Въз основа на различните форми на съхранение на енергия,технологии за съхранение на енергиямогат да бъдат разделени на пет категории: технология за механично съхранение на енергия, технология за съхранение на електрохимична енергия, технология за съхранение на електрическа енергия, технология за съхранение на химическа енергия и технология за съхранение на топлинна енергия.
◇Технология за съхранение на електрическа енергия
◇Технология за химическо съхранение на енергия
◇Технология за термично съхранение
Технология за механично съхранение на енергия
Както е добре известно, в природата съществуват различни форми на кинетична и потенциална енергия, като течаща вода, естествен вятър, приливи и отливи и вълни; човешките дейности също генерират голямо количество кинетична и потенциална енергия, като например движение на хора, превозни средства, кораби и течности. Всички тези енергии, както тези, генерирани в природата, така и тези, генерирани от човешки дейности, са възобновяеми енергийни източници. Механичната енергия е сумата от кинетична и потенциална енергия, физическа величина, представляваща състоянието на движение и надморската височина на даден обект. Кинетичната и потенциалната енергия на даден обект могат да се преобразуват една в друга; в процеса на взаимно преобразуване между кинетичната и потенциалната енергия общото количество механична енергия остава постоянно, т.е. механичната енергия се запазва.
Механичното съхранение на енергия е технология, която преобразува енергията в механична енергия за съхранение и след това я преобразува обратно в електрическа енергия, когато е необходимо. Общите методи за механично съхранение на енергия включват помпено водно съхранение, съхранение на сгъстен въздух и съхранение на енергия с маховик. Технологиите за механично съхранение на енергия обикновено имат висока плътност на мощността, възможности за бърза реакция и дълъг експлоатационен живот, което ги прави подходящи за регулиране на мрежата и аварийно захранване. Времето и мащабът на тяхното съхранение варират в зависимост от конкретната технология, вариращи от минути до дни и могат да отговорят на различни нужди за съхранение на енергия.
Помпено водно съхранение:
Помпено-хидроакумулирането в момента е най-широко използваната широко{0}}технология за съхранение на енергия. Той използва електричество, за да изпомпва вода от резервоар с ниско-ниво към резервоар с високо-ниво, като съхранява нейната потенциална енергия. По време на пиковите периоди на търсене на електроенергия, водата се освобождава за генериране на електроенергия чрез турбини. Този метод има относително висока ефективност на преобразуване (обикновено 70%–85%), подходящ е за регулиране на пиковите-разлики в долината в електрическата мрежа и предлага голям капацитет за съхранение и стабилна работа.
Помпените хидроакумулатори често се използват за подпомагане на интегрирането на възобновяема енергия в мрежата, балансиране на колебанията в търсенето и предлагането и притежават дълга продължителност на съхранение и силен резервен капацитет. Принципът му е показан на фигура 1-1.
Съхраняване на енергия от сгъстен въздух:
Съхранението на енергия със сгъстен въздух включва компресиране на въздух с помощта на електрически задвижван компресор и съхраняването му в подземни пещери, резервоари или съдове под налягане. Когато търсенето на електроенергия се увеличи, съхраненият сгъстен въздух се освобождава, нагрява и се използва за задвижване на турбина за генериране на електричество. Съхраняването на енергия със сгъстен въздух обикновено предлага широкомащабни-възможности за дългосрочно съхранение на енергия, като ефективността обикновено варира от 50% до 70%. Тези ефективности могат да бъдат допълнително подобрени, когато се комбинират с технологии за възстановяване на топлината. Подходящо е за интегриране с-мащабни електроцентрали за възобновяема енергия за подобряване на гъвкавостта и стабилността на мрежата.
Съхранение на енергия на маховика:
Съхранението на енергия на маховика използва двигател за задвижване на маховик с висока скорост, преобразувайки електрическата енергия в кинетична енергия за съхранение. Когато е необходимо, маховикът използва генератор, за да преобразува кинетичната енергия обратно в електрическа. Технологията за съхранение на енергия Flywheel е известна със своята изключително бърза скорост на реакция (обикновено в диапазона от милисекунди) и дълъг живот на цикъла (до стотици хиляди цикли), което я прави подходяща за краткосрочни-сценарии за съхранение на енергия с висока-мощност, като регулиране на честотата на мрежата и непрекъсваеми захранвания (UPS). Съхранението на енергия с маховик обикновено има висока ефективност на преобразуване, достигаща 85%–95%, но времето за съхранение е сравнително кратко, обикновено се използва за балансиране на краткосрочните-флуктуации на мощността. Фигура 1-2 показва схематичната диаграма на захранваща система за съхранение на енергия с маховик.
Електрохимична технология за съхранение на енергия
Електрохимичното съхранение на енергия е технология, която преобразува електрическата енергия в химическа енергия чрез електрохимични реакции, съхранява я и след това я преобразува обратно в електрическа енергия, когато е необходимо. Неговото ядро е съхранението и освобождаването на енергия чрез процеса на зареждане и разреждане на батериите. Електрохимичната технология за съхранение на енергия има предимства като бърза скорост на реагиране, висока ефективност, гъвкава инсталация и модулен дизайн, което я прави подходяща за сценарии като регулиране на честотата-свързано с възобновяема енергия, регулиране на пикова-долина и аварийно захранване. Понастоящем масовите електрохимични технологии за съхранение на енергия включват оловни-киселинни батерии, никел-метални хидридни батерии, литиево-йонни батерии, натриево-йонни батерии и проточни батерии, всяка със своята уникална производителност, сценарии за приложение и потенциал за развитие. С нарастващия дял на възобновяемата енергия електрохимичното съхранение на енергия играе решаваща роля в трансформацията на глобалната енергийна структура и е важна гаранция за постигане на чиста, ниско{10}}въглеродна и безопасна енергийна система.
