1 Načelo delovanja baterij za shranjevanje energije
Načelo delovanja baterij za shranjevanje energije temelji na elektrokemičnih reakcijah. Če vzamemo za primer litij-ionske baterije, se med polnjenjem litijevi ioni sproščajo iz pozitivne elektrode, vgrajeni v negativno elektrodo skozi elektrolit, negativna elektroda pa je v stanju, bogatem z litijem; Pri praznjenju je ravno nasprotno. Ta reverzibilni proces elektrokemične reakcije omogoča shranjevanje in sproščanje električne energije.
2 Razvrstitev baterij za shranjevanje energije
Baterije za shranjevanje energije lahko razvrstimo v različne tipe glede na njihova načela shranjevanja energije in tehnične lastnosti, ki vključujejo predvsem:
Svinčev akumulator:
Lastnosti:Elektroda je iz svinca in njegovih oksidov, elektrolit pa je raztopina žveplove kisline. Ima prednosti varnega tesnjenja, sistema za sproščanje plina, enostavnega vzdrževanja, dolge življenjske dobe, stabilne kakovosti in visoke zanesljivosti. Pomanjkljivost pa je, da je onesnaženje s svincem precejšnje in energijska gostota nizka.
Uporaba:Pogosto se uporablja v napajanju UPS, sončnih uličnih lučeh, varnostnih sistemih in drugih področjih.
Baterije na osnovi niklja:
Značilnosti:Predstavljajo jih nikelj-vodikove baterije, aktivni material pozitivne elektrode je Ni (OH) 2, aktivni material negativne elektrode je kovinski hidrid, elektrolit pa je raztopina kalijevega hidroksida. Prednosti so visoka energijska gostota, hitra hitrost polnjenja in praznjenja, majhna teža, dolga življenjska doba in ne onesnažuje okolja. Vendar pa obstajajo pomanjkljivosti, kot so rahli spominski učinki, številne težave pri upravljanju in nagnjenost k taljenju separatorjev enoceličnih baterij.
Uporaba:Primerno za področja, kot so hibridna vozila in električna orodja.
Litijeve baterije:
Lastnosti:Litij-ionske baterije uporabljajo kovinski litij ali litijevo zlitino kot material negativne elektrode in uporabljajo nevodne raztopine elektrolitov. Prednosti so visoka energijska gostota, dolga življenjska doba, majhna teža in močna prilagodljivost. Toda varnost je slaba, nagnjena k eksploziji, stroški pa visoki.
Uporaba:Pogosto se uporablja na področjih, kot so električna vozila, prenosne elektronske naprave, elektrarne za shranjevanje energije itd.
Pretočna baterija:
Lastnosti:Primerno za fiksno obsežno shranjevanje energije s prednostmi, kot so neodvisna zasnova moči in zmogljivosti shranjevanja energije, visoka učinkovitost, dolga življenjska doba, sposobnost globokega praznjenja in prijaznost do okolja. Toda gostota energije je relativno nizka.
Uporaba:V glavnem se uporablja v velikih elektrarnah za shranjevanje energije, za zmanjšanje konic električnega omrežja in na drugih področjih.
Natrijeva žveplova baterija:
Lastnosti:Uporaba kovinskega natrija kot negativne elektrode in žvepla kot pozitivne elektrode ima prednosti visoke specifične energije, brez pojava samopraznjenja, visoke učinkovitosti praznjenja in dolge življenjske dobe. Vendar mora delovati pri visokih temperaturah in cena je relativno visoka.
Uporaba:Primerno za posebne scenarije shranjevanja energije pri visokih temperaturah.
3 Scenariji uporabe baterij za shranjevanje energije
Scenariji uporabe baterij za shranjevanje energije so široki in raznoliki, vključujejo pa predvsem naslednje vidike:
1. Priključitev na omrežje obnovljivih virov energije
Baterije za shranjevanje energije igrajo ključno vlogo pri vključevanju obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija, v omrežje. Ti viri energije imajo prekinitve in nestanovitnost, baterije za shranjevanje energije pa lahko izravnajo nihanja njihove izhodne moči, zmanjšajo vpliv na elektroenergetski sistem in izboljšajo sposobnost elektrarn, da sledijo načrtovani proizvodnji. Na primer, v vetrnih in fotonapetostnih sistemih za proizvodnjo električne energije lahko akumulatorji za shranjevanje energije absorbirajo presežek električne energije in jo po potrebi sprostijo, kar zagotavlja stabilno delovanje električnega omrežja.
