Хранилище энергии

Энергохранилище – это захват энергии, производимой за один раз для использования в более позднее время. Устройство, которое хранит энергию, обычно называется аккумулятором или батареей. Энергия приходит в нескольких формах, включая радиацию, химический, гравитационный потенциал, электрический потенциал, электричество, повышенную температуру, скрытую теплоту и кинетику. Энергохранилище включает в себя преобразование энергии из форм, которые трудно хранить в более удобных или экономически сохраняемых формах.

Некоторые технологии обеспечивают кратковременное хранение энергии, в то время как другие могут выдержать гораздо дольше. В настоящее время в хранилище объемной энергии доминируют гидроэлектростанции, как обычные, так и закачиваемые.

Обычными примерами хранения энергии являются перезаряжаемая батарея, которая хранит химическую энергию, легко конвертируемую в электричество для работы с мобильным телефоном, гидроэлектрическую плотину, которая хранит энергию в резервуаре в качестве гравитационной потенциальной энергии и резервуары для хранения льда, в которых хранятся замороженные более дешевые энергии в ночное время, чтобы удовлетворить пиковый дневной спрос на охлаждение. Ископаемые виды топлива, такие как уголь и бензин, хранят древнюю энергию, полученную от солнечного света организмами, которые позже умерли, были захоронены и со временем превратились в эти виды топлива. Пища (которая производится тем же способом, что и ископаемое топливо) представляет собой форму энергии, хранящейся в химической форме.

методы

Контур
Следующий список включает в себя различные типы хранения энергии:

Хранение ископаемого топлива
механический
Накопление энергии сжатого воздуха (CAES)
Беспомощный локомотив
Накопление энергии маховика
Гравитационно потенциальная энергия
Гидравлический аккумулятор
Гидроэлектростанция с накачным хранением (насосное гидроэлектрическое хранилище, PHS или гидронасос для хранения с накачкой, PSH)

Электрические, электромагнитные
Конденсатор
Ионистор
Сверхпроводящее хранение магнитной энергии (SMES, также сверхпроводящая накопительная катушка)

биологическая
Гликоген
Крахмал

Электрохимический (аккумуляторная система хранения энергии, BESS)
Батарея потока
Аккумулятор
UltraBattery

термический
Кирпичный обогреватель
Накопление криогенной энергии, хранение жидкой воздушной энергии (LAES)
Жидкий азотный двигатель
Эвтектическая система
Кондиционирование льда
Накопление расплавленной соли
Материал с фазовым изменением
Сезонное хранение тепловой энергии
Солнечный пруд
Аккумулятор паровой
Хранилище тепловой энергии (общее)

химикат
Биотопливо
Гидратированные соли
Хранение водорода
Пероксид водорода
Мощность газа
Пентаоксид ванадия

Механическое хранение
Энергия может храниться в воде, закачиваемой на более высокую отметку, с использованием методов хранения с накачкой или путем перемещения твердого вещества в более высокие места (гравитационные батареи). Другие коммерческие механические методы включают сжатие воздуха и маховиков, которые преобразуют электрическую энергию в кинетическую энергию, а затем обратно, когда пик потребления электроэнергии.

Гидроэлектростанция
Гидроэлектрические дамбы с резервуарами могут эксплуатироваться для обеспечения электричества в периоды пикового спроса. Вода хранится в резервуаре в периоды низкого спроса и высвобождается, когда спрос высок. Чистый эффект аналогичен откачиваемому хранилищу, но без потери откачки.

В то время как гидроэлектрическая плотина непосредственно не хранит энергию от других генерирующих единиц, она ведет себя эквивалентно, уменьшая выход в периоды избыточного электричества из других источников. В этом режиме плотины являются одной из наиболее эффективных форм хранения энергии, поскольку меняется только время ее генерации. Гидротурные турбины имеют время запуска порядка порядка нескольких минут.

Гидроаккумулирующих
Во всем мире гидроэнергетика с накачным хранением (PSH) является самой крупной формой хранения активной энергии в сетях, и по состоянию на март 2012 года Исследовательский институт электроэнергии (EPRI) сообщает, что на долю PSH приходится более 99% объема объемной емкости во всем мире, что составляет около 127 000 МВт. Энергоэффективность PSH варьируется на практике между 70% и 80%, при этом требования до 87%.

В периоды низкого спроса на электроэнергию избыточная мощность используется для перекачки воды из более низкого источника в более высокий резервуар. Когда спрос растет, вода отводится обратно в нижний резервуар (или водный путь или водоем) через турбину, вырабатывая электричество. Реверсивные агрегаты турбогенераторов действуют как как насос, так и турбина (как правило, конструкция турбины Френсиса). Почти все объекты используют разность высот между двумя водоемами. Чистые насосные станции переносят воду между водохранилищами, а подход «обратный насос» представляет собой комбинацию хранилищ с накачкой и обычных гидроэлектростанций, которые используют естественный поток.

Сжатый воздух
Накопление сжатого воздуха (CAES) использует избыточную энергию для сжатия воздуха для последующего выработки электроэнергии. Маломасштабные системы давно используются в таких применениях, как приведение в действие минных локомотивов. Сжатый воздух хранится в подземном резервуаре, как соляной купол.

Установки для хранения сжатого воздуха (CAES) могут преодолеть разрыв между изменчивостью производства и нагрузкой. Хранилище CAES учитывает энергетические потребности потребителей, эффективно обеспечивая доступную энергию для удовлетворения спроса. Возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнечной энергии, имеют переменные ресурсы. В результате добавление других видов энергии необходимо для удовлетворения спроса на энергию в периоды снижения доступности ресурсов. Установки по хранению сжатого воздуха способны вносить излишки энергии в возобновляемые источники энергии в периоды перепроизводства энергии. Эту накопленную энергию можно использовать в более позднее время, когда спрос на электроэнергию увеличивается или доступность энергоресурсов уменьшается.

Сжатие воздуха создает тепло; после сжатия воздух становится теплее. Для расширения требуется тепло. Если добавление дополнительного тепла не будет добавлено, после расширения воздух будет намного холоднее. Если тепло, генерируемое во время сжатия, может храниться и использоваться во время расширения, эффективность значительно улучшается. Система CAES может обрабатывать тепло тремя способами. Хранение воздуха может быть адиабатическим, диабатическим или изотермическим. Другой подход использует сжатый воздух для силовых транспортных средств.

Накопление энергии маховика
Энергохранилище маховика (FES) работает, ускоряя ротор (маховик) до очень высокой скорости, удерживая энергию в качестве вращательной энергии. Когда энергия извлекается, скорость вращения маховика снижается вследствие сохранения энергии; добавление энергии соответственно приводит к увеличению скорости маховика.

Большинство систем FES используют электричество для ускорения и замедления маховика, но рассматриваются устройства, которые непосредственно используют механическую энергию.

Системы FES имеют роторы, изготовленные из высокопрочных углеволоконных композитов, подвешенных магнитными подшипниками и вращающихся со скоростью от 20000 до 50 000 об / мин в вакуумном корпусе. Такие маховики могут достигать максимальной скорости («заряд») за считанные минуты. Система маховика подключена к комбинированному электродвигателю / генератору.

Системы FES имеют относительно длительный срок службы (длительные десятилетия с небольшим или полным отсутствием технического обслуживания, срок службы полного цикла для маховиков колеблется от 105, до 107 циклов использования), высокая удельная энергия (100-130 Вт • ч / кг , или 360-500 кДж / кг) и плотности мощности.

Гравитационное потенциальное накопление энергии с твердыми массами
Изменение высоты твердых масс может сохранять или выделять энергию через подъемную систему, приводимую в действие электродвигателем / генератором. В 2013 году в сотрудничестве с Калифорнийским независимым системным оператором было активно развито потенциальное хранилище энергии или хранилище гравитационной энергии. Он рассмотрел движение земляных вагонов-бункеров, приводимых в действие электровозами) от нижнего к более высокому уровню.

Методы включают использование рельсов и кранов для перемещения бетонных весов вверх и вниз, используя высотные плавучие платформы с солнечной энергией, поддерживающие лебедки для подъема и опускания твердых масс, используя лебедки, поддерживаемые океанской баржей, для использования в радиусе 4 км (13 000 футов) разность высот между поверхностью и морским дном. Эффективность может достигать 85% восстановления накопленной энергии.

Тепловое хранение
Хранилище тепловой энергии (TES) – это временное хранение или удаление тепла.

Чувствительная тепловая энергия
Разумное хранение тепла использует разумное тепло в материале для хранения энергии.

Сезонное хранение тепловой энергии (STES) позволяет использовать тепло или холод через несколько месяцев после того, как оно было собрано из отходов или из природных источников. Материал может храниться в водоносных пластах, кластерах скважин в геологических субстратах, таких как песок или кристаллическая основа, в футерованных ямах, заполненных гравийными и водными ресурсами или заполненных водой шахтах. Сезонные проекты по хранению тепловой энергии (STES) часто имеют окупаемость в диапазоне от четырех до шести лет. Примером может служить солнечное сообщество Drake Landing в Канаде, для которого 97% круглогодичного тепла обеспечивается солнечно-тепловыми коллекторами на крышах гаража, в то время как хранилище тепловой энергии в скважине (BTES) является технологией, обеспечивающей защиту. В Braestrup, Дания, солнечная система централизованного теплоснабжения сообщества также использует STES при температуре хранения 65 ° C (149 ° F). Тепловой насос, который запускается только при наличии избыточной энергии ветра, доступной в национальной сетке, используется для повышения температуры до 80 ° C (176 ° F) для распределения. Когда избыточный ветер генерирует электричество, не используется, используется газовый котел. Двадцать процентов тепла Браестпера солнечное.

Скрытое хранение тепловой энергии (LHTES)
Скрытые системы хранения тепловой энергии работают с материалами с высокой скрытой теплотой (теплота плавления), известными как материалы с фазовым изменением (PCM). Основное преимущество этих материалов заключается в том, что их скрытая теплоемкость намного больше, чем разумная теплота. В определенном температурном диапазоне фаза изменяется от твердого к жидкости, поглощает большое количество тепловой энергии для последующего использования.

Сохранение тепловой энергии с запаздыванием состоит из процесса, посредством которого энергия в виде тепла либо поглощается, либо высвобождается при фазовом изменении материала с изменением фазы (PCM). PCM – материал с высокой теплотой плавления. Фазовое изменение представляет собой плавление или затвердевание материала. Во время изменения фазы PCM способен поглощать большое количество энергии из-за высокой теплоты плавления.

электрохимический

Аккумулятор
Аккумуляторная батарея содержит один или несколько электрохимических элементов. Он известен как «вторичная ячейка», потому что его электрохимические реакции являются электрически обратимыми. Аккумуляторные батареи бывают разных форм и размеров, начиная от кнопочных ячеек и заканчивая сетью мегаватт.

Аккумуляторные батареи имеют более низкую общую стоимость использования и воздействие на окружающую среду, чем батареи без перезарядки (одноразовые). Некоторые типы аккумуляторов доступны в тех же форм-факторах, что и одноразовые. Аккумуляторные батареи имеют более высокую начальную стоимость, но могут быть перезаряжены очень дешево и используются много раз.

Общие химикаты аккумуляторных батарей включают:

Свинцово-кислотная батарея: свинцово-кислотные батареи занимают самую большую долю рынка электротопливных продуктов. Одна ячейка производит около 2 В при зарядке. В заряженном состоянии отрицательный электрод металлического свинца и положительный электрод сульфата свинца погружены в разбавленный серный кислотный (H2SO4) электролит. В процессе разряда электроны выталкиваются из ячейки, так как сульфат свинца образуется на отрицательном электроде, в то время как электролит восстанавливается до воды.
Технология свинцово-кислотных аккумуляторов широко разработана. Содержание требует минимальной рабочей силы, и ее стоимость низкая. Доступная энергетическая емкость батареи может быть быстро разряжена, что приводит к низкому сроку службы и низкой плотности энергии.
Никель-кадмиевая батарея (NiCd): Использует гидроксид оксида никеля и металлический кадмий в качестве электродов. Кадмий является токсичным элементом и был запрещен для большинства применений Европейского Союза в 2004 году. Никель-кадмиевые батареи почти полностью заменены никель-металлгидридными (NiMH) батареями.
Никель-металлгидридная батарея (NiMH): первые коммерческие типы были доступны в 1989 году. Теперь они являются обычным потребительским и промышленным типом. Батарея имеет водопоглощающий сплав для отрицательного электрода вместо кадмия.
Литий-ионная батарея: выбор во многих бытовых электрониках и наличие одного из лучших соотношений энергии и массы и очень медленного саморазряда, когда он не используется.
Литий-ионный полимерный аккумулятор: эти батареи имеют легкий вес и могут быть изготовлены в любой желаемой форме.

Батарея потока
Потоковая батарея работает путем пропускания раствора над мембраной, где происходит обмен ионов для зарядки / разряда ячейки. Напряжение ячейки химически определяется уравнением Нернста и в практических применениях варьируется от 1,0 до 2,2 В. Его емкость хранения зависит от объема резервуаров, содержащих раствор.

Батарея потока технически сродни как топливному элементу, так и электрохимической аккумуляторной ячейке. Коммерческие приложения предназначены для длительного хранения в течение полупериода, например, для резервного питания.

Ионистор
Суперконденсаторы, также называемые электрическими двухслойными конденсаторами (EDLC) или ультраконденсаторами, являются общими условиями для семейства электрохимических конденсаторов, которые не имеют обычных твердых диэлектриков. Емкость определяется двумя принципами хранения, двухслойной емкостью и псевдокапасностью.

Суперконденсаторы соединяют зазор между обычными конденсаторами и перезаряжаемыми батареями. Они хранят наибольшую энергию на единицу объема или массу (плотность энергии) между конденсаторами. Они поддерживают до 10 000 фарадов / 1,2 вольта, что в 10 000 раз больше, чем у электролитических конденсаторов, но доставляют или принимают менее половины энергии в единицу времени (плотность мощности).

В то время как суперконденсаторы имеют удельную плотность энергии и энергии, составляющую приблизительно 10% батарей, их плотность мощности обычно в 10-100 раз больше. Это приводит к значительно более коротким циклам зарядки / разрядки. Кроме того, они будут терпеть гораздо больше циклов зарядки и разрядки, чем батареи.

Суперконденсаторы поддерживают широкий спектр приложений, в том числе:

Низкий ток питания для резервного копирования памяти в статической памяти произвольного доступа (SRAM)
Мощность для автомобилей, автобусов, поездов, кранов и лифтов, включая восстановление энергии от торможения, кратковременное хранение энергии и подачу питания в режиме пакетного режима

Другие химические

Мощность газа
Мощность газа – это технология, которая преобразует электричество в газообразное топливо, такое как водород или метан. Три коммерческих метода используют электричество для уменьшения воды в водород и кислород посредством электролиза.

В первом способе водород вводится в сетку природного газа или используется в транспорте или промышленности. Второй способ заключается в объединении водорода с двуокисью углерода для получения метана с использованием реакции метанирования, такой как реакция Сабатье или биологического метанирования, в результате чего дополнительные потери на преобразование энергии составляют 8%. Затем метан можно подавать в сетку природного газа. Третий способ использует выходной газ генератора древесного газа или биогазовой установки после того, как биогазовый апгрейдер смешивается с водородом из электролизера, чтобы повысить качество биогаза.

водород
Элемент водорода может быть формой хранимой энергии. Водород может производить электроэнергию через водородный топливный элемент.

При проникновении ниже 20% спроса на сетку возобновляемые источники энергии не сильно меняют экономику; но не более 20% от общего спроса, важна внешняя память. Если эти источники используются для создания ионного водорода, они могут свободно расширяться. В 2007 году в отдаленном сообществе Рамеа, Ньюфаундленда и Лабрадора началась пятилетняя пилотная программа, основанная на сообществе, использующая ветряные турбины и генераторы водорода. Аналогичный проект начался в 2004 году на небольшом норвежском острове Уцира.

Потери энергии, связанные с циклом хранения водорода, происходят от электролиза воды, сжижения или сжатия водорода и преобразования в электричество.

Для производства килограмма водорода требуется около 50 кВт • ч (180 МДж) солнечной энергии, поэтому стоимость электроэнергии имеет решающее значение. При уровне 0,03 долл. / КВт-ч, общей частоте высоковольтных линий в Соединенных Штатах, водород стоит 1,50 долл. США за килограмм электроэнергии, что эквивалентно 1,50 долл. США за галлон для бензина. Другие затраты включают электролизерную установку, водородные компрессоры или сжижение, хранение и транспортировку.

