Pe baza diferitelor forme de stocare a energiei,tehnologii de stocare a energieipoate fi împărțit în cinci categorii: tehnologia de stocare a energiei mecanice, tehnologia de stocare a energiei electrochimice, tehnologia de stocare a energiei electrice, tehnologia de stocare a energiei chimice și tehnologia de stocare a energiei termice.
◇Tehnologia de stocare a energiei electrice
◇Tehnologia de stocare a energiei chimice
◇Tehnologia de stocare termică
Tehnologia de stocare mecanică a energiei
După cum se știe, în natură există diferite forme de energie cinetică și potențială, cum ar fi apa curgătoare, vântul natural, mareele și valurile; activitățile umane generează, de asemenea, o mare cantitate de energie cinetică și potențială, cum ar fi deplasarea oamenilor, vehiculelor, navelor și fluidelor. Toate aceste energii, atât cele generate în natură, cât și cele generate de activitățile umane, sunt surse de energie regenerabilă. Energia mecanică este suma energiei cinetice și potențiale, o mărime fizică reprezentând starea de mișcare și altitudinea unui obiect. Energia cinetică și potențială a unui obiect pot fi convertite una în alta; în procesul de conversie reciprocă între energia cinetică și cea potențială, cantitatea totală de energie mecanică rămâne constantă, adică energia mecanică este conservată.
Stocarea energiei mecanice este o tehnologie care transformă energia în energie mecanică pentru stocare și apoi o transformă înapoi în energie electrică atunci când este necesar. Metodele obișnuite de stocare a energiei mecanice includ stocarea hidro-pompată, stocarea aerului comprimat și stocarea energiei la volantă. Tehnologiile mecanice de stocare a energiei au de obicei o densitate mare de putere, capacități de răspuns rapid și o durată lungă de viață, făcându-le potrivite pentru reglarea rețelei și alimentarea cu energie de urgență. Timpul și scala lor de stocare variază în funcție de tehnologia specifică, variind de la minute la zile și pot satisface diverse nevoi de stocare a energiei.
Hidro stocare pompată:
Stocarea hidrocentrală prin pompare este în prezent cea mai utilizată tehnologie de stocare a energiei pe scară largă-. Folosește electricitate pentru a pompa apă dintr-un rezervor de-nivel scăzut într-un rezervor de-nivel înalt, stocând energia potențială a acestuia. În perioadele de vârf de cerere de energie electrică, apa este eliberată pentru a genera electricitate prin turbine. Această metodă are o eficiență de conversie relativ ridicată (de obicei 70%–85%), este potrivită pentru reglarea diferențelor de vârf-vale în rețeaua de energie și oferă o capacitate mare de stocare și o funcționare stabilă.
Stocarea hidrocentrală prin pompare este adesea folosită pentru a sprijini integrarea rețelei de energie regenerabilă, pentru a echilibra fluctuațiile cererii și ofertei și are o durată lungă de stocare și o capacitate de rezervă puternică. Principiul său este prezentat în Figura 1-1.
Stocarea energiei aerului comprimat:
Stocarea energiei cu aer comprimat implică comprimarea aerului cu ajutorul unui compresor acționat electric și stocarea acestuia în caverne subterane, rezervoare sau vase sub presiune. Când cererea de energie electrică crește, aerul comprimat stocat este eliberat, încălzit și folosit pentru a antrena o turbină pentru a genera electricitate. Stocarea energiei cu aer comprimat oferă, de obicei, capacități de stocare a energiei pe scară largă-,-pe termen lung, cu eficiențe variind în general de la 50% la 70%. Aceste eficiențe pot fi îmbunătățite în continuare atunci când sunt combinate cu tehnologii de recuperare a căldurii. Este potrivit pentru integrarea cu centrale electrice cu energie regenerabilă la scară mare-pentru a spori flexibilitatea și stabilitatea rețelei.
Stocarea energiei volantului:
Stocarea de energie a volantului folosește un motor pentru a conduce un volant la viteză mare, transformând energia electrică în energie cinetică pentru stocare. Când este necesar, volantul folosește un generator pentru a converti energia cinetică înapoi în energie electrică. Tehnologia de stocare a energiei volantului este cunoscută pentru viteza de răspuns extrem de rapidă (de obicei, în intervalul de milisecunde) și durata mare de viață (până la sute de mii de cicluri), făcând-o potrivită pentru scenarii de stocare a energiei pe termen scurt, de mare-, cum ar fi reglarea frecvenței rețelei și sursele de alimentare neîntreruptibilă (UPS). Stocarea energiei volantului are de obicei o eficiență de conversie ridicată, ajungând la 85%–95%, dar timpul de stocare este relativ scurt, folosit de obicei pentru a echilibra fluctuațiile de putere pe termen scurt-. Figura 1-2 prezintă schema schematică a unui sistem de stocare a energiei în volantă.
Tehnologia de stocare a energiei electrochimice
Stocarea energiei electrochimice este o tehnologie care transformă energia electrică în energie chimică prin reacții electrochimice, stochând-o și apoi transformând-o înapoi în energie electrică atunci când este necesar. Miezul său este stocarea și eliberarea energiei prin procesul de încărcare și descărcare a bateriilor. Tehnologia de stocare a energiei electrochimice are avantaje precum viteza de răspuns rapidă, eficiență ridicată, instalare flexibilă și design modular, ceea ce o face potrivită pentru scenarii precum reglarea frecvenței conectate la rețeaua de energie regenerabilă-, reglarea văii de vârf- și alimentarea cu energie de urgență. În prezent, tehnologiile obișnuite de stocare a energiei electrochimice includ baterii cu plumb-acid, baterii cu nichel-hidrură metalică, baterii cu litiu-ion, baterii cu sodiu-ion și baterii cu flux, fiecare cu performanța, scenariile de aplicare și potențialul de dezvoltare unic. Odată cu creșterea proporției de energie regenerabilă, stocarea energiei electrochimice joacă un rol crucial în transformarea structurii energetice globale și reprezintă o garanție importantă pentru realizarea unui sistem energetic curat, cu emisii reduse de carbon și sigur.
Baterii cu-plumb:
Bateriile cu plumb-acid sunt o tehnologie de stocare a energiei electrochimice-consacrată și utilizată pe scară largă. Principiul lor implică utilizarea plumbului și a oxizilor săi ca materiale pentru electrozi pozitivi și negativi și soluție apoasă de acid sulfuric ca electrolit, pentru a se încărca și descărca printr-o reacție electrochimică. Bateriile cu plumb-acid au avantaje precum costuri de producție reduse, tehnologie matură, fiabilitate ridicată și rezistență puternică la supraîncărcare și supra-descărcare și sunt utilizate pe scară largă în bateriile de pornire pentru automobile, sursele de alimentare de rezervă și sistemele de stocare a energiei. Cu toate acestea, bateriile cu plumb-acid au o densitate redusă de energie, un ciclu de viață limitat și conțin plumb toxic, care poate polua mediul dacă este aruncat în mod necorespunzător. În ciuda acestui fapt, bateriile cu plumb-acid încă ocupă o poziție semnificativă în anumite domenii, în special în aplicațiile-sensibile la costuri. În viitor, reciclarea ecologică și îmbunătățirea performanței bateriilor cu plumb-acid vor fi direcții cheie pentru dezvoltarea acestei tehnologii.
Baterii cu nichel-hidrură metalică (NiMH):
Bateriile NiMH sunt o tehnologie electrochimică de stocare a energiei care utilizează hidroxid de nichel ca electrod pozitiv și hidrura de nichel ca electrod negativ. Acestea oferă avantaje precum densitatea ridicată a energiei, respectarea mediului și durata de viață lungă. În comparație cu bateriile tradiționale, bateriile NiMH nu prezintă pericolele chimice asociate cu cadmiul și molibdenul, ceea ce le face mai ecologice. Prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în sculele electrice, vehiculele hibride și dispozitivele electronice portabile. De asemenea, au o eficiență ridicată de încărcare-descărcare și pot funcționa stabil în diferite medii. O caracteristică cheie a bateriilor cu nichel este toleranța puternică la supraîncărcare și peste{6}}descărcare, făcându-le excelente în aplicațiile care necesită încărcare și descărcare frecventă. Deși creșterea bateriilor cu litiu-ion în ultimii ani a dus la o scădere a cotei de piață a bateriilor NiMH, acestea își mențin totuși un loc în anumite domenii de aplicare.