Оловно{0}}киселинни батерии:
Оловно{0}}киселинните батерии са отдавна{1}}утвърдена и широко използвана електрохимична технология за съхранение на енергия. Техният принцип включва използването на олово и неговите оксиди като положителни и отрицателни електродни материали и воден разтвор на сярна киселина като електролит за зареждане и разреждане чрез електрохимична реакция. Оловно-киселинните батерии имат предимства като ниски производствени разходи, развита технология, висока надеждност и силна устойчивост на презареждане и пре-разреждане и се използват широко в автомобилни стартови батерии, резервни захранвания и системи за съхранение на енергия. Оловно{7}}киселинните батерии обаче имат ниска енергийна плътност, ограничен цикъл на живот и съдържат токсично олово, което може да замърси околната среда, ако се изхвърли неправилно. Въпреки това, оловно-киселинните батерии все още заемат значителна позиция в определени области, особено в-чувствителни към разходите приложения. В бъдеще екологичното рециклиране и подобряването на производителността на оловно{12}}киселинните батерии ще бъдат ключови насоки за развитието на тази технология.
Никел-метални хидридни (NiMH) батерии:
NiMH батериите са електрохимична технология за съхранение на енергия, която използва никелов хидроксид като положителен електрод и никелов хидрид като отрицателен електрод. Те предлагат предимства като висока енергийна плътност, екологичност и дълъг живот на цикъла. В сравнение с традиционните батерии, NiMH батериите нямат химичните опасности, свързани с кадмия и молибдена, което ги прави по-екологични. Поради това те се използват широко в електрически инструменти, хибридни превозни средства и преносими електронни устройства. Те също имат висока ефективност на зареждане-разреждане и могат да работят стабилно в различни среди. Ключова характеристика на никеловите батерии е тяхната силна устойчивост на презареждане и пре-разреждане, което ги прави отлични в приложения, изискващи често зареждане и разреждане. Въпреки че възходът на литиево-йонните батерии през последните години доведе до спад в пазарния дял на NiMH батериите, те все още запазват място в специфични области на приложение.
Литиево-йонни батерии:
Литиево-йонните батерии са електрохимична технология за съхранение на енергия, която постига зареждане и разреждане чрез вкарване и извличане на литиеви йони между положителните и отрицателните електроди. Лекото тегло на лития и високата енергийна плътност доведоха до широкото приложение на литиево-йонни батерии в преносими електронни устройства, електрически превозни средства и съхранение на възобновяема енергия. Литиево-йонните батерии предлагат предимства като дълъг живот на цикъла и липса на ефект на паметта, но също така имат определени проблеми, свързани с безопасността, като термично бягане, причинено от презареждане и пре-разреждане. С технологичния напредък безопасността и електрохимичните характеристики на литиево-йонните батерии непрекъснато се подобряват, докато разходите намаляват, което ги прави едни от най-широко използваните батерии за съхранение на енергия на пазара днес. В бъдеще се очаква развитието на технологии като-електролити в твърдо състояние и аноди-базирани на силиций да подобри допълнително електрохимичните характеристики и безопасността на литиево-йонните батерии.
Натриево-йонни батерии:
Натриево-йонните батерии са бързо развиваща се нова електрохимична технология за съхранение на енергия през последните години. Техният принцип на работа е подобен на този на литиево-йонните батерии, където литиевите йони се интеркалират и деинтеркалират между положителните и отрицателните електроди за зареждане и разреждане. Предимствата на натриево-йонните батерии се крият в изобилието и ниската цена на натриеви ресурси и тяхната независимост от ограниченията на литиевите ресурси, което ги прави особено подходящи за широкомащабни-приложения за съхранение на енергия. Въпреки че тяхната енергийна плътност е по-ниска от тази на литиево-йонните батерии, натриево-йонните батерии показват добра производителност по отношение на стабилност на цикъла, производителност при ниски-температури и безопасност, което показва голямо обещание за бъдещо развитие. Понастоящем изследванията върху натриево-йонните батерии се фокусират върху подобряването на енергийната плътност, удължаването на живота на цикъла и намаляването на производствените разходи. С непрекъснатия технологичен напредък се очаква натриево-йонните батерии да се превърнат в едно от важните решения за широкомащабно-съхранение на енергия в бъдеще.
Проточна батерия:
Проточните батерии са електрохимична технология за съхранение на енергия, при която електролитът се съхранява във външен резервоар. Техният принцип включва съхранение и освобождаване на енергия чрез електрохимични реакции между два различни електролита в батерията. Важна характеристика на проточните батерии е тяхната независимо регулируема енергия и мощност; капацитетът за съхранение може да бъде разширен чрез увеличаване на количеството съхраняван електролит, което ги прави особено подходящи за широко-мащабни, дългосрочни-приложения за съхранение на енергия. Често срещаните типове проточни батерии включват ванадиеви редокс проточни батерии и цинкови/бромни поточни батерии. Проточните батерии предлагат дълъг живот, добра безопасност и екологосъобразност, но тяхната първоначална инвестиция е висока, а акумулаторната система е сложна. С технологичния напредък потенциалът на проточните батерии в широкомащабни-съхранения на енергия постепенно се появява, особено при интегриране на мрежата за възобновяема енергия и приложения за регулиране на мрежата.