Водород можно также получать из алюминия и воды, удаляя естественный алюминиевый барьер из алюминия и вводя его в воду. Этот метод выгоден, поскольку рециркулированные алюминиевые банки могут использоваться в качестве топлива для производства водорода, однако системы для использования этого варианта не были коммерчески разработаны и намного сложнее, чем системы электролиза. Обычные способы отделения оксидного слоя включают каустические катализаторы, такие как гидроксид натрия и сплавы с галлием, ртутью и другими металлами.

Подземное хранилище водорода – это практика хранения водорода в подземных пещерах, соляных куполах и истощенных нефтяных и газовых месторождениях. Большое количество газообразного водорода хранилось в подземных пещерах Imperial Chemical Industries в течение многих лет без каких-либо трудностей. Европейский проект Hyunder указал в 2013 году, что для хранения энергии ветра и солнечной энергии с использованием подземного водорода потребуется 85 пещер.

метан
Метан – самый простой углеводород с молекулярной формулой CH4. Метан легче хранить и транспортировать, чем водород. Инфраструктура хранения и сжигания (трубопроводы, газометры, электростанции) являются зрелыми.

Синтетический природный газ (сингаз или SNG) может быть создан в многоступенчатом процессе, начиная с водорода и кислорода. Затем водород подвергают взаимодействию с диоксидом углерода в процессе Сабатье, образуя метан и воду. Метан можно хранить, а затем использовать для производства электроэнергии. Полученная вода рециркулируется, что уменьшает потребность в воде. На стадии электролиза кислород хранится для сжигания метана в среде с чистым кислородом на соседней силовой установке, устраняя оксиды азота.

Сжигание метана вырабатывает углекислый газ (CO2) и воду. Двуокись углерода может быть переработана для ускорения процесса Sabatier, и вода может быть переработана для дальнейшего электролиза. Производство метана, его хранение и сжигание рециркулируют продукты реакции.

CO2 имеет экономическую ценность как компонент вектора хранения энергии, а не стоимость, как при улавливании и хранении углерода.

Мощность для жидкости
Мощность для жидкости аналогична мощности для газа, однако водород, полученный электролизом от ветра и солнечного электричества, не превращается в такие газы, как метан, а в жидкости, такие как метанол. Метанол легче обрабатывать, чем газы, и требует меньше мер предосторожности, чем водород. Он может использоваться для транспортировки, включая воздушные суда, а также для промышленных целей или в энергетическом секторе.

Биотопливо
Различные виды биотоплива, такие как биодизель, растительное масло, спиртовое топливо или биомасса, могут заменить ископаемое топливо. Различные химические процессы могут превращать углерод и водород в уголь, природный газ, биомассу растений и животных и органические отходы в короткие углеводороды, подходящие для замены существующих углеводородных топлив. Примерами являются дизельное топливо, метанол, диметиловый эфир и синтез-газ Фишера-Тропша. Этот дизельный источник широко использовался во Второй мировой войне в Германии, которая сталкивалась с ограниченным доступом к поставкам сырой нефти. По аналогичным причинам Южная Африка производит большую часть дизельного топлива страны из угля. Долгосрочная цена на нефть выше 35 долларов США за баррель может привести к тому, что такие крупномасштабные синтетические жидкие топлива будут экономичными.

алюминий
Алюминий был предложен в качестве метода хранения энергии рядом исследователей. Объемный электрохимический эквивалент алюминия (8,04 Ач / см3) почти в четыре раза превышает литий (2,06 Ач / см3). Энергия может быть извлечена из алюминия, взаимодействуя с водой для получения водорода. Однако для взаимодействия с водой алюминий должен быть лишен его естественного оксидного слоя, который требует распыления, химических реакций с каустическими веществами или сплавов. Побочным продуктом реакции для создания водорода является оксид алюминия, который может быть возвращен обратно в алюминий с процессом Холла-Эроула, что делает теоретически возобновляемую реакцию. Если процесс Холла-Херульта выполняется с использованием солнечной или ветровой энергии, алюминий можно использовать для хранения энергии, производимой с большей эффективностью, чем прямой солнечный электролиз.

Бор, кремний и цинк
В качестве энергоемких растворов были предложены борон, кремний и цинк.

Другие химические
Органическое соединение норборнадиен превращается в квадрициклан при воздействии света, сохраняя солнечную энергию как энергию химических связей. В Швеции в качестве молекулярной солнечной тепловой системы была разработана рабочая система.

Электрические методы

Конденсатор
Конденсатор (первоначально известный как «конденсатор») представляет собой пассивную двухконтактную электрическую составляющую, используемую для накопления энергии электростатически. Практические конденсаторы сильно различаются, но все они содержат по меньшей мере два электрических проводника (пластины), разделенных диэлектриком (т.е. изолятором). Конденсатор может хранить электрическую энергию при отключении от ее зарядной цепи, поэтому ее можно использовать как временную батарею или как другие типы перезаряжаемой системы хранения энергии. Конденсаторы обычно используются в электронных устройствах для поддержания питания во время замены батарей. (Это предотвращает потерю информации в энергозависимой памяти.) Обычные конденсаторы обеспечивают менее 360 джоулей на килограмм, в то время как обычная щелочная батарея имеет плотность 590 кДж / кг.

Конденсаторы хранят энергию в электростатическом поле между их пластинами. Учитывая разницу потенциалов между проводниками (например, при подключении конденсатора через батарею), электрическое поле развивается через диэлектрик, вызывая положительный заряд (+ Q) для сбора на одной пластине и отрицательный заряд (-Q) для сбора другая пластина. Если аккумулятор подключен к конденсатору в течение достаточного количества времени, ток через конденсатор не течет. Однако, если на проводах конденсатора подается ускоряющее или переменное напряжение, может протекать ток смещения. Помимо пластин конденсатора заряд может также храниться в диэлектрическом слое.

Емкость больше при более узком разделении между проводниками и когда проводники имеют большую площадь поверхности. На практике диэлектрик между пластинами излучает небольшой ток утечки и имеет предел напряженности электрического поля, известный как напряжение пробоя. Однако эффект восстановления диэлектрика после высоковольтного пробоя обещает новое поколение самовосстанавливающихся конденсаторов. Проводники и выводы приводят к нежелательной индуктивности и сопротивлению.

Исследование оценивает квантовые эффекты наноразмерных конденсаторов для цифровых квантовых батарей.

Сверхпроводящие магниты
Сверхпроводящие системы хранения магнитной энергии (SMES) сохраняют энергию в магнитном поле, создаваемую потоком постоянного тока в сверхпроводящей катушке, которая была охлаждена до температуры ниже ее сверхпроводящей критической температуры. Типичная система SMES включает сверхпроводящую катушку, систему кондиционирования и холодильник. Когда заряженная сверхпроводящая катушка заряжается, ток не распадается, и магнитная энергия может храниться бесконечно.

Сохраненная энергия может быть выпущена в сеть, разрядив катушку. Соответствующий инвертор / выпрямитель составляет около 2-3% потерь энергии в каждом направлении. SMES теряет наименьшее количество электроэнергии в процессе хранения энергии по сравнению с другими способами хранения энергии. Системы SMES обеспечивают эффективность в оба конца более 95%.

Из-за энергетических требований к охлаждению и стоимости сверхпроводящего провода SMES используется для кратковременного хранения, например, для повышения качества электроэнергии. Он также имеет приложения в балансировке сетки.

Приложения

Мельницы
Классическим применением до промышленной революции было управление водными путями для управления водяными мельницами для обработки зернового или силового оборудования. Сложные системы водохранилищ и плотин были построены для хранения и выпуска воды (и потенциальной энергии, которую она содержала), когда это необходимо.

Домашнее хранилище энергии
Ожидается, что хранение домашней энергии станет все более распространенным, учитывая растущее значение распределенной генерации возобновляемых источников энергии (особенно фотоэлектрических) и важную долю потребления энергии в зданиях. Чтобы превысить самодостаточность 40% в домашнем хозяйстве, оснащенном фотогальваникой, требуется хранение энергии. Несколько производителей производят системы аккумуляторных батарей для хранения энергии, как правило, для хранения избыточной энергии от солнечной энергии / ветра. Сегодня для хранения энергии на дому литий-ионные батареи предпочтительнее свинцово-кислотных, учитывая их схожую стоимость, но значительно лучшую производительность.

