Niekedy sú dva lepšie ako jeden. Spojenie solárnej energie a technológií skladovania je jedným z takýchto prípadov. Dôvod: Slnečná energia sa nie vždy vyrába v čase, keď je energia najviac potrebná. Špičková spotreba energie často sa vyskytuje na letné popoludnia a večery keď výroba slnečnej energie klesá. Teploty môžu byť v týchto časoch najvyššie a ľudia, ktorí pracujú cez deň, sa dostanú domov a začnú používať elektrinu na chladenie svojich domovov, varenie a prevádzku spotrebičov.
Skladovanie pomáha slnečnému žiareniu prispievať k zásobovaniu elektrickou energiou, aj keď slnko nesvieti. Môže tiež pomôcť vyrovnať zmeny v tom, ako slnečná energia prúdi v sieti. Tieto variácie možno pripísať zmenám v množstve slnečného svetla, ktoré svieti fotovoltaické (PV) panely resp sústredenie solárno-tepelnej energie (CSP). Produkciu slnečnej energie môže ovplyvniť ročné obdobie, denná doba, mraky, prach, opar alebo prekážky, ako sú tiene, dážď, sneh a špina. Niekedy je zásobník energie umiestnený spolu so solárnym energetickým systémom alebo vedľa neho a niekedy je úložný systém samostatný, ale v oboch konfiguráciách môže pomôcť efektívnejšie integrovať solárnu energiu do energetického prostredia.
Čo je skladovanie energie?
„Skladovanie“ označuje technológie, ktoré dokážu zachytiť elektrickú energiu, uložiť ju ako inú formu energie (chemickú, tepelnú, mechanickú) a potom ju v prípade potreby uvoľniť na použitie. Lítium-iónové batérie sú jednou z takýchto technológií. Aj keď používanie skladovania energie nie je nikdy 100% efektívne – určitá časť energie sa vždy stratí pri premene energie a jej znovuzískaní – skladovanie umožňuje flexibilné využitie energie v inom čase, ako keď bola vytvorená. Takže úložisko môže zvýšiť efektivitu a odolnosť systému a môže zlepšiť kvalitu energie zosúladením ponuky a dopytu.
Skladovacie zariadenia sa líšia tak energetickou kapacitou, čo je celkové množstvo energie, ktorú možno uložiť (zvyčajne v kilowatthodinách alebo megawatthodinách), ako aj energetickou kapacitou, čo je množstvo energie, ktorá sa môže uvoľniť v danom čase ( zvyčajne v kilowattoch alebo megawattoch). Na riadenie rôznych úloh možno použiť rôzne energetické a výkonové kapacity úložiska. Krátkodobé skladovanie, ktoré trvá len niekoľko minút, zabezpečí bezproblémovú prevádzku solárnej elektrárne počas kolísania výkonu v dôsledku prechodu oblačnosti, zatiaľ čo dlhodobé skladovanie môže pomôcť zabezpečiť zásobovanie počas dní alebo týždňov, keď je produkcia slnečnej energie nízka alebo počas veľkých poveternostných udalostí. , napríklad.
Výhody kombinácie akumulácie a solárnej energie
Vyrovnávanie zaťaženia elektrickou energiou – Bez skladovania sa elektrina musí vyrábať a spotrebovať súčasne, čo môže znamenať, že prevádzkovatelia siete odstavia časť výroby do režimu offline alebo ju „obmedzia“, aby sa vyhli problémom s nadmernou výrobou a spoľahlivosťou siete. Naopak, môžu nastať iné časy, po západe slnka alebo v zamračených dňoch, keď je solárna produkcia malá, ale dopyt po energii je veľký. Vstúpte do zásobníka, ktorý je možné naplniť alebo nabiť, keď je výroba vysoká a spotreba energie nízka, a potom sa môže vydať, keď je zaťaženie alebo dopyt vysoký. Keď sa časť elektriny vyrobenej slnkom uloží do zásobníka, táto elektrina sa môže použiť vždy, keď ju prevádzkovatelia siete potrebujú, a to aj po západe slnka. Skladovanie tak funguje ako poistka proti slnečnému žiareniu.
„Spevnenie“ solárnej výroby – Krátkodobé skladovanie môže zabezpečiť, že rýchle zmeny vo výrobe výrazne neovplyvnia výkon solárnej elektrárne. Napríklad malá batéria môže byť použitá na prekonanie krátkeho výpadku výroby z prechádzajúceho oblaku, čo pomáha sieti udržiavať „pevné“ elektrické zásobovanie, ktoré je spoľahlivé a konzistentné.
Poskytovanie odolnosti – Solárne a skladovacie zariadenia môžu poskytnúť záložnú energiu počas výpadku elektrického prúdu. Môžu udržiavať kritické zariadenia v prevádzke, aby zabezpečili nepretržité základné služby, ako je komunikácia. Solárne a skladovacie zariadenia je možné použiť aj pre mikrosiete a aplikácie menšieho rozsahu, ako sú mobilné alebo prenosné energetické jednotky.
Typy skladovania energie
Najbežnejším typom skladovania energie v elektrickej sieti je prečerpávacia vodná energia. No akumulačné technológie najčastejšie spojené so solárnymi elektrárňami sú elektrochemické skladovanie (batérie) s FV elektrárňami a tepelné skladovanie (kvapaliny) s CSP elektrárňami. Iné typy skladovania, ako je skladovanie stlačeného vzduchu a zotrvačníky, môžu mať odlišné charakteristiky, ako napríklad veľmi rýchle vybíjanie alebo veľmi veľkú kapacitu, vďaka ktorým sú pre prevádzkovateľov siete atraktívne. Viac informácií o iných typoch úložiska nájdete nižšie.
