Technologie magazynowania energii
Różne technologie magazynowania energii przyczyniają się do stabilności energii elektrycznej, pracując na różnych etapach sieci, od wytwarzania do końcowego wykorzystania przez konsumenta.
Magazynowanie termiczne
Magazynowanie termiczne jest wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej dzięki wykorzystaniu energii słonecznej, nawet gdy słońce nie świeci. Koncentrujące elektrownie słoneczne mogą przechwytywać ciepło słoneczne i magazynować energię w wodzie, stopionych solach lub innych płynach. Ta przechowywana energia jest później wykorzystywana do generowania energii elektrycznej, umożliwiając korzystanie z energii słonecznej nawet po zachodzie słońca.
Instalacje takie jak te są obecnie działające lub proponowane w Kalifornii, Arizonie i Nevadzie . Na przykład, proponowane Rice Solar Energy Project w Blythe, Kalifornia będzie korzystać z systemu przechowywania stopionej soli z koncentrującym wieży słonecznej, aby zapewnić energię dla około 68.000 domów każdego roku .
Technologie termiczne przechowywania istnieją również dla końcowego wykorzystania energii. Jedną z metod jest zamrażanie wody w nocy przy użyciu energii elektrycznej poza szczytem, a następnie uwalnianie zmagazynowanej zimnej energii z lodu, aby pomóc w klimatyzacji w ciągu dnia. Na przykład system Ice Bear firmy Ice Energy tworzy blok lodu w nocy, a następnie wykorzystuje lód w ciągu dnia do skraplania czynnika chłodniczego systemu klimatyzacji. W ten sposób system Ice Bear przesuwa zużycie energii elektrycznej w budynku z dziennego szczytu na okresy pozaszczytowe, kiedy energia elektryczna jest tańsza. Dodatkowo Bonneville Power Administration prowadzi program pilotażowy dotyczący przechowywania nadmiaru energii wiatrowej w domowych podgrzewaczach wody.
Sprężone powietrze
Magazynowanie energii sprężonego powietrza (CAES) działa również jako technologia magazynowania energii poprzez wykorzystanie elastycznej energii potencjalnej sprężonego powietrza do poprawy wydajności konwencjonalnych turbin gazowych.
Systemy CAES sprężają powietrze przy użyciu energii elektrycznej w okresach pozaszczytowych, a następnie przechowują powietrze w podziemnych kawernach. W okresach szczytowego zapotrzebowania, powietrze jest pobierane z magazynu i spalane wraz z gazem ziemnym w turbinie spalinowej w celu wytworzenia energii elektrycznej. Metoda ta zużywa tylko jedną trzecią gazu ziemnego stosowanego w metodach konwencjonalnych. Ponieważ elektrownie CAES wymagają pewnego rodzaju podziemnego zbiornika, są one ograniczone przez ich lokalizację. Dwa komercyjne zakłady CAES działają obecnie w Huntorf, Niemcy i MacIntosh, Alabama, choć zakłady zostały zaproponowane w innych częściach Stanów Zjednoczonych.
Wodór
Wodór może być stosowany jako zeroemisyjne paliwo do wytwarzania. Nadmiar energii elektrycznej może być wykorzystany do wytworzenia wodoru, który może być przechowywany i wykorzystany później w ogniwach paliwowych, silnikach lub turbinach gazowych do wytwarzania energii elektrycznej bez wytwarzania szkodliwych emisji. NREL zbadał potencjał tworzenia wodoru z energii wiatrowej i przechowywania go w wieżach turbin wiatrowych do produkcji energii elektrycznej, gdy wiatr nie wieje.
Pompowe magazynowanie energii wodnej
Pompowe magazynowanie energii wodnej oferuje sposób na przechowywanie energii na etapie przesyłania sieci, poprzez przechowywanie nadmiaru generacji do późniejszego wykorzystania.
Wiele elektrowni wodnych zawiera dwa zbiorniki na różnych wysokościach. Elektrownie te magazynują energię poprzez pompowanie wody do górnego zbiornika, gdy podaż przewyższa popyt. Kiedy popyt przewyższa podaż, woda jest uwalniana do dolnego zbiornika przez turbiny, aby wygenerować energię elektryczną.
Przy ponad 22 GW zainstalowanej mocy w Stanach Zjednoczonych, elektrownie wodne szczytowo-pompowe są największym działającym obecnie systemem magazynowania energii. Jednak długi proces uzyskiwania pozwoleń i wysokie koszty elektrowni szczytowo-pompowych sprawiają, że dalsze projekty są mało prawdopodobne.
Koła zamachowe
Koła zamachowe mogą zapewnić wiele korzyści dla sieci na poziomie przesyłowym lub dystrybucyjnym, poprzez magazynowanie energii elektrycznej w postaci wirującej masy.
Urządzenie ma kształt cylindra i zawiera duży wirnik umieszczony w próżni. Kiedy koło zamachowe pobiera energię z sieci, wirnik rozpędza się do bardzo dużych prędkości, magazynując energię elektryczną w postaci energii obrotowej. Aby rozładować zmagazynowaną energię, wirnik przełącza się w tryb generowania, zwalnia i działa na energii bezwładnościowej, zwracając w ten sposób energię elektryczną do sieci .
Koła zamachowe mają zazwyczaj długi okres eksploatacji i wymagają niewielkiej konserwacji. Urządzenia te mają również wysoką wydajność i szybki czas reakcji. Ponieważ mogą być umieszczone prawie wszędzie, koła zamachowe mogą znajdować się w pobliżu konsumentów i przechowywać energię elektryczną do dystrybucji.
While pojedyncze urządzenie koła zamachowego ma typową pojemność rzędu kilowatów, wiele kół zamachowych można połączyć w „farmie kół zamachowych”, aby stworzyć magazyn rzędu megawatów . Beacon Power’s Stephentown Flywheel Energy Storage Plant w Nowym Jorku jest największym obiektem z kołami zamachowymi w Stanach Zjednoczonych, o mocy operacyjnej 20 MW.
Baterie
Baterie, takie jak te w latarce lub telefonie komórkowym, mogą być również wykorzystywane do przechowywania energii na dużą skalę.
Podobnie jak koła zamachowe, baterie mogą być zlokalizowane w dowolnym miejscu, więc często są postrzegane jako magazynowanie dla dystrybucji, gdy obiekt z bateriami jest zlokalizowany w pobliżu konsumentów, aby zapewnić stabilność zasilania; lub końcowego zastosowania, jak baterie w pojazdach elektrycznych.
Istnieje wiele różnych typów akumulatorów, które mają potencjał magazynowania energii na dużą skalę, w tym sodowo-siarkowe, metalowo-powietrzne, litowo-jonowe i kwasowo-ołowiowe. Istnieje kilka instalacji akumulatorów na farmach wiatrowych, w tym Notrees Wind Storage Demonstration Project w Teksasie, który wykorzystuje akumulator o mocy 36 MW, aby pomóc zapewnić stabilność dostaw energii nawet wtedy, gdy nie wieje wiatr.
Postępy w technologiach akumulatorowych zostały dokonane w dużej mierze dzięki rozwijającemu się przemysłowi pojazdów elektrycznych (EV). W miarę dalszego rozwoju EV, koszt baterii powinien nadal spadać. Pojazdy elektryczne mogą mieć również wpływ na magazynowanie energii poprzez technologie vehicle-to-grid, w których ich akumulatory mogą być podłączone do sieci i rozładowywać energię dla innych do wykorzystania.