Noves tendències del sistema d'emmagatzematge d'energia Tecnologia ESS

El fabricant de productes de control industrial de renom mundial - C3CONTROLS als Estats Units va analitzar les noves tendències tecnològiques del sistema d'emmagatzematge d'energia actual ESS al seu llibre blanc tècnic, el següent és un extracte.

L'electricitat en la seva forma bruta no es pot emmagatzemar a cap escala, però mitjançant l'ús d'un sistema d'emmagatzematge d'energia (ESS), es pot convertir en altres formes d'energia que es poden emmagatzemar. Aquestes formes d'energia es poden tornar a convertir en electricitat quan sigui necessari.

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia ofereixen una àmplia gamma d'enfocaments tecnològics per gestionar el nostre subministrament elèctric en un esforç per crear una infraestructura energètica més resilient i estalviar costos per als serveis públics i els consumidors. Les tecnologies actuals dels sistemes d'emmagatzematge d'energia inclouen bateries, volants, aire comprimit, emmagatzematge hidràulic bombat i molt més. Avui dia, tots aquests sistemes encara estan limitats en l'energia total que poden emmagatzemar, però la investigació continua millorant ràpidament aquestes tecnologies.

La xarxa elèctrica dels EUA es basa en un delicat equilibri entre el subministrament d'electricitat i la demanda dels consumidors. Una manera eficaç d'ajudar a equilibrar les fluctuacions de l'oferta i la demanda d'electricitat és emmagatzemar l'electricitat durant els períodes d'alta producció i baixa demanda, i després tornar-la a alliberar a la xarxa durant els períodes de baixa producció o alta demanda.

Aquí, parlem de com l'emmagatzematge d'electricitat ens pot proporcionar a tots fiabilitat, beneficis econòmics i ambientals. Depenent de l'abast del seu desplegament, l'emmagatzematge d'electricitat podria ajudar a que la xarxa nord-americana funcioni de manera més eficient, reduir la probabilitat d'interrupcions durant els períodes de demanda punta i permetre l'ús de més recursos renovables. imatge

Demanda creixent d'emmagatzematge d'electricitat

Des del descobriment de l'electricitat, molts investigadors i científics han estat buscant maneres eficients d'emmagatzemar energia per al seu ús sota demanda. Durant els darrers 100 anys, la indústria de l'emmagatzematge d'energia ha crescut i ha innovat com a resposta a les demandes canviants d'electricitat i els avenços tecnològics.

Avui, els consumidors dels Estats Units fan servir l'electricitat les 24 hores del dia. Tant si estem desperts com si estem adormits, la nostra necessitat d'electricitat és constant. Els consumidors nord-americans solen donar per fet el fàcil que és obtenir l'energia que necessitem per alimentar els nostres aparells, aparells, eines, màquines, vehicles i tot el que fem servir dia i nit.

Tanmateix, la ràpida popularització actual dels vehicles elèctrics, per exemple, ha posat una pressió més gran a la xarxa i ha de satisfer una major demanda d'energia. A més, l'avenç tecnològic i el creixement en el mercat de les energies renovables (per exemple, solar, eòlica, etc.) ha estat un motor important de la demanda d'emmagatzematge d'energia donat l'impacte important a la xarxa.

Tecnologia d'emmagatzematge d'energia

Una característica clau del sector elèctric és que el nivell d'electricitat que es pot generar es fixa durant períodes curts de temps. En canvi, la demanda d'electricitat fluctua al llarg del dia. El desenvolupament de tecnologies per emmagatzemar l'energia elèctrica perquè estigui disponible quan sigui necessària suposa un canvi important en la manera de distribuir l'electricitat.

Sistema d'emmagatzematge d'energia

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS) estan dissenyats per gestionar els nivells d'electricitat necessaris per alimentar els clients durant les hores punta quan la demanda és més gran; en última instància, ajuden a facilitar l'ús de l'energia renovable i injectar-la al sistema de distribució amb més facilitat.

L'ESS també ajudarà a equilibrar la microxarxa per aconseguir un equilibri estable entre generació i càrrega. El sistema d'emmagatzematge d'energia pot proporcionar una regulació de freqüència; és fonamental mantenir la freqüència de tot el sistema a 60 Hz. Això manté un equilibri entre la càrrega de la xarxa i la potència generada. A més, el desplegament d'ESS també pot proporcionar una font d'alimentació més fiable per a instal·lacions industrials d'alta tecnologia. L'emmagatzematge d'energia i l'electrònica de potència són una promesa encoratjadora per a la transformació del sector elèctric.