Tesla Motors выпускает две модели Tesla Powerwall. Один из них представляет собой версию с электронным циклом 10 кВтч для приложений резервного копирования, а другой – версию с 7 кВт-ч для ежедневных приложений. В 2016 году ограниченная версия Telsa Powerpack 2 стоила $ 398 (США) / кВтч для хранения электроэнергии на 12,5 цента / кВтч (средняя цена на сетку США), что положительно отразилось на инвестициях, если цены на электроэнергию превышают 30 центов / кВтч.

Enphase Energy анонсировала интегрированную систему, которая позволяет домашним пользователям хранить, контролировать и управлять электричеством. В системе хранится 1,2 кВт-ч электроэнергии и выходная мощность 275 Вт / 500 Вт.

Хранение энергии ветра или солнечной энергии с использованием хранения тепловой энергии, хотя и менее гибкое, значительно дешевле, чем батареи. Простой 52-галлонный электрический водонагреватель может хранить примерно 12 кВтч энергии для дополнения горячей воды или обогрева помещения.

Для чисто финансовых целей в областях, где имеется чистый счет, домашняя электроэнергия может быть продана сетке через инвертор с сеткой без использования батарей для хранения.

Электросетевые электростанции и электростанции

Накопление возобновляемых источников энергии
Самый большой источник и самый большой запас возобновляемой энергии – гидроэлектростанции. Большой резервуар за плотиной может хранить достаточно воды, чтобы усреднить годовой поток реки между сухим и влажным сезонами. В очень большом резервуаре может храниться достаточно воды, чтобы усреднить поток реки между сухими и влажными годами. В то время как гидроэлектрическая плотина непосредственно не хранит энергию из прерывистых источников, она балансирует сетку, уменьшая ее выход и сохраняя свою воду, когда энергия генерируется солнечной или ветровой. Если ветровая или солнечная генерация превышает регионы гидроэлектроэнергии, то потребуется некоторый дополнительный источник энергии.

Многие возобновляемые источники энергии (особенно солнечные и ветряные) производят переменную мощность. Системы хранения могут выравнивать дисбаланс между спросом и предложением, который это вызывает. Электричество должно использоваться, поскольку оно генерируется или немедленно преобразуется в сохраняемые формы.

Основным методом хранения электросетей является гидроэлектростанция с накачкой. Районы мира, такие как Норвегия, Уэльс, Япония и США, использовали повышенные географические характеристики для водохранилищ, используя на них насосы с электрическим питанием. Когда это необходимо, вода проходит через генераторы и преобразует гравитационный потенциал падающей воды в электричество. Насосное хранилище в Норвегии, которое получает почти все свое электричество от гидроэнергии, в настоящее время имеет мощность 1,4 ГВт, но поскольку общая установленная мощность составляет почти 32 ГВт, а 75% этого можно регулировать, ее можно значительно расширить.

Некоторые виды хранилищ, которые производят электричество, включают в себя гидроэлектростанции с накачкой, перезаряжаемые батареи, тепловое хранение, включая расплавленные соли, которые могут эффективно хранить и выделять очень большие количества тепловой энергии, а также хранить энергию сжатого воздуха, маховики, криогенные системы и сверхпроводящие магнитные катушки.

Избыточная мощность также может быть преобразована в метан (саббат-процесс) с запасом в сети природного газа.

В 2011 году Администрация власти Бонневилля на северо-западе США создала экспериментальную программу по поглощению избыточного ветра и гидроэнергии, генерируемой ночью или в периоды бури, которые сопровождаются сильными ветрами. При центральном управлении бытовая техника поглощает избыточную энергию путем нагрева керамического кирпича в специальных обогревателях до сотен градусов и путем повышения температуры модифицированных резервуаров для подогрева горячей воды. После зарядки, приборы обеспечивают отопление дома и горячую воду по мере необходимости. Экспериментальная система была создана в результате серьезной бури в 2010 году, которая перепроизводила возобновляемые источники энергии в той степени, в которой все традиционные источники энергии были отключены, или в случае атомной электростанции, сократилась до минимально возможного рабочего уровня, оставив большой почти полностью работающей на возобновляемых источниках энергии.

