Energy storage technologies
Different energy storage technologies contribute to electricity stability by working at various stages of the grid, from generation to consumer end-use.
Thermal Storage
Thermal storage is used for electricity generation by using power from the sun, even when the sun is not shining. Concentrerende zonnecentrales kunnen warmte van de zon opvangen en de energie opslaan in water, gesmolten zouten of andere vloeistoffen. Deze opgeslagen energie wordt later gebruikt om elektriciteit op te wekken, waardoor het gebruik van zonne-energie zelfs na zonsondergang mogelijk wordt.
Dergelijke installaties zijn momenteel in bedrijf of voorgesteld in Californië, Arizona en Nevada. Bijvoorbeeld, het voorgestelde Rice Solar Energy Project in Blythe, Californië zal een opslagsysteem met gesmolten zout gebruiken met een concentrerende zonnetoren om stroom te leveren voor ongeveer 68.000 huizen per jaar.
Thermische opslagtechnologieën bestaan ook voor de opslag van energie voor eindgebruik. Eén methode is het ’s nachts bevriezen van water met behulp van elektriciteit buiten piekuren, waarna de opgeslagen koude-energie uit het ijs vrijkomt om overdag te helpen met de airconditioning.
Het Ice Bear-systeem van Ice Energy creëert bijvoorbeeld ’s nachts een blok ijs, en gebruikt het ijs overdag om het koelmiddel van het airconditioningsysteem te condenseren. Op die manier verschuift het Ice Bear-systeem het elektriciteitsverbruik van het gebouw van de piekuren overdag naar de daluren, wanneer de elektriciteit minder duur is. Bovendien voert de Bonneville Power Administration een proefprogramma uit voor de opslag van overtollige windenergie in huishoudelijke waterverwarmers.
Compressed Air
Compressed Air Energy Storage (CAES) werkt ook als een opwekkingsopslagtechnologie door gebruik te maken van de elastische potentiële energie van perslucht om de efficiëntie van conventionele gasturbines te verbeteren.
CAES-systemen comprimeren lucht met behulp van elektriciteit tijdens daluren, en slaan de lucht vervolgens op in ondergrondse grotten. In tijden van piekvraag wordt de lucht uit de opslag gehaald en met aardgas in een verbrandingsturbine gestookt om elektriciteit op te wekken. Deze methode gebruikt slechts een derde van het aardgas dat bij conventionele methoden wordt gebruikt. Omdat CAES-centrales een soort ondergronds reservoir nodig hebben, zijn ze beperkt door hun locatie. Twee commerciële CAES-centrales zijn momenteel in bedrijf in Huntorf, Duitsland en MacIntosh, Alabama, hoewel er centrales zijn voorgesteld in andere delen van de Verenigde Staten.
Waterstof
Waterstof kan worden gebruikt als een koolstofvrije brandstof voor opwekking. Overtollige elektriciteit kan worden gebruikt om waterstof te maken, die kan worden opgeslagen en later kan worden gebruikt in brandstofcellen, motoren of gasturbines om elektriciteit op te wekken zonder schadelijke emissies te produceren . NREL heeft het potentieel bestudeerd om waterstof te maken uit windenergie en deze op te slaan in de windturbinetorens voor elektriciteitsopwekking wanneer de wind niet waait .
Pumped Hydroelectric Storage
Pumped hydroelectric storage biedt een manier om energie op te slaan in de transmissiefase van het netwerk, door overtollige opwekking op te slaan voor later gebruik.
Veel waterkrachtcentrales hebben twee reservoirs op verschillende hoogten. Deze centrales slaan energie op door water in het bovenste reservoir te pompen wanneer het aanbod groter is dan de vraag. Wanneer de vraag groter is dan het aanbod, wordt het water in het lager gelegen reservoir vrijgelaten door het bergafwaarts door turbines te laten stromen om elektriciteit op te wekken.
Met meer dan 22 GW aan geïnstalleerde capaciteit in de Verenigde Staten is pompaccumulatie (hydro-opslag) het grootste opslagsysteem dat momenteel in bedrijf is. Het lange vergunningsproces en de hoge kosten van pompaccumulatie maken verdere projecten echter onwaarschijnlijk.
Flywheels
Flywheels kunnen het net op transmissie- of distributieniveau allerlei voordelen bieden, door elektriciteit op te slaan in de vorm van een ronddraaiende massa.
Het apparaat heeft de vorm van een cilinder en bevat een grote rotor in een vacuüm. Wanneer het vliegwiel stroom aan het net onttrekt, versnelt de rotor tot zeer hoge snelheden, waarbij de elektriciteit als rotatie-energie wordt opgeslagen. Om de opgeslagen energie te ontladen, schakelt de rotor over op de opwekkingsmodus, vertraagt, en loopt op traagheidsenergie, en levert zo elektriciteit terug aan het net.
Flywheels hebben doorgaans een lange levensduur en vergen weinig onderhoud. De apparaten hebben ook hoge efficiency en snelle reactietijden. Omdat ze bijna overal kunnen worden geplaatst, kunnen vliegwielen dicht bij de verbruikers worden geplaatst en elektriciteit opslaan voor distributie.
Hoewel een enkel vliegwielapparaat een typische capaciteit in de orde van kilowatts heeft, kunnen vele vliegwielen worden aangesloten in een “vliegwielboerderij” om een opslagfaciliteit in de orde van megawatts te creëren . Beacon Power’s Stephentown Flywheel Energy Storage Plant in New York is de grootste vliegwielfaciliteit in de Verenigde Staten, met een operationele capaciteit van 20 MW .
Batterijen
Batterijen, zoals die in een zaklamp of mobiele telefoon, kunnen ook worden gebruikt om energie op grote schaal op te slaan.
Zoals vliegwielen kunnen batterijen overal worden geplaatst, zodat ze vaak worden gezien als opslag voor distributie, wanneer een batterijfaciliteit in de buurt van consumenten is gevestigd om te zorgen voor stroomstabiliteit; of eindgebruik, zoals batterijen in elektrische voertuigen.
Er zijn veel verschillende soorten batterijen die op grote schaal energie kunnen opslaan, waaronder natrium-zwavel-, metaal-lucht-, lithium-ion- en lood-zuur-batterijen. Er zijn verschillende batterij-installaties in windmolenparken, waaronder het Notrees Wind Storage Demonstration Project in Texas, dat een 36 MW-batterijfaciliteit gebruikt om de stabiliteit van de stroomvoorziening te helpen waarborgen, zelfs wanneer het niet waait.
De vooruitgang in batterijtechnologieën is grotendeels te danken aan de groeiende elektrische voertuigindustrie (EV). Naarmate er meer ontwikkelingen zijn op het gebied van EV’s, zouden de batterijkosten verder moeten dalen. Elektrische voertuigen kunnen ook van invloed zijn op de energieopslag door middel van voertuig-naar-net-technologieën, waarbij hun batterijen op het net kunnen worden aangesloten en stroom kunnen afgeven die anderen kunnen gebruiken.