Prečerpávacia vodná energia
Prečerpávacia vodná energia je technológia skladovania energie založená na vode. Elektrická energia sa používa na čerpanie vody do kopca, keď je dopyt po energii nízky. Neskôr je možné nechať vodu tiecť späť z kopca a roztočiť turbínu na výrobu elektriny, keď je dopyt vysoký. Prečerpávacia vodná elektráreň je dobre odskúšaná a vyspelá akumulačná technológia, ktorá sa v Spojených štátoch používa od roku 1929. Vyžaduje si však vhodnú krajinu a nádrže, ktorými môžu byť prírodné jazerá alebo vytvorené človekom stavbou priehrad, ktoré si vyžadujú dlhé regulačné povolenia, dlhé implementačné časy a veľký počiatočný kapitál. Okrem energetickej arbitráže sa hodnota služieb prečerpávacích vodných elektrární na integráciu variabilných obnoviteľných zdrojov úplne nerealizuje, čo môže predĺžiť obdobie finančnej návratnosti. Toto sú niektoré z dôvodov, prečo sa prečerpávacia vodná elektráreň v poslednom čase nepostavila, aj keď záujem je zrejmý zo žiadostí Federálnej energetickej regulačnej komisie o predbežné povolenia a licencie.
Elektrochemické skladovanie
Mnohí z nás poznajú elektrochemické batérie, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú v notebookoch a mobilných telefónoch. Keď sa elektrina privedie do batérie, spôsobí chemickú reakciu a energia sa uloží. Keď sa batéria vybije, táto chemická reakcia sa obráti, čo vytvorí napätie medzi dvoma elektrickými kontaktmi, čo spôsobí tok prúdu z batérie. Najbežnejšou chémiou pre batériové články je lítium-iónová, ale medzi ďalšie bežné možnosti patria olovené, sodíkové a niklové batérie.
Skladovanie tepelnej energie
Skladovanie tepelnej energie je skupina technológií, v ktorých sa na ukladanie tepla používa kvapalina, ako je voda alebo roztavená soľ, alebo iný materiál. Tento tepelne akumulačný materiál sa potom skladuje v izolovanej nádrži, kým nie je potrebná energia. Energia môže byť použitá priamo na vykurovanie a chladenie, alebo môže byť použitá na výrobu elektriny. V systémoch akumulácie tepelnej energie určených na elektrinu sa teplo využíva na varenie vody. Výsledná para poháňa turbínu a vyrába elektrickú energiu pomocou rovnakého zariadenia, aké sa používa v konvenčných elektrárňach. Skladovanie tepelnej energie je užitočné v zariadeniach CSP, ktoré sústreďujú slnečné svetlo na prijímač na ohrev pracovnej tekutiny. Superkritický oxid uhličitý sa skúma ako pracovná tekutina, ktorá by mohla využiť vyššie teploty a zmenšiť veľkosť výrobných zariadení.
Skladovanie zotrvačníka
Zotrvačník je ťažké koleso pripojené k otočnému hriadeľu. Vynakladanie energie môže spôsobiť, že sa koleso bude otáčať rýchlejšie. Túto energiu možno získať pripojením kolesa k elektrickému generátoru, ktorý využíva elektromagnetizmus na spomalenie kolesa a výrobu elektriny. Aj keď zotrvačníky dokážu rýchlo poskytnúť energiu, nedokážu uložiť veľa energie.
Skladovanie stlačeného vzduchu
Systémy skladovania stlačeného vzduchu pozostávajú z veľkých nádob, ako sú nádrže, alebo prírodných útvarov, ako sú jaskyne. Kompresorový systém pumpuje nádoby plné stlačeného vzduchu. Potom môže byť vzduch uvoľnený a použitý na pohon turbíny, ktorá vyrába elektrinu. Existujúce systémy skladovania energie stlačeného vzduchu často využívajú uvoľnený vzduch ako súčasť energetického cyklu zemného plynu na výrobu elektriny.
Solárne palivá
Solárna energia môže byť použitá na vytvorenie nových palív, ktoré môžu byť spálené (spálené) alebo spotrebované na poskytovanie energie, čím sa slnečná energia efektívne ukladá do chemických väzieb. Medzi možné palivá, ktoré výskumníci skúmajú, patrí vodík, ktorý sa vyrába jeho oddelením od kyslíka vo vode, a metán, ktorý vzniká spojením vodíka a oxidu uhličitého. Metán je hlavnou zložkou zemného plynu, ktorý sa bežne používa na výrobu elektriny alebo vykurovanie domácností.
Virtuálne úložisko
Energiu je možné skladovať aj zmenou spôsobu používania zariadení, ktoré už máme. Napríklad vykurovaním alebo ochladzovaním budovy pred očakávaným vrcholom spotreby elektrickej energie môže budova „uložiť“ túto tepelnú energiu, takže neskôr v priebehu dňa nebude musieť spotrebovať elektrinu. Samotná budova funguje ako termoska tým, že uchováva chladný alebo teplý vzduch. Podobný proces možno použiť na ohrievače vody na rozloženie dopytu na celý deň.
V konečnom dôsledku z toho môžu profitovať rezidenční a komerční solárni zákazníci, verejné služby a veľkí solárni operátori solárne a akumulačné systémy. Ako výskum pokračuje a náklady na solárnu energiu a skladovanie klesajú, solárne a skladovacie riešenia budú dostupnejšie pre všetkých Američanov.
