Иногда два лучше, чем один. Одним из таких случаев является объединение солнечной энергии и технологий ее хранения. Причина: солнечная энергия не всегда производится в то время, когда она больше всего необходима. Пиковое энергопотребление часто возникает на летние дни и вечера когда выработка солнечной энергии падает. В это время температура может быть самой высокой, и люди, которые работают в дневное время, возвращаются домой и начинают использовать электричество для охлаждения своих домов, приготовления пищи и включения бытовой техники.
Хранение помогает солнечной энергии способствовать поставке электроэнергии, даже когда солнце не светит. Это также может помочь сгладить различия в том, как солнечная энергия течет по сети. Эти различия объясняются изменениями количества солнечного света, падающего на фотоэлектрический (PV) панели или концентрация солнечно-тепловой энергии (CSP) системы. На производство солнечной энергии могут влиять время года, время суток, облака, пыль, мгла или препятствия, такие как тени, дождь, снег и грязь. Иногда хранилище энергии размещается рядом с солнечной энергетической системой или рядом с ней, а иногда система хранения стоит отдельно, но в любой конфигурации она может помочь более эффективно интегрировать солнечную энергию в энергетический ландшафт.
Что такое хранение энергии?
«Хранение» относится к технологиям, которые могут улавливать электроэнергию, хранить ее в другой форме энергии (химической, тепловой, механической), а затем высвобождать ее для использования, когда она необходима. Литий-ионные аккумуляторы являются одной из таких технологий. Хотя использование накопителей энергии никогда не бывает эффективным на 100 % — некоторая энергия всегда теряется при преобразовании энергии и ее извлечении, — хранение позволяет гибко использовать энергию в разное время с момента ее генерации. Таким образом, хранилище может повысить эффективность и отказоустойчивость системы, а также улучшить качество электроэнергии за счет согласования спроса и предложения.
Накопители различаются как по энергетической мощности, которая представляет собой общее количество энергии, которую можно сохранить (обычно в киловатт-часах или мегаватт-часах), так и по мощности, которая представляет собой количество энергии, которое может быть высвобождено в данный момент времени ( обычно в киловаттах или мегаваттах). Различные энергетические и энергетические мощности накопителей могут использоваться для решения разных задач. Кратковременное хранение, которое длится всего несколько минут, обеспечит бесперебойную работу солнечной электростанции во время колебаний мощности из-за проходящих облаков, в то время как долгосрочное хранение может помочь обеспечить поставку в течение нескольких дней или недель, когда производство солнечной энергии низкое или во время крупного погодного явления. , например.
Преимущества объединения систем хранения и солнечной энергии
Балансировка электрических нагрузок. Без хранения электроэнергия должна производиться и потребляться одновременно, что может означать, что операторы сетей отключают часть генерации или «сокращают» ее, чтобы избежать проблем с перепроизводством и надежностью сети. И наоборот, могут быть другие времена, после захода солнца или в пасмурные дни, когда солнечной энергии мало, но есть большой спрос на электроэнергию. Введите хранилище, которое можно заполнить или зарядить, когда выработка высока, а энергопотребление низкое, а затем раздать, когда нагрузка или спрос высоки. Когда часть электроэнергии, произведенной солнцем, помещается в хранилище, это электричество можно использовать всякий раз, когда оно необходимо операторам сети, в том числе после захода солнца. Таким образом, хранение действует как страховой полис от солнечного света.
«Укрепление» солнечной генерации. Кратковременное хранение может гарантировать, что быстрые изменения в выработке не сильно повлияют на мощность солнечной электростанции. Например, небольшую батарею можно использовать для преодоления кратковременного сбоя в выработке электроэнергии из-за пролетающего облака, помогая сети поддерживать «надежное» электроснабжение, которое является надежным и последовательным.
Обеспечение устойчивости. Солнечная энергия и системы хранения данных могут обеспечить резервное питание во время сбоев в электроснабжении. Они могут поддерживать работу критически важных объектов для обеспечения непрерывности основных услуг, таких как связь. Солнечная энергия и аккумуляторы также могут использоваться для микросетей и небольших приложений, таких как мобильные или портативные энергоблоки.
Типы хранения энергии
Наиболее распространенным типом хранения энергии в энергосистеме является гидроэлