Mən ağ sənədləri və texniki sənədləri oxumağa çox saat sərf etmişəmenerji saxlama. Və mən başa düşdüm: bütün mənzərə əksər məqalələrin səsləndiyindən daha qarışıq və maraqlıdır.
Hamı batareyalardan danışır. Kifayət qədər ədalətli-onlar indi hər yerdədir. Bəs enerji saxlama? Bu, daha böyük söhbətdir. Söhbət dağların zirvələrində oturan nəhəng su anbarlarından tutmuş vakuum kameralarında fırlanan metal parçalarına qədər hər şeydən gedir. Bu texnologiyalardan bəziləri böyük-babalarınız uşaqlıqdan bəri mövcuddur. Digərləri əsasən laboratoriyalarda və PowerPoint təqdimatlarında mövcuddur.
İcazə verin, orada əslində nə olduğunu sizə izah edim.
Heç kim haqqında danışmayan köhnə işçi at
Nasoslu su anbarı. Darıxdırıcı səslənir, elə deyilmi? Müxtəlif yüksəkliklərdə iki su anbarı, bəzi turbinlər, yuxarı və aşağı axan su. Sadə fizika.
Lakin burada bir şey var ki,-bu "darıxdırıcı" texnologiya bütün dünya üzrə bütün şəbəkə miqyaslı enerji saxlama-təqribən 95%-ni idarə edir. doxsan-faiz. İnsanlar batareyanın kimyasını müzakirə etdikdə və litium və natrium haqqında mübahisə etdikdə, pompalanan hidro fonda sakitcə öz işini görür.
Konsepsiya demək olar ki, utandırıcı dərəcədə sadədir. Elektrik ucuz olduqda (adətən gecələr və ya günəş alovlandıqda və günəş panelləri işə düşdükdə) su anbarına yuxarı qaldırırsınız. Qiymətlər yüksəldikdə və ya tələb artdıqda, siz suyun turbinlər vasitəsilə geri axmasına icazə verirsiniz. Səmərəlilik 70{5}}85% ətrafında dəyişir, bu mükəmməl deyil, lakin yaddaş tutumu böyükdür. Söhbət giqavat{7}}saat enerji saxlaya bilən qurğulardan gedir. meqavat{9}}saat deyil. gigavat{11}}saat. Bunu litium-ion ilə etməyə çalışın.
Əlbəttə ki, bir tutma var. Coğrafiyaya ehtiyacınız var. İki su anbarına ehtiyacınız var. Düzgün yüksəklik fərqinə ehtiyacınız var. Bunlardan birini Kanzasda tam olaraq qura bilməzsiniz. Təkcə ekoloji icazə illər alır. Və ilkin xərclər? Astronomik. Ancaq tikildikdən sonra bu zavodlar 50, 60, bəzən 80 il işləyir. Virciniyadakı Bath County obyekti 1985-ci ildən fəaliyyət göstərir və heç bir dayanma əlaməti yoxdur.
Sıxılmış hava: yeraltı yanaşma
Sıxılmış hava enerjisinin saxlanması (CAES) hidronin qəribə qohumudur. Suyu hərəkət etdirmək əvəzinə, siz havanı yeraltı mağaralara,-duz qübbələrinə, tükənmiş təbii qaz yataqlarına, sulu təbəqələrə, hər hansı geoloji birləşmələrə sıxışdırırsınız.
Pik saatlarda-elektrik kompressorları havanı bu yeraltı boşluqlara təzyiqlə itələyir ki, bu da qulaqlarınızı sadəcə onları düşünməyə vadar edəcək. Enerji ehtiyacınız olduqda, sıxılmış hava sərbəst buraxılır, qızdırılır (adətən təbii qazla, -o-yaşıl olmayan hissə) və turbinlərdən keçir.
Hazırda yalnız iki kommersiya CAES zavodu fəaliyyət göstərir. iki. Biri Almaniyada 1978-ci ildən, digəri isə 1991-ci ildən Alabamada işləyir. Texnologiya aydın şəkildə işləyir. Lakin geoloji tələblər ciddidir və iqtisadiyyat bir çox yerlərdə həll olunmayıb. Yenə də tədqiqatçılar təbii qaza olan ehtiyacı aradan qaldıraraq, sıxılmadan gələn istiliyi götürən və yenidən istifadə edən-adiabatik sistemlərin təkmil versiyaları üzərində işləməyə davam edirlər. Bunlar hazırda daha çox pilot layihələrdə mövcuddur.