Baterii litiu-ion:
Bateriile cu litiu-ion sunt o tehnologie electrochimică de stocare a energiei care realizează încărcarea și descărcarea prin introducerea și extragerea ionilor de litiu între electrozii pozitivi și negativi. Greutatea redusă a litiului și densitatea mare de energie au condus la aplicarea pe scară largă a bateriilor litiu-ion în dispozitivele electronice portabile, vehiculele electrice și stocarea energiei regenerabile. Bateriile cu litiu-ion oferă avantaje, cum ar fi ciclul de viață lung și lipsa efectului de memorie, dar au și anumite probleme de siguranță, cum ar fi evadarea termică cauzată de supraîncărcare și supra-descărcare. Odată cu progresele tehnologice, siguranța și performanța electrochimică a bateriilor cu litiu-ion s-au îmbunătățit continuu, în timp ce costurile au scăzut, făcându-le una dintre cele mai utilizate baterii de stocare a energiei de pe piață astăzi. În viitor, dezvoltarea unor tehnologii precum electroliții în stare solidă-și anozii-siliciului va îmbunătăți în continuare performanța electrochimică și siguranța bateriilor cu-litiu.
Baterii-ion de sodiu:
Bateriile-ion de sodiu sunt o nouă tehnologie de stocare a energiei electrochimice în curs de dezvoltare în ultimii ani. Principiul lor de funcționare este similar cu cel al bateriilor cu litiu-ion, în care ionii de litiu se intercalează și dezintercalează între electrozii pozitivi și negativi pentru încărcare și descărcare. Avantajele bateriilor cu ioni de sodiu-constă în abundența și costul scăzut al resurselor de sodiu și independența acestora față de limitările resurselor de litiu, ceea ce le face deosebit de potrivite pentru aplicațiile de stocare a energiei-la scară largă. Deși densitatea lor de energie este mai mică decât cea a bateriilor cu litiu-ion, bateriile cu-ion de sodiu prezintă performanțe bune în ceea ce privește stabilitatea ciclului, performanța la temperatură scăzută-și siguranță, arătând o mare promisiune pentru dezvoltarea viitoare. În prezent, cercetarea bateriilor cu ioni de sodiu se concentrează pe îmbunătățirea densității energiei, pe extinderea ciclului de viață și pe reducerea costurilor de producție. Cu progresele tehnologice continue, se așteaptă ca bateriile cu ioni de sodiu-să devină una dintre soluțiile importante pentru stocarea-de energie pe scară largă în viitor.
Baterie de flux:
Bateriile Flow sunt o tehnologie electrochimică de stocare a energiei în care electrolitul este stocat într-un rezervor extern. Principiul lor implică stocarea și eliberarea energiei prin reacții electrochimice între doi electroliți diferiți din baterie. O caracteristică semnificativă a bateriilor cu flux este energia lor reglabilă independent și puterea de ieșire; capacitatea de stocare poate fi extinsă prin creșterea cantității de electrolit stocat, făcându-i deosebit de potriviti pentru aplicații de stocare a energiei pe scară mare-la scară mare,-pe termen lung. Tipurile comune de baterii cu flux includ bateriile cu flux redox de vanadiu și bateriile cu flux zinc/brom. Bateriile Flow oferă o durată de viață lungă, o siguranță bună și un mediu prietenos, dar investiția lor inițială este mare, iar sistemul de baterii este complex. Odată cu progresele tehnologice, potențialul bateriilor cu flux în stocarea-de energie la scară largă apare treptat, în special în aplicațiile de integrare a rețelei de energie regenerabilă și de reglementare a rețelei.