RP-Energie-Lexikon - Съхранение на електрическа енергия, суперкондензатор, батерии, възобновяеми

Определение: Системи, които абсорбират електрическа енергия и могат по-късно да я освободят отново

rp-energie-lexikon

Английски: съхранение на електрическа енергия

Оригинално създаване: 24.11.2012; последна промяна: 14.03.2020

Под съхранение на електрическа енергия обикновено се разбират системи или устройства, които могат да абсорбират електрическата енергия и след това да я освободят отново по-късно - в някои случаи и устройства, към които е доставена енергия в различна форма (например като химическа енергия) и които след това са електрически Може да отделя енергия.

Различни аспекти, които са от значение и за други видове съхранение на енергия, са разгледани в статията за съхранение на енергия.

Видове съхранение на електрическа енергия

Кондензатори

Директното съхранение на електрическа енергия - без преобразуване в други форми на енергия - е възможно с кондензатори. Те съхраняват електрически заряд, който е пропорционален на приложеното електрическо напрежение. Доставянето на допълнителен електрически заряд трябва да се извършва срещу това напрежение, така че то изисква енергия и увеличава това напрежение допълнително. Напрежението не трябва да става прекалено високо, защото в противен случай електрическият пробив води до разрушаване.

Загубите при съхранение на енергия в кондензатори са много ниски и зареждането и разреждането могат да се осъществят много бързо, т.е.при висока плътност на мощността. Енергийната плътност обаче е ниска, поради което само относително малки количества енергия могат да се съхраняват с кондензатори. Това се отнася дори за така наречените суперкондензатори с особено голям капацитет.

Друг недостатък е, че електрическото напрежение трябва да варира много широко по време на зареждане и разреждане - много повече, отколкото при батериите.

Магнитно съхранение

Намотка, през която протича ток, генерира магнитно поле и това също съхранява енергия. Има устройства със свръхпроводящ магнит, които са оптимизирани за съхранение на енергия, при които токът може да протича без съпротивление и следователно не се получават загуби на енергия, докато се задържа зарядът (освен чрез охлаждащи устройства и други подобни). Дори при зареждане и разреждане обикновено се губи много малко енергия. Технологията обаче е сложна и енергийната плътност е относително ниска, докато плътността на мощността може да бъде относително висока. Засега почти няма практически приложения за тази технология.

Батерии

Енергията се съхранява в електрохимична форма в акумулатори (акумулаторни батерии). Тъй като процесите, които протичат по време на зареждане, са до голяма степен обратими (обратими), възникващите загуби на енергия са относително малки - често само няколко процента. Силата на саморазреждането зависи силно от вида на батерията, но обикновено е умерена. Енергийната плътност е много по-висока от тази на всички кондензатори, но много ниска в сравнение с тази на горивата. Следователно е z. Б. е трудно да се проектират електрически автомобили с дълги разстояния, задвижвани от батерии.

Акумулаторите също се използват понякога за съхранение на слънчева енергия, въпреки че разходите им са твърде високи за това приложение.

Големите системи могат да бъдат проектирани като така наречените редокс поточни батерии, които обаче са все още във фаза на разработка. Тук течност, заредена с енергия, се съхранява външно в резервоар. (Често са необходими два резервоара за различни течности.) Това позволява висок капацитет за съхранение, без електрохимичният компонент да е много голям. Така човек постига централното предимство на съхранението на химическа енергия.

Батериите не са подходящи за дългосрочно съхранение. Това не се дължи на саморазреждането, което е много слабо при някои видове батерии, а поради разходите и ограничения експлоатационен живот. Ако батерията е z. Ако например се зарежда и разрежда само няколко пъти в годината, ще се постигнат много малко цикли на зареждане по време на експлоатационния му живот, а разходите за цикъл на зареждане ще бъдат изключително високи.

Маховик акумулатор

Когато зареждате устройство за съхранение на маховик, маховикът се настройва в бързо въртене с помощта на електрически мотор. При разреждането същата електрическа машина обикновено се използва като генератор за генериране на електричество. Такива устройства за съхранение са краткосрочни устройства за съхранение с висока производителност, но ограничена енергийна плътност. Например можете да съхранявате енергия за шофиране на електрически автобус от една спирка до друга. Презареждането става по време на кратко спиране на автобусните спирки чрез подаване на висока електрическа мощност.

