Energiespeichertechnologiensind Technologien, die Energie in Geräten oder physischen Medien speichern, um sie später bei Bedarf zu nutzen. Energiespeichertechnologie kann nach dem Speichermedium kategorisiert werden, lässt sich in mechanische Energiespeicherung, elektrische Energiespeicherung, elektrochemische Energiespeicherung, thermische Energiespeicherung und chemische Energiespeicherung unterteilen.
In diesem Artikel werden drei der wichtigsten Technologien zur Speicherung elektrischer Energie behandelt. Diese sind Pumpspeicher, Druckluft-Energiespeicher Und Elektrochemische Energiespeicherung.
1. Pumpspeicher
Es handelt sich dabei um die derzeit am weitesten verbreitete Technologie zur Stromspeicherung im großen Maßstab.
(1) Grundprinzip
Pumpen und Turbinen werden zwischen zwei Reservoirs auf unterschiedlichen Höhen aufgestellt. Bei geringer Stromlast werden elektrisch betriebene Pumpen eingesetzt, um Wasser vom unteren Reservoir in das höher gelegene zu pumpen. Bei Spitzenlast wird Wasser aus den höher gelegenen Reservoirs freigesetzt, um über die Turbinengeneratoreinheiten Strom zu erzeugen.
(2) Eigenschaften
Es handelt sich um eine groß angelegte, zentralisierte Energiespeicherung, deren Technologie ziemlich ausgereift ist und für das Energiemanagement und die Spitzenlastverteilung im Stromnetz eingesetzt werden kann.
Die Effizienz liegt im Allgemeinen bei etwa 65–75 % und kann bis zu 80–85 % erreichen.
Schnelle Lastreaktion (10 % Laständerung dauert 10 Sekunden), vom vollständigen Stopp bis zur Volllasterzeugung in etwa 5 Minuten, vom vollständigen Stopp bis zum Volllastpumpen in etwa 1 Minute.
Verfügt über die Fähigkeit zur täglichen Regulierung, geeignet für die Zusammenarbeit mit Kernkraftwerken, der Stromerzeugung durch Windkraft im großen Maßstab und der Stromerzeugung durch Photovoltaik im extrem großen Maßstab.
(3) Nachteile
Benötigt obere und untere Becken.
Die Wahl des Anlagenstandortes ist von den geografischen Bedingungen abhängig und bringt gewisse Schwierigkeiten und Einschränkungen mit sich.
Da eine gewisse Entfernung zum Lastzentrum besteht, ist eine Fernübertragung erforderlich.
(4) Bewerbung
Derzeit liegt der Anteil der Pumpspeicherkraftwerke an der gesamten installierten Kapazität eines Landes im weltweiten Durchschnitt bei etwa 3 %.
2. Druckluft-Energiespeicher
Druckluft wird in Zylindern oder unterirdischen Lagertanks gespeichert, um die potenzielle Energie der Druckluft zu speichern. Wenn Strom benötigt wird, wird die Druckluft freigesetzt, um die Turbine anzutreiben und Strom zu erzeugen.
(1) Grundprinzip
Druckluft-Energiespeicherung mit Luft als Energieträger. Bei der groß angelegten Druckluftspeicherung unter Verwendung von überschüssigem Strom wird Druckluft komprimiert und in einer unterirdischen Struktur (z. B. unterirdischen Höhlen) gespeichert. Bei Bedarf wird die Druckluft dann mit Erdgas gemischt und verbrannt und expandiert, um eine Gasturbine anzutreiben.
Derzeit gibt es verschiedene Formen von Druckluftspeichern. Diese lassen sich nach Arbeitsmedium, Speichermedium und Wärmequelle kategorisieren: konventionelle Druckluft-Energiespeicher (die die Verbrennung fossiler Brennstoffe erfordern), Druckluftspeicher mit Wärmespeicher, Und Flüssiggas-Kompressionsenergiespeichersysteme.
(2) Vorteile
Es verfügt über eine Spitzenverschiebungsfunktion und eignet sich für den Einsatz in großen Windparks. Denn die durch Windenergie erzeugte mechanische Arbeit kann den Kompressor direkt zum Rotieren bringen, wodurch die Zwischenumwandlung in Elektrizität reduziert und so die Effizienz verbessert wird.
(3) Nachteile
Erfordert eine große Kaverne zur Speicherung von Druckluft, hängt stark von den geografischen Bedingungen ab und ist nur für eine sehr begrenzte Anzahl von Standorten geeignet.
Erfordert eine Gasturbine und eine bestimmte Menge Gas als Brennstoff und eignet sich für Energiemanagement, Lastausgleich und Spitzenlastkappung.
In der Vergangenheit wurde eine nicht-adiabatische Druckluftspeichertechnologie entwickelt. Die beim Komprimieren der Luft freigesetzte Wärme wird nicht gespeichert und durch Abkühlung abgeführt. Stattdessen muss die Druckluft vor dem Eintritt in die Turbine wieder aufgewärmt werden. Der Wirkungsgrad des gesamten Prozesses ist daher gering und liegt normalerweise unter 50 %.
(4) Die Bedeutung von Druckluftspeicherkraftwerken:
Luft ist die beste Wahl für „Multimediaenergie“. Es gibt einen globalen Trend, Sonnen-, Wind-, Wellen- und Kernenergie energisch zu entwickeln, aber Angebot und Nachfrage sind oft asynchron und unausgewogen. Die einzige „Multimediaenergie“, die alle Energieformen umwandeln, speichern und nutzen kann, ist „Luft“. Und sie ist der „beste Kandidat“ für diese „Rolle“.