2. Pomožne storitve omrežja
Baterije za shranjevanje energije igrajo pomembno vlogo v pomožnih storitvah omrežja, vključno s storitvami, ki temeljijo na zmogljivosti in na moči. Storitve, ki temeljijo na zmogljivosti, kot so britje konic omrežja, sledenje obremenitvi in črni zagon, se lahko spopadejo s spremembami obremenitve omrežja in nepričakovanimi situacijami. Kar zadeva zmanjšanje konic v električnem omrežju, se lahko baterije za shranjevanje energije pravočasno in zanesljivo odzovejo na navodila za odpremo na podlagi sprememb v virih energije in obremenitvah ter prilagodijo svoje izhodne ravni v skladu z navodili. Poleg tega lahko baterije za shranjevanje energije izboljšajo zmožnost frekvenčne regulacije električnega omrežja in zmanjšajo izgube, ki jih povzroči pogosto preklapljanje tradicionalnih virov napajanja s frekvenčno regulacijo.
3. Prenos in distribucija električne energije
Na področju prenosa in distribucije električnega omrežja lahko akumulatorji za shranjevanje energije izboljšajo kakovost in zanesljivost distribucije električne energije. V primeru okvare v distribucijskem omrežju lahko akumulatorji služijo kot rezervni vir napajanja za neprekinjeno napajanje uporabnikov in zagotavljajo neprekinjenost napajanja. Hkrati se lahko akumulatorji za shranjevanje energije uporabljajo tudi kot krmiljeni viri energije za nadzor kakovosti električne energije distribucijskega omrežja, odpravljanje padcev napetosti, harmonikov in drugih težav ter izboljšanje kakovosti električne energije.
4. Distribuirano in mikroomrežje
V porazdeljenih in mikroomrežnih sistemih so akumulatorji za shranjevanje energije nepogrešljiv sestavni del. Sistem mikroomrežja zahteva naprave za shranjevanje energije za zagotavljanje kratkoročne neprekinjene oskrbe z električno energijo v primeru, da viri energije izven omrežja in porazdeljeni viri energije ne morejo zagotoviti energije, izpolnjevanje zahtev za zmanjšanje konic mikroomrežja, izboljšanje kakovosti električne energije mikroomrežja, popoln črni zagon mikroomrežja in uravnoteženje izhod prekinitvenih in nihajočih virov energije. Baterijski sistemi za shranjevanje energije imajo značilnosti dinamičnega absorbiranja energije in njenega pravočasnega sproščanja, kar lahko izboljša kakovost električne energije, stabilizira delovanje omrežja, optimizira konfiguracijo sistema in zagotovi varno in stabilno delovanje mikromrež.
5. Shranjevanje energije na strani uporabnika
Shranjevanje energije na strani uporabnika v glavnem vključuje zmanjšanje konic in polnjenje doline v industriji in trgovini ter odziv na strani povpraševanja. Kombinacija baterij za shranjevanje energije in tehnologije močnostne elektronike lahko uporabnikom zagotovi zanesljive vire energije, izboljša kakovost električne energije in prihrani stroške za uporabnike z izkoriščanjem razlike v ceni med konično in nizko ceno električne energije. Na primer, v industrijskem in komercialnem sektorju je mogoče baterije za shranjevanje energije polniti med nizkimi cenami električne energije in prazniti med visokimi cenami električne energije, kar zmanjša stroške električne energije podjetij.
6. Polje električnih vozil
S hitrim razvojem industrije novih energetskih vozil postaja uporaba baterij za shranjevanje energije na področju električnih vozil vse bolj razširjena. Baterija je osrednja komponenta električnih vozil, ki neposredno vpliva na doseg in zmogljivost vozila. Razvoj tehnologije baterij za shranjevanje energije je bistveno povečal doseg električnih vozil, hkrati pa zmanjšal porabo energije in čas polnjenja.