Помпени електроцентрали за съхранение

Много по-големи количества енергия могат да се съхраняват в помпено хранилище. Тук водата се изпомпва в резервоар на голяма надморска височина и по-късно може да задвижва турбини, за да генерира отново електрическа енергия. Количеството енергия, което може да се съхранява, зависи от произведението на обема на резервоара и височината на падане. Енергийните загуби по време на цикъл на зареждане/разреждане обикновено са около 15 до 25%. Ефективността при зареждане и разреждане може да бъде много висока (стотици мегавати, понякога дори над 1 GW).

Помпените електроцентрали за съхранение съставляват по-голямата част от капацитета за съхранение, инсталиран по целия свят.

Непряко съхранение в водни електроцентрали

Електроцентралите за съхранение на вода без възможност за изпомпване могат поне да се използват за непряко съхранение на излишната енергия. Това означава, че тяхното производство се намалява или спира, докато z. Б. има достатъчно електричество от вятърна енергия. Това предпазва водоснабдяването и може да го използва по-широко в други моменти, когато вятърът не духа, отколкото в противен случай (без вятърни турбини).

Методът за непряко съхранение не само има предимството, че помпите могат да бъдат освободени от водноелектрическите централи, но също така избягва енергийните загуби на помпеното съхранение. Достатъчно е за възстановяване на излишната вятърна енергия, стига мощността на вятърната енергия да е под тази на потреблението на електроенергия. Съхранението на помпа става интересно само с по-висока инсталирана вятърна мощност. Само с непряко съхранение обаче не е възможно да се използва многократно водния капацитет в рамките на една година, какъвто е случаят с помпеното съхранение - което може да бъде важно, когато капацитетът за съхранение е оскъден.

Електроцентрали за съхранение на сгъстен въздух

Електроцентралите за съхранение на сгъстен въздух използват голяма подземна кухина, която се пълни със сгъстен въздух при зареждане чрез компресори. При разтоварване този сгъстен въздух може отново да задвижва турбини (или двигател с експанзия на газ при по-малки системи). Нещата се усложняват от факта, че въздухът се нагрява, когато се компресира, и отново се охлажда, когато се отпуска. В идеалния случай се постига почти адиабатична операция, при която топлината се съхранява по време на зареждане и се връща във въздуха, когато се отпусне. В противен случай често се прилага комбинация с електроцентрала с газова турбина, която консумира природен газ, но в значително по-малки количества от електроцентрала с чист газ поради енергията, доставяна от сгъстения въздух.

Електроцентралите за съхранение на сгъстен въздух се използват на някои места за покриване на изискванията за пиково натоварване. Енергийната им ефективност е значително по-ниска от тази на помпените електроцентрали, но те са по-осъществими от тези в равен терен.

водород

В електролизатора водородът може да се произвежда с помощта на електрическа енергия, която след това се съхранява в резервоари. По-късно електрическата енергия може да бъде възстановена с горивна клетка. За разлика от помпени електроцентрали или електроцентрали за съхранение на сгъстен въздух, такива електроцентрали за съхранение на водород могат да бъдат внедрени практически на всяко място. Те обаче са много по-скъпи и имат по-големи енергийни загуби.

Възможно е също така генерираният водород да се използва за други цели, напр. Б. да се подава в газовата мрежа (ако е необходимо след метаниране). Този подход е известен като мощност към газ. По-общо се говори за Power to X, z. Б. включва и властта към течността. Водородът често играе основна роля в производството на напр. Б. от синтетични горива.

Търсенето на съхранение на електрическа енергия в електрическата мрежа

В електрическите мрежи устройствата за съхранение на електрическа енергия могат да изпълняват много полезни функции. По-специално, те могат да преодолеят необходимостта от генериране на толкова енергия в електроцентралите, колкото е необходимо по всяко време: те могат да поемат излишъците и по-късно да ги освободят отново в случай на тесни места. Това не само увеличава сигурността на доставките, но също така позволява по-рентабилно производство на електроенергия и използването на по-широк спектър от технологии на електроцентралите.

Разбира се, изграждането и експлоатацията на системи за съхранение на енергия изискват определено количество усилия и също така възникват загуби на енергия. Ето защо е важно да се прецени дали другите възможности не са по-благоприятни:

  • Могат да се използват по-гъвкави електроцентрали, които могат да бъдат добре адаптирани към търсенето - дори ако те могат да доведат до по-високи разходи за гориво.
  • Може да се осъществи по-сложно управление на натоварването, така че търсенето да може да се коригира във времето според съответните възможности за генериране.
  • Електрическите мрежи могат да бъдат разширени, така че електрическата енергия да може да се обменя на по-големи разстояния с ниски загуби. В повечето случаи това решение е значително по-рентабилно от внедряването на допълнителни устройства за съхранение на енергия.
  • Ако е необходимо, излишната мощност може да остане неизползвана, ако това не се случва твърде често.

На практика е важно да се определи видът и обхватът на използваните системи за съхранение на енергия и използваните електроцентрали по такъв начин, че да се постигне оптимум като цяло - като се вземат предвид много аспекти като инвестиционни и оперативни разходи, енергийна ефективност, замърсяване на околната среда и сигурност на доставките Това е много сложна оптимизация. В зависимост от наличните технологии, местоположение и видове електроцентрали, може да има смисъл да се използват технологии за съхранение в по-голяма или по-малка степен. Така че няма дадена нужда от съхранение, а оптимум, който да бъде определен за степента на използване на съхранението.

В резултат на енергийния преход ще има по-голяма нужда от системи за съхранение на електрическа енергия в Германия в средносрочен и дългосрочен план, тъй като все по-голям дял от електрическата енергия ще бъде покрит от променливи източници като вятърна енергия и слънчева енергия. Във всеки случай, мощните нови технологии за съхранение биха били много добре дошли в този контекст. Все още обаче не е ясно до каква степен подобно развитие може или трябва да бъде заменено от алтернативни мерки (вж. По-горе). По-специално, би могло да бъде по-рентабилно да се създаде европейска супермрежа (допълнителна високоефективна електропреносна мрежа с високо напрежение с постоянен ток), за да може да се свържат съществуващите хранилища и много различни производители на възобновяема енергия. Защото z. Например, ако вятърните турбини и фотоволтаичните системи все повече могат да се експлоатират на по-евтини места, разходите за производство на електроенергия също биха намалели. За разлика от тях, децентрализираните системи за съхранение на слънчева енергия биха довели до огромни допълнителни разходи.

Въпреки нарастващия дял на променливите захранвания в електрическата мрежа, рентабилността на помпените електроцентрали, например, се е развила отрицателно през последните години. Колебанията в цените на електроенергията на борсата, на която в крайна сметка живеят операторите на системи за съхранение на енергия, всъщност са намалели. Това отчасти се дължи на факта, че поне при хубаво време силното подаване на фотоволтаично електричество покрива голяма част от обедния пик на потребление. По този начин редовната задача за тези системи за съхранение, която допринесе значително за тяхната рентабилност, беше значително намалена. С по-нататъшното разширяване на фотоволтаиците обаче това развитие вероятно ще бъде обърнато: Ако в обедното време се подава значително повече, отколкото е необходимо, за да се покрият пиковете на потребление, помпените хранилища и други системи за съхранение могат да поемат излишъка и да го освободят отново вечер, например.

Съхранение на какво ниво?

Системите за съхранение за балансиране на производството и търсенето по принцип могат да бъдат инсталирани на различни нива: в преносната мрежа, в локалните разпределителни мрежи, в краен случай дори в отделни къщи, например като допълнение към фотоволтаична система. Съхранението на най-високо ниво, това на преносните мрежи, има две важни предимства:

  • Тъй като те имат много висок капацитет за съхранение, разходите за съхраняван киловат час са много по-ниски, отколкото при малките системи за съхранение - макар и само защото в този мащаб могат да се използват други технологии (например помпени електроцентрали вместо акумулатори), но и поради намаляването на разходите.
  • Балансът между производство и търсене също е възможно най-добре на това ниво, защото само там е известно реалното търсене. Би било енергийно ефективно z. Б. няма смисъл да прехвърля текущия излишък от фотоволтаична система към слънчево акумулиращо устройство по време на обяд, ако в същото време има голямо потребление на енергия за електрически печки на същата улица.

Разходи за съхранение

Има няколко вида разходи, свързани с използването на хранилището:

  • На първо място, струва производството и инсталирането на памет.
  • Допълнителни разходи могат да възникнат при експлоатация и поддръжка.
  • Загубите на енергия също генерират непреки разходи.

Всички тези фактори трябва да бъдат взети предвид при оценката на рентабилността.