Flywheels: Saf Mexanik Gözəllik
Etiraf edim ki, -flywheels mənim ən çox sevdiyim şeydir. Enerjinin fırlanma hərəkəti kimi saxlanması ilə bağlı zərif bir şey var.
Volan sistemi mahiyyətcə sürtünməni minimuma endirmək üçün maqnit rulmanlarla asılmış vakuum kamerasında fırlanan ağır rotordur. Həddindən artıq elektrik enerjiniz olduqda, mühərriklər volanı daha sürətli fırlayır. Enerji geri ehtiyacınız olduqda, bu fırlanan kütlə generatoru hərəkətə gətirir. Fizika təmiz, intuitivdir.
Flywheels batareyaların nifrət etdiyi şeylərdə üstündür: sürətli doldurma-boşaltma dövrləri, ömrü boyu milyonlarla dövrə, millisaniyələrlə ölçülən ani cavab müddətləri. Onlar tezlik tənzimlənməsi- üçün mükəmməldir, şəbəkənin tam olaraq 60 Hz (və ya yaşadığınız yerdən asılı olaraq 50 Hz) tezliyində sabit qalması üçün lazım olan kiçik, daimi tənzimləmələr.
Nəyi yaxşı bilmirlər? Enerjinin uzun müddət saxlanması. Ən yaxşı maqnit rulmanları və mükəmməl vakuumlara yaxın- olsa belə, volanlar zamanla sürtünmə enerjisini itirirlər. Bir gün oturaraq buraxın və yığılmış enerjinizin əhəmiyyətli bir hissəsini itirdiniz. Bir həftə buraxın və yaxşı, narahat olmayın.
Beləliklə, volanlar müəyyən bir yer tutur: qısa-müddət, yüksək-güclü tətbiqlər. Məlumat mərkəzləri dizel generatorlarının işə düşməsi üçün lazım olan bir neçə saniyə ərzində onlardan körpü gücü kimi istifadə edir. Bəzi tranzit sistemləri əyləc enerjisini volanlara qaytarır və saniyələr ərzində onu üçüncü relsə axıdır. NASA kosmik gəmilər üçün onlarla oynadı.
Batareyalar: Hər kəsin həqiqətən maraqlandığı kateqoriya
Yaxşı, batareyalardan danışaq. Son illərdə elektrokimyəvi seçimlər partladı və düzünü desəm, çaşqınlıq yaradır.
Litium-ionyaxşı səbəbdən söhbətdə üstünlük təşkil edir. Yüksək enerji sıxlığı daha az yerdə daha çox saxlama deməkdir. Xüsusilə daha yeni kimya ilə layiqli dövr ömrü. Xərclər 2010-cu ildən bəri 90% azalaraq-aşağı düşüb. Telefonunuz, noutbukunuz, elektrik nəqliyyat vasitələriniz və getdikcə daha çox şəbəkə yaddaşı litium-ionunun variasiyaları ilə işləyir.
Lakin "litium{0}}ion" bir şey deyil. Bu bir ailədir. Litium dəmir fosfat (LFP) daha yaxşı təhlükəsizlik və daha uzun ömür -kobalt olmaması üçün müəyyən enerji sıxlığını qurban verir, bu həm etik, həm də iqtisadi baxımdan vacibdir. Çin istehsalçıları bütün-LFP-yə qoşuldular və indi onu öz üzərinə götürür. Eyni zamanda, nikel-manqan{8}}kobalt (NMC) hər kiloqram üçün daha çox enerji toplayır, bu da siz elektrikli avtomobilə layiqli diapazon təqdim etməyə çalışdığınız zaman vacibdir.
Litium{0}}ionunun qaranlıq tərəfi? Termal qaçış. Bu batareyalar zədələnmiş, həddindən artıq doldurulmuş və ya sadəcə uğursuz olarsa, möhtəşəm şəkildə alov ala bilər. İstehsal enerji tutum-dur. Litium və kobalt üçün təchizat zəncirlərinin öz etik baqajı var. Təkrar emal infrastrukturu yaxşılaşsa da, tükənmiş batareyaların çoxu hələ də zibilliklərə atılır.
Akkumulyator batareyalarıtamamilə fərqli yanaşma. Enerjini bərk elektrodlarda saxlamaq əvəzinə, xarici tanklarda maye elektrolitlərdən istifadə edirlər. Daha çox enerji tutumu istəyirsiniz? Sadəcə daha böyük tanklar alın. Güc və enerji ayrılır, bu da bütün dizayn fəlsəfəsini dəyişir.
Vanadium redoks axını batareyaları (VRFBs) ən yetkin versiyadır. Onlar praktiki olaraq əbədi davam edir-15.000-20.000, bəlkə də daha çox dövrədən danışırıq. Dərin boşalmadan deqradasiya yoxdur. Elektrolit köhnəlmir; yalnız hüceyrə yığını vasitəsilə irəli-geri sürüşür. İyirmi{9}}ildən sonra siz elektroliti boşalda, başqa yerə göndərə və ondan istifadə etməyə davam edə bilərsiniz.
Lakin axın batareyaları həcmlidir. Aşağı enerji sıxlığı onların nəqliyyat vasitələri və ya portativ tətbiqlər üçün heç bir mənası olmadığını bildirir. Vanadium da ucuz deyil. İş izinin əhəmiyyəti olmayan və uzunömürlülüyün-ölçülü saxlanması üçün? Onlar getdikcə daha cəlbedici olurlar.
Qurğuşun{0}}turşusuorijinal təkrar doldurulan akkumulyatordur, 1859-cu ildən bəri dəyişməyib. Avtomobiliniz birdən başlayır. Onlar ucuz, yaxşı başa düşülən-və 98% təkrar emal edilə biləndir. Lakin dövrün ömrü orta səviyyədədir, enerji sıxlığı zəifdir və onlar ağırdır. Şəbəkə proqramları üçün, onlar əsasən əvəz edilmişdir, lakin onlar hələ də dəyərin hər şeydən daha vacib olduğu ehtiyat enerji sistemlərində üstünlük təşkil edirlər.
Natrium-ionuyeni gələn ciddi diqqət çəkir. Natrium hər yerdə-hərfi mənada dəniz suyunda- olur, ona görə də tədarük zənciri ilə bağlı narahatlıqlar əsas etibarilə yox olur. İstehsal prosesi mövcud litium-fabriki avadanlıqlarından yenidən istifadə edə bilər. Performans hələ tam litium{6}}ion səviyyələrində deyil, lakin o, boşluğu sürətlə bağlayır. CATL 2023-cü ildə kütləvi istehsala başladı. Beş il ərzində natrium{9}}ionu stasionar saxlama üçün ciddi bazar payı əldə edə bilər.
qeyd etməliyəmnikel-kadmium(kadmium zəhərli olsa da və AB onu məhdudlaşdırsa da, bəzi sənaye tətbiqlərində hələ də istifadə olunur),nikel-metal hidrid(litium getməzdən əvvəl Prius xatırlayırsınız?), vənatrium-kükürd(Yapon şirkətlərinin 2000-ci illərdə sıxışdırdığı{0}}yüksək temperatur sistemləri). Amma bu məqamda mən sadəcə onları sadalamaq üçün sadalayıram. Praktiki reallıq ondan ibarətdir ki, litium-ion və axın batareyaları natrium-ionunun sürətlə əmələ gəldiyi yerdədir.
Termal saxlama: Batareya kimi istilik
Budur, kifayət qədər diqqəti cəlb etməyən bir kateqoriya: enerjini istilik (və ya soyuq) kimi saxlamaq.
Ərinmiş duz anbarıkonsentrasiya edilmiş günəş elektrik stansiyalarının gecələr necə işlədiyidir. Güzgülər günəş işığını qülləyə yönəldir, ərimiş duzu 500-600 dərəcə qızdırır. Həmin duz izolyasiya edilmiş çənlərdə saxlanılır və elektrik enerjisinə ehtiyacınız olduqda ondan buxar hazırlamaq və turbin işlətmək üçün istifadə edirsiniz. İspaniyadakı Gemasolar zavodu gün batdıqdan sonra 15 saat ərzində enerji istehsal edə bilir. Nevadadakı Crescent Dunes 10 saatlıq nəsil üçün kifayət qədər istilik saxlayır.
Ərinmiş duzun maraqlı tərəfi istilik saxlamalarının ucuz olmasıdır. Batareyalardan kVt/saat daha ucuzdur. İstilikdən elektrik enerjisinə və geriyə çevrilmədə-qeyri-adi şey-gediş-gəliş səmərəliliyidir-.
Buz saxlamazamanın dəyişməsinin-termal ekvivalentidir. Ticarət binaları elektrik enerjisi aşağı olanda suyu bir gecədə dondurur, daha sonra günün pik saatlarında kondisionerlə təmin etmək üçün həmin buzdan istifadə edir. Bu cazibədar deyil, amma işləyir. Disney World ondan istifadə edir. İsti iqlimlərdə olan bir çox ofis binaları ondan istifadə edir. Siz soyutma tələbatı üçün əsasən buzdan batareya kimi istifadə edirsiniz.
Daha yeni anlayışlar da var:Carnot batareyalarıelektrik enerjisini istilik kimi saxlayan və istilik mühərriklərindən istifadə edərək onu geri çevirən, elektrik isitmə vaxtını dəyişən isti su çənləri,-bütün məhəllələr üçün mövsümi istilik anbarı. Termal kainat təəccüblü dərəcədə dərindir.
Hidrogen: Wildcard
Hidrogen enerjisinin saxlanmasının ehtiraslı tərəfdarları və sərt tənqidçiləri var və düzünü desəm, hər ikisinin etibarlı nöqtələri var.
Müraciət sadədir: suyu hidrogen və oksigenə (elektroliz) bölmək üçün artıq bərpa olunan elektrik enerjisindən istifadə edin. Hidrogeni saxlayın. Enerji ehtiyacınız olduqda onu yanacaq hüceyrəsindən keçirin və ya turbində yandırın. Hidrogen çox uzun müddət-həftələr, aylar, hətta mövsümlər boyu böyük miqdarda enerji saxlaya bilər.
Tənqid də eyni dərəcədə sadədir: gediş-gəlişin effektivliyi- dəhşətlidir. Elektroliz zamanı 30% itirirsiniz. Siz sıxılma və ya mayeləşmədə daha çox itirirsiniz. Elektrik enerjisinə çevrilərkən daha çox itirirsiniz. -Sona qədər-orijinal enerjinizin 30-40%-ni geri ala bilərsiniz. Bunu litium-ion üçün 85-90% ilə müqayisə edin.
Bəs hidrogen nə vaxt məna kəsb edir? Uzun müddət həqiqətən böyük miqdarda enerji saxlamaq lazım olduqda. Yüksək istilik tələb edən sənaye proseslərini karbonsuzlaşdırdığınız zaman. Uzun məsafələrə daşına bilən enerji daşıyıcısına ehtiyacınız olduqda. Başqa variantlar sözün əsl mənasında işi görə bilməyəndə.
Almaniya hidrogenə böyük mərc etdi. Yaponiya da belədir. Avstraliya Asiyaya yaşıl hidrogen daşımaq üçün ixrac infrastrukturu qurur. Bu mərcün özünü doğruldub-ödəməməsi xərclərin batareyaların yaxşılaşmasından- daha tez aşağı düşməsindən və batareyaların sürətlə yaxşılaşmasından asılıdır.
Ultra-Qısa-Müddət Məktubları
Superkondensatorlarenerjini elektrokimyəvi deyil, elektrostatik olaraq saxlayır. Onlar demək olar ki, ani olaraq doldurub boşalda, milyonlarla dövrü idarə edə və gülünc güc sıxlığı təmin edə bilərlər. Onların edə bilmədiyi şey çox enerji yığmaqdır. Göndərmə konteyneri ölçüsündə superkondensator bankı, bir çamadan ölçüsündə batareya paketinin saxladığını saxlaya bilər.
Onların sevimli nöqtəsi ultra-qısa partlamalardır: tranzit sistemlərində bərpaedici əyləc, bərpa olunan qurğularda enerji təchizatının hamarlanması, UPS-in batareyalar təhvil almazdan əvvəl ehtiyac duyduğu -ikinci enerjini təmin edir.
Superkeçirici maqnit enerjisinin saxlanması(SMES) daha da ekzotikdir. Enerjini kriogen temperaturlara qədər soyudulmuş superkeçirici rulonların yaratdığı bir maqnit sahəsində saxlayın. Təxminən-ani reaksiya, deqradasiya yoxdur, mahiyyətcə sonsuz dövr ömrü. Lakin superkeçirici temperaturların saxlanması xərcləri və mürəkkəbliyi SMES-i niş tətbiqlərdə-əsasən yarımkeçirici fabriklər və hətta bir anlıq gərginlik azalmasının milyonlarla baha başa gəldiyi digər obyektlər üçün enerji keyfiyyətini saxlamışdır.
Qravitasiya anbarı: Yeni köhnə fikir
Qeyd etməyə dəyər daha bir kateqoriya: hidro nasosla işlənməyən qravitasiyaya əsaslanan-sistemlər.
Enerji anbarıkütləvi beton blokları üst-üstə qoyan və açan kran sistemləri qurur. Enerji ucuz olduqda blokları qaldırın, gücə ehtiyacınız olduqda onları generatorlar vasitəsilə endirin. Əsasən su olmadan hidro pompalanır.
Digər şirkətlər tərk edilmiş mədənləri-valdan aşağıya endirin, onları yenidən yuxarı qaldırın. Və ya məqsədli -qüllələr tikilmişdir. Və ya hətta meylli relslərdə qayalarla yüklənmiş vaqonları əhatə edən konsepsiyalar.
Münsiflər heyəti hələ də bunların iqtisadi cəhətdən rəqabət apara biləcəyinə dairdir. Qravitasiya anbarının enerji sıxlığı təbii olaraq aşağıdır-mənalı enerji saxlamaq üçün çoxlu kütlə və hündürlüyə ehtiyacınız var. Lakin tərəfdarlar iddia edirlər ki, ucuz materiallardan (beton, çınqıl) və sadə mexanikadan istifadə uzun müddətli tətbiqlər üçün-batareyaların dəyərini ödəyə bilər.
Bəs əslində nə vacibdir?
Bura qədər oxumusunuzsa, maraqlana bilərsiniz: hansı texnologiya qalib gəlir?
Səhv sual.
Enerji saxlama bütün bazarları-ələ-qalib deyil. Fərqli texnologiyalar müddət, cavab müddəti, yer, xərc strukturu və tətbiqi əsasında müxtəlif nişlərə uyğun gəlir.
Millisaniyələrdə tezlik tənzimlənməsinə ehtiyacınız varmı? Flywheels və ya batareyalar. Günəş stansiyası üçün dörd saat ehtiyata ehtiyacınız varmı? Litium-ion və ya axın batareyaları. Mövsümi bərpa olunan artıqlığı dəyişmək lazımdırmı? Coğrafiya imkan verirsə, ehtimal ki, hidrogen və ya nasoslu hidro. Ən yüksək tələbat zamanı binanı soyutmaq lazımdırmı? Buz saxlama.
Gələcəyin şəbəkəsi tək saxlama texnologiyasında işləməyəcək. O, ani cavab vermək üçün-bir çox texnologiyaları, bir neçə dəqiqədən saatlara qədər batareyaları, gündəlik velosiped sürmək üçün pompalanan hidroni, daha uzun müddətə hidrogen və ya termal enerjini qatlayacaq. Müddət spektrindəki hər bir yuva, çox güman ki, həmin xüsusi tətbiq üçün ən yaxşı iqtisadiyyatı təklif edən texnologiya ilə doldurulacaq.
Maraqlı tərəfi odur ki, xərclər demək olar ki, bütün bu kateqoriyalara düşür. Litium{1}}ion batareyalarının qiyməti artıb. Elektrolizatorlar oxşar öyrənmə əyrisini izləyirlər. Axın batareyasının istehsalı genişlənir. Hətta nasoslu su qapalı dövrə sistemləri və yeraltı su anbarları ilə-yeniliklər görür.
On il əvvəl bunların heç biri miqyasda iqtisadi cəhətdən sərfəli görünmürdü. İndi? Yaddaş enerji sektorunun-ən sürətlə böyüyən seqmentidir.