Der enorme wirtschaftliche und soziale Nutzen, berechnet auf der Grundlage eines Drittels der Stromerzeugungskapazität, kann vier- bis fünfhundert Millionen Tonnen Kohle pro Jahr einsparen. Dies entspricht der jährlichen Produktion von Dutzenden mittelgroßer und großer Kohlebergwerke. Und Jahr für Jahr sind die wirtschaftlichen und sozialen Vorteile enorm, da viele Ressourcen gespart und eine nachhaltige wirtschaftliche und soziale Entwicklung gefördert wird.
3.Elektrochemische Speicherung
Elektrochemische Speicher umfassen hauptsächlich eine Vielzahl von Sekundärbatterien, Blei-Säure-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, Natrium-Schwefel-Batterien und Flüssigstrombatterien. Anwendung des chemischen Speicherprinzips verschiedener Batterien (hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterien) zum Speichern elektrischer Energie. Beim Laden wird die elektrische Energie in chemische Energie der Batterie umgewandelt, und beim Entladen wird die chemische Energie in elektrische Ausgangsenergie umgewandelt.
Dabei kommen häufiger Blei-Säure-Batterien und Lithium-Batterien zum Einsatz.
3.1Blei-Säure-Batterien
(1) Grundprinzip
Blei-Säure-Batterien gehören zu den am häufigsten verwendeten Batterien der Welt. In Blei-Säure-Batterien sind Anode (PbO2) und Kathode (Pb) in den Elektrolyten (verdünnte Schwefelsäure) eingetaucht. Zwischen den beiden Polen entsteht ein Potenzial von 2 V.
(2) Vorteile
Die Technologie ist sehr ausgereift, die Struktur ist einfach, die Kosten sind niedrig und die Wartung einfach. Die Lebensdauer kann bis zu 1000 Zyklen betragen.
Zyklenlebensdauer bis zu ca. 1000 Mal; -Effizienz bis zu 80 % bis 90 %.
Wirkungsgrad bis zu 80% bis 90%, kostengünstig.
(3) Nachteile
Abnahme der nutzbaren Kapazität bei tiefer, schneller und leistungsstarker Entladung; -Geringere Energiedichte, kürzere Lebensdauer.
Geringere Energiedichte, kürzere Lebensdauer.
Bleimetall hat größere Auswirkungen auf die Umwelt
(4) Bewerbung
Bleibatterien werden häufig als Notstrom- oder Backup-Batterien für Stromversorgungssysteme verwendet. In der Vergangenheit waren die meisten unabhängigen Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme mit solchen Batterien ausgestattet. Derzeit besteht der Trend, sie schrittweise durch andere Batterien (wie Lithium-Ionen-Batterien) zu ersetzen.
3.2Lithium-Ionen-Akku
(1) Grundprinzip
Bei einer Lithium-Ionen-Batterie handelt es sich eigentlich um eine konzentrierte Lithium-Ionen-Batterie. Die positiven und negativen Elektroden bestehen aus zwei unterschiedlichen eingebetteten Lithium-Ionen-Verbindungen.
Beim Laden wird Li + vom positive Elektrode durch den Elektrolyten im negative Elektrode, die negative Elektrode befindet sich im lithiumreichen Zustand, die positive Elektrode im lithiumarmen Zustand.
Die Entladung erfolgt umgekehrt: Li+ wird aus der negativen Elektrode freigesetzt und durch den Elektrolyten in die positive Elektrode eingebettet. Die positive Elektrode befindet sich im lithiumreichen Zustand und die negative Elektrode im lithiumarmen Zustand.
(2) Vorteile
Der Wirkungsgrad von Lithium-Ionen-Akkus kann über 95 % erreichen.
Die Entladezeit kann bis zu mehreren Stunden betragen.
Bis zu 5000 Zyklen oder mehr, schnelle Reaktion.
Lithium-Ionen-Batterien sind praktische Batterien mit der höchsten spezifischen Energie aller Batterien. Und es gibt eine Vielzahl von Materialien, die für Anode und Kathode verwendet werden können. Zum Beispiel: Lithium-Kobaltat-Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Manganat-Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterien und so weiter.
(3) Nachteile
Der Preis für Lithium-Ionen-Batterien ist immer noch hoch.
Manchmal kann eine Überladung zu Hitze, Verbrennung und anderen Sicherheitsproblemen führen.
(4) Bewerbung
Aufgrund der Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien in tragbaren und mobilen Geräten wie Elektroautos, Computern, Mobiltelefonen usw. sind sie mittlerweile fast die am weitesten verbreitete Batterie der Welt.
Die hohe Energiedichte und Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien ist der Hauptgrund, warum sie so weit verbreitet sind und so viel Aufmerksamkeit erfahren haben. Die Technologie entwickelt sich rasant, und in den letzten Jahren haben Massenproduktion und vielseitige Anwendungen zu einem starken Preisverfall geführt und damit zu einer zunehmenden Verwendung in Stromversorgungssystemen.
Die Technologie der Lithium-Ionen-Batterien wird weiterhin kontinuierlich weiterentwickelt und die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die weitere Verbesserung ihrer Lebensdauer und Sicherheit, die Kostensenkung und die Entwicklung neuer Materialien für positive und negative Elektroden.
Darüber hinaus gibt es Schwungrad-Energiespeicher, Superkondensator-Energiespeicher, supraleitende Energiespeicher und andere Technologien, aber der derzeitige Anwendungsbereich ist gering. Die oben genannten drei sind die derzeit gängigen Technologien zur Energiespeicherung im großen Maßstab. Mit der Entwicklung der Technologie werden sich verschiedene Energiespeichermethoden weiter verbessern und anwenden lassen.