7. Domače shranjevanje energije
Domače shranjevanje energije je še eno pomembno področje uporabe baterij za shranjevanje energije. Učinkovite in priročne rešitve za shranjevanje energije, kot so stenske litijeve baterije, lahko učinkovito shranjujejo in upravljajo gospodinjske vire električne energije, izboljšajo učinkovitost izrabe energije in zmanjšajo stroške električne energije. V kombinaciji opreme za obnovljive vire energije, kot so solarni fotonapetostni sistemi in sistemi za proizvodnjo vetrne energije, lahko gospodinjske baterije za shranjevanje energije uporabnikom zagotovijo stabilno in zanesljivo oskrbo z električno energijo ter zagotovijo zasilno napajanje v primeru izpada električne energije ali izpadov električne energije v omrežju.
4 Baterije za shranjevanje energije imajo več posebnih vlog pri porazdeljeni energiji
1. Nestanovitnost gladke porazdeljene proizvodnje električne energije
Stabilen izhod:Porazdeljeni viri energije, kot so obnovljivi viri energije, kot sta sonce in veter, proizvajajo električno energijo občasno in nihajoče. Baterije za shranjevanje energije lahko shranijo občasno ustvarjeno električno energijo in jo sprostijo, ko je to potrebno, s čimer izravnajo nihanja porazdeljene proizvodnje električne energije in ohranijo stabilno proizvodnjo električnega sistema.
Zmanjšajte vpliv omrežja:Z regulacijo baterij za shranjevanje energije je mogoče zmanjšati vpliv porazdeljenih energetskih sistemov na omrežje, s čimer preprečimo, da bi na omrežje vplivalo nenadno povečanje obremenitve ali zmanjšanje proizvodnje električne energije.
2. Izboljšati učinkovitost rabe energije
Usklajevanje ponudbe in povpraševanja:Baterije za shranjevanje energije lahko shranjujejo elektriko v obdobjih nizke obremenitve in sproščajo elektriko v obdobjih največje obremenitve glede na dejansko povpraševanje elektroenergetskega sistema, s čimer dosežejo dinamično ujemanje med ponudbo in povpraševanjem ter izboljšajo učinkovitost izrabe energije.
Razporeditev več energije:V porazdeljenih energetskih sistemih je mogoče akumulatorje za shranjevanje energije združiti in dodeliti več virom energije, da tvorijo kompleksne sisteme, kot so mikromreža, s čimer dodatno optimizirajo strukture izrabe energije in izboljšajo splošno energetsko učinkovitost.
3. Povečajte stabilnost in zanesljivost električnega omrežja
Rezervno napajanje:V primeru okvare ali izpada električnega omrežja lahko akumulatorji za shranjevanje energije služijo kot rezervni vir napajanja za neprekinjeno in stabilno napajanje kritičnih obremenitev, kar zagotavlja stabilnost in zanesljivost električnega omrežja.
Izboljšanje odpornosti:Baterije za shranjevanje energije lahko služijo kot rotirajoča rezerva za električno omrežje, ublažijo nihanja, ki jih povzročajo konične in izven konične porabe električne energije, zmanjšajo pritisk regulacije in razporejanja električnega omrežja ter izboljšajo učinkovitost izrabe energije.
4. Spodbujati porabo obnovljive energije
Regulacija shranjevanja energije:Baterije za shranjevanje energije lahko shranijo presežek električne energije, ustvarjene s proizvodnjo obnovljive energije, in jo sprostijo, ko je to potrebno, s čimer povečajo porabo obnovljive energije in zmanjšajo stopnje omejevanja vetrne in sončne energije.
Uravnoteženje ponudbe in povpraševanja:Z regulacijo baterij za shranjevanje energije je mogoče uravnotežiti razmerje med ponudbo in povpraševanjem med distribuiranimi energetskimi sistemi in električnim omrežjem, s čimer se izboljša povezljivost v omrežju in učinkovitost izrabe obnovljive energije.
5. Gospodarske in okoljske koristi
Zmanjšajte stroške električne energije:Akumulatorje je možno polniti v času nizkih cen električne energije in prazniti v času visokih cen elektrike ter s tem uporabnikom zmanjšati stroške električne energije.
Zmanjšanje emisij ogljika:S spodbujanjem porabe obnovljive energije in zmanjšanjem uporabe fosilnih goriv lahko baterije za shranjevanje energije pomagajo zmanjšati emisije ogljika in izboljšati kakovost okolja.