Когато се споменат разходите за съхранение на киловат час за един, може да се има предвид съвсем различна информация:

Ако например система за съхранение на слънчева енергия, базирана на литиево-йонни батерии, изисква инвестиция от 10 000 евро и предлага използваем капацитет за съхранение от 5 kWh, резултатът е 10 000 EUR/5 kWh = 2 000 EUR/kWh. Ако системата за съхранение трябва да постигне експлоатационен живот от 10 000 цикъла, разходите за количеството преобразувана енергия биха били 0,20 евро/kWh. Ако обаче батериите са преминали през 2000 цикъла само след десет години действителна експлоатация, но въпреки това са станали неизползваеми поради стареене, тези разходи са далеч по-високи, а именно 1 €/kWh. Имайте предвид, че нито оперативните разходи, нито енергийните загуби са взети под внимание.

Рамка на енергийната промишленост

Икономическият баланс на системите за съхранение на електроенергия също зависи решаващо от определени общи енергийни условия. По-специално е важно при какви тарифи и с какви такси може да се получи електроенергия за зареждане на съхранение.

Според настоящата правна ситуация в Германия, например, системите за съхранение на електрическа енергия по същество се класифицират като крайни потребители - въпреки че те само временно съхраняват енергията и по-късно я доставят на действителните крайни потребители. Съществуват обаче различни специални разпоредби, които позволяват например рязко намаляване на таксите за използване на мрежата за помпени електроцентрали. Освен това има освобождаване от данък върху електроенергията за помпени електроцентрали, но засега не и за други технологии за съхранение. Други аспекти са свързани с данъци, като например надбавката за когенерация и офшорната такса. Отчасти възниква проблемът, че по-специално новите технологии за съхранение, които не са играли роля при изготвянето на действащите в момента правила, са обременени от данъци, които сами по себе си не са оправдани. Съответната корекция на правилата изглежда подходяща и би трябвало да улесни въвеждането на нови технологии за съхранение.

Въпроси и коментари от читатели

Тук можете да предложите въпроси и коментари за публикуване и отговор. Авторът на RP-Energie-Lexikon ще вземе решение за приемането според определени критерии. По същество въпросът е, че въпросът е от широк интерес.

Ако получите помощ тук, може да искате да върнете услугата с дарение, с което подкрепяте по-нататъшното развитие на енергийния речник.

Защита на данните: Моля, не въвеждайте тук никакви лични данни. И без това не бихме ги публикували и скоро щяхме да ги изтрием. Вижте и нашата политика за поверителност.

Ако искате лична обратна връзка или съвет от автора, моля, пишете му по имейл.

С изпращането си давате съгласието си да публикувате вашите записи тук в съответствие с нашите правила.

литература

[1]Статия в блога: Съхранение на енергия или електрически мрежи: кое е правилното решение?
[2]Статия в блога: Специфични разходи за съхранение на енергия
[3]Допълнителна статия: Съхранение на енергия и електрически мрежи - от какво се нуждае енергийният преход?
[4]Допълнителна статия: Съхранението на енергия - централен проблем за възобновяемите енергии?
[5]Agora-Energiewende: съхранение на енергия в енергийния преход, https://www.agora-energiewende.de/veroeffnahmungen/stromspeicher-in-der-energiewende/

Ако харесвате този уебсайт, моля, уведомете вашите приятели и колеги - д. Б. чрез социалните медии, като кликнете тук:

Тези бутони за споделяне са настроени по начин, удобен за защита на данните!

Код за връзки на други уебсайтове

Ако искате да публикувате връзка към тази статия другаде (например на вашия уебсайт, социални медии, дискусионни форуми или в Уикипедия), можете да намерите кода тук. Такива връзки могат да бъдат Б. бъдете много полезни за обяснения на думи.

HTML връзка към тази статия:

С изображение за предварителен преглед (вижте полето точно над това):

Ако смятате за подходящо да поставите линк в Уикипедия, напр. Б. под "== Уеб връзки ==":

Експоненциален растеж

Бихте ли искали най-накрая да разберете,

  • какво точно е експоненциалният растеж,
  • при какви обстоятелства се случва и
  • какви основни свойства има?

Нашата статия „Експоненциален растеж - обяснен по разбираем за неспециалистите начин“ е вълнуващо и поучително четене!

Важните обстоятелства се обясняват внимателно на примери - в теми като бактериален растеж, епидемии (коронавирусна криза!), Капиталови инвестиции, атомни бомби, ядрени реактори и лазерни технологии.