сприяти транспортному сектору, де домінують електромобілі, створювати ефективні 24-годинно автономні сонячні домашні системи та підтримувати 100-відсоткові відновлювані мікромережі.

міжнародний прогноз

У звіті Зберігання електроенергії та відновлювані джерела енергії: витрати та ринки Міжнародне агентство з відновлюваних джерел енергії (IRENA) аналізує поточну вартість і ефективність цілого ряду технологій накопичення електроенергії в стаціонарних додатках, а також їхній потенціал для зниження витрат і підвищення продуктивності через 2030 до 2030».

У звіті зроблено висновок, що до 2030 року загальна ємність накопичувачів електроенергії може зрости втричі. Зі швидким впровадженням відновлюваних джерел цього буде достатньо, щоб подвоїти частку відновлюваних джерел енергії у світовому енергетичному балансі менш ніж за 15 років. Акумуляторна батарея може зрости в 17-рази, а вартість технології акумуляторної батареї може впасти на 66 відсотків.

Це дослідження показує, що системи зберігання акумуляторів мають величезний потенціал для розгортання та зниження витрат. Загальні витрати на встановлення можуть впасти на 50-60 відсотків до 2030 року, а витрати на акумулятори впадуть ще більше. Все це завдяки оптимізації виробничих потужностей, а також кращому складу та зменшеному використанню матеріалів.

Технологія систем накопичення енергії

Системи накопичення енергії (ESS) пропонують широкий спектр технологічних підходів до управління нашим постачанням електроенергії для створення більш стійкої енергетичної інфраструктури та економії витрат для комунальних служб і споживачів. Нижче обговорюються різні підходи, які зараз застосовуються в усьому світі.