Другой продвинутый метод, используемый в бывшем проекте Solar Two в Соединенных Штатах и ​​солнечной энергетической башне Solar Tres в Испании, использует расплавленную соль для хранения тепловой энергии, захваченной с Солнца, а затем преобразует ее и отправляет ее как электрическую энергию. Система откачивает расплавленную соль через башню или другие специальные каналы, которые необходимо нагреть солнцем. Изолированные резервуары хранят раствор. Электричество производится путем подачи воды в пар, который подается на турбины.

Начиная с раннего 21 века батареи были применены к возможностям масштабирования нагрузки и частотного регулирования.

При хранении между электросетями электромобили, подключенные к энергосети, могут при необходимости накапливать накопленную электрическую энергию из своих батарей в сетку.

Кондиционер
Термическое хранение энергии (TES) может использоваться для кондиционирования воздуха. Он наиболее широко используется для охлаждения одиночных крупных зданий и / или групп небольших зданий. Коммерческие системы кондиционирования воздуха являются крупнейшими участниками пиковых электрических нагрузок. В 2009 году тепловое хранилище использовалось в более чем 3 300 зданиях в более чем 35 странах. Он работает, создавая лед ночью и используя лед для охлаждения в жаркие дневные периоды.

Самым популярным методом является хранение льда, который требует меньше места, чем вода, и является менее дорогостоящим, чем топливные элементы или маховики. В этом приложении стандартный чиллер работает ночью, чтобы получить ледяную кучу. Вода в течение дня циркулирует через кучу, чтобы охладить воду, которая обычно будет дневным выходом чиллера.

Частичная система хранения сводит к минимуму капиталовложения путем запуска чиллеров почти 24 часа в сутки. Ночью они производят лед для хранения, и днем ​​они охлаждают воду. Вода, циркулирующая через тающий лед, увеличивает производство охлажденной воды. Такая система делает лед в течение 16-18 часов в день и плавит лед шесть часов в день. Капитальные затраты сокращаются, поскольку чиллеры могут составлять всего 40-50% от размера, необходимого для обычного дизайна без хранения. Хранение, достаточное для хранения тепла на пол дня, обычно является достаточным.

Полная система хранения отключает чиллеры в часы пиковой нагрузки. Капитальные затраты выше, поскольку такая система требует больших чиллеров и более крупной системы хранения льда.

Этот лед образуется, когда уровень полезного использования электроэнергии ниже. Внепиковые системы охлаждения могут снизить затраты на энергию. Совет по экологическому строительству США разработал программу «Лидерство в области энергетики и экологического проектирования» (LEED) для поощрения проектирования зданий с уменьшенным воздействием на окружающую среду. Неактивное охлаждение может помочь в сертификации LEED.

Тепловое хранилище для отопления реже, чем для охлаждения. Примером теплового хранения является хранение солнечного тепла, которое будет использоваться для нагрева ночью.

Скрытое тепло может также храниться в технических материалах с изменением фазы (PCM). Они могут быть инкапсулированы в настенные и потолочные панели, до умеренной температуры в помещении.

Транспорт
Жидкие углеводородные топлива являются наиболее часто используемыми формами хранения энергии для использования на транспорте, за которыми следует растущее использование аккумуляторных электрических транспортных средств и гибридных электрических транспортных средств. Другие энергоносители, такие как водород, могут использоваться, чтобы избежать образования парниковых газов.

Системы общественного транспорта, такие как трамваи и троллейбусы, требуют электричества, но из-за их изменчивости в движении устойчивая поставка электроэнергии через возобновляемые источники энергии является сложной задачей. Фотоэлектрические системы, установленные на крышах зданий, могут использоваться для питания систем общественного транспорта в периоды, когда возросший спрос на электроэнергию и доступ к другим видам энергии недоступны.

электроника
Конденсаторы широко используются в электронных схемах для блокировки постоянного тока, позволяя проходить переменный ток. В сетях аналогового фильтра они сглаживают выход источников питания. В резонансных схемах они настраивают радиостанции на определенные частоты. В системах передачи электроэнергии они стабилизируют поток напряжения и мощности.