Electrònica de potència d'alta tensió

L'electrònica de potència d'alta tensió, com ara interruptors, controladors i inversors, controla la potència de manera ràpida i precisa per donar suport a la transmissió a llargues distàncies. Aquests dispositius d'alta tensió permetran que el sistema funcioni de manera més eficient i respongui eficaçment a les pertorbacions amb més rapidesa. Un altre repte important que s'està abordant és reduir el cost de la tecnologia d'emmagatzematge d'energia i l'electrònica de potència per accelerar l'acceptació del mercat.

Programa d'emmagatzematge d'energia del DOE

El Programa d'emmagatzematge d'energia (ESP) establert per l'Oficina d'Electricitat (OE) del Departament d'Energia dels EUA duu a terme investigació i desenvolupament sobre diverses tecnologies d'emmagatzematge d'energia. Aquesta àmplia base tecnològica inclou bateries (convencionals i avançades), condensadors electroquímics, volants, electrònica de potència, sistemes de control i eines de programari per a l'optimització i el dimensionament de l'emmagatzematge. ESP treballa estretament amb socis de la indústria: molts dels seus projectes tenen un cost molt compartit.

El Programa d'emmagatzematge d'energia (ESP) ofereix als serveis públics i als departaments estatals d'energia l'oportunitat de col·laborar en el disseny, l'adquisició, la instal·lació i la posada en marxa de les principals instal·lacions d'emmagatzematge innovadores de fins a diversos megawatts de mida. També admet estudis analítics del rendiment tècnic i econòmic de les tecnologies d'emmagatzematge, així com avaluacions tècniques dels components i sistemes operatius del sistema d'emmagatzematge d'energia.

L'emmagatzematge d'energia millorat pot proporcionar múltiples beneficis a la indústria elèctrica i als seus clients residencials, així com a les empreses de fabricació industrial i a les empreses comercials. Aquests beneficis inclouran la millora de la qualitat de l'energia i el lliurament fiable d'energia als clients, i una major estabilitat i fiabilitat dels sistemes de transmissió i distribució.

El Programa d'emmagatzematge d'energia (ESP) encoratja les empreses de serveis públics a adaptar els equips existents per ajornar o eliminar actualitzacions costoses, millorant la disponibilitat i augmentant el valor de mercat de l'energia distribuïda. Els ESP proporcionen als serveis públics i als proveïdors una generació d'energia renovable de major valor i costos més baixos mitjançant una major capacitat i un ajornament dels pagaments de transmissió.

ESP també treballa per augmentar la densitat d'emmagatzematge d'energia mitjançant la investigació d'electròlits avançats per a bateries de flux, el desenvolupament de bateries de sodi a baixa temperatura i elèctrodes nanoestructurats amb un rendiment electroquímic millorat. En el camp de l'electrònica de potència, avança la investigació sobre nous materials d'alta tensió, alta potència, alta freqüència i banda ampla com el carbur de silici i el nitrur de gal·li. A més, s'està investigant en sistemes avançats de conversió d'energia que utilitzen magnètica avançada, condensadors d'alta tensió, embalatge i controls avançats per augmentar significativament la densitat de potència i el rendiment.

Energia Planeta

L'Energy Earthshots Initiative és una altra iniciativa del Departament d'Energia dels EUA per accelerar els avenços cap a solucions d'energia neta més abundants, assequibles i fiables en una dècada. Aconseguir la Iniciativa Energy Earthshots ajudarà els EUA a abordar les barreres més dures per abordar la crisi climàtica, fer créixer una economia d'energia neta i avançar més ràpidament cap a les emissions netes de carboni zero el 2050.

DOE: Earthshots d'emmagatzematge d'energia a llarg termini

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) s'ha establert l'objectiu de reduir el cost de l'emmagatzematge d'energia a escala de xarxa per a sistemes que durin més de 10 hores en un 90 per cent en una dècada. L'emmagatzematge d'energia té el potencial d'accelerar la descarbonització completa de la xarxa.

Actualment s'està instal·lant un emmagatzematge de menor durada per donar suport als nivells actuals de generació d'energia renovable. A mesura que cada cop es desplega més energia renovable a la xarxa, es requereixen tecnologies d'emmagatzematge de més durada. Un emmagatzematge més barat i eficient farà que sigui més factible captar i emmagatzemar energia neta renovable per utilitzar-la quan la producció d'energia no estigui disponible o cau per sota de la demanda.

Per exemple, l'energia renovable com l'energia solar generada durant el dia es pot utilitzar a la nit quan augmenta la demanda, o l'energia nuclear generada durant els períodes de baixa demanda es pot utilitzar quan la demanda augmenta. LDSS considerarà tot tipus de tecnologies: electroquímics, mecànics, tèrmics, portadors químics o qualsevol combinació que tingui el potencial d'assolir els objectius de durada i cost necessaris per a la flexibilitat de la xarxa.

fons

Diverses oficines del DOE duen a terme activitats d'emmagatzematge d'energia, i la sol·licitud de pressupost del president per a l'any fiscal 2022 inclou un total de 1.160 milions de dòlars per a aquestes activitats, que es fa un seguiment a través de la secció transversal del Gran Repte d'emmagatzematge d'energia. A l'espera del finançament de la subvenció, el DOE preveu oportunitats de finançament i altres activitats per ajudar a avançar cap als objectius de l'LDSS, d'acord amb el full de ruta dels grans reptes d'emmagatzematge d'energia del DOE.

Aconseguint l'objectiu de zero emissions netes de carboni

Els objectius d'emmagatzematge terrestre a llarg termini (LDSS) són clau per assolir les emissions netes de carboni zero per a la xarxa el 2035 i per a l'economia en conjunt el 2050. L'emmagatzematge d'energia pot millorar el control local del sistema elèctric i crear resiliència per a les comunitats que experimenten talls de corrent freqüents o poden no tenir accés a la xarxa. El desenvolupament de tecnologia i fabricació per assolir els objectius de costos LDSS també establirà un nou sector de fabricació de productes de memòria als Estats Units.

A mesura que el cost de les tecnologies solars i eòliques cau ràpidament, una proporció creixent d'energia renovable variable es convertirà en la norma en el futur. L'ús de vehicles elèctrics està accelerant els esforços per descarbonitzar el sector del transport.

La necessitat d'acomodar el subministrament d'energia variable mentre que el sector elèctric proporciona una sortida ininterrompuda és un objectiu assolible. Els esforços per integrar les energies renovables com la solar, l'eòlica i altres recursos renovables en els sectors d'ús final han demostrat un potencial important i la importància crítica de l'emmagatzematge d'electricitat per aconseguir una descarbonització profunda.

L'emmagatzematge d'electricitat basat en la millora ràpida de bateries i altres tecnologies permetrà una major flexibilitat del sistema, un actiu clau a mesura que la quota d'energia renovable variable continua augmentant. L'emmagatzematge d'electricitat pot permetre un sector del transport dominat pels vehicles elèctrics, permetre sistemes domèstics solars fora de xarxa eficients durant 24-hores i donar suport a microxarxes 100% renovables.

previsió internacional

A l'informe Emmagatzematge d'electricitat i energia renovable: costos i mercats, l'Agència Internacional d'Energies Renovables (IRENA) analitza el cost i el rendiment actuals d'una sèrie de tecnologies d'emmagatzematge d'electricitat en aplicacions estacionàries, així com el seu potencial per a la reducció de costos i la millora del rendiment mitjançant 2030 per 2030".

L'informe va concloure que la capacitat total d'emmagatzematge d'electricitat podria triplicar-se en termes d'energia l'any 2030. Amb la ràpida adopció de les renovables, això hauria de ser suficient per duplicar la proporció de les renovables en el mix energètic mundial en menys de 15 anys. L'emmagatzematge d'energia de la bateria podria augmentar 17-i el cost de la tecnologia d'emmagatzematge de la bateria podria baixar fins a un 66 per cent .

Aquesta investigació demostra que els sistemes d'emmagatzematge de bateries tenen un enorme potencial de desplegament i reducció de costos. Els costos instal·lats totals podrien baixar entre un 50 i un 60 per cent l'any 2030, i els costos de les bateries caurien encara més. Tot això està impulsat per l'optimització de les instal·lacions de fabricació, així com per una millor composició i un ús reduït de material.

Tecnologia del sistema d'emmagatzematge d'energia

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS) ofereixen una àmplia gamma d'enfocaments tecnològics per gestionar el nostre subministrament d'electricitat per crear una infraestructura energètica més resistent i estalviar costos per als serveis públics i els consumidors. A continuació es comenten els diferents enfocaments que s'utilitzen actualment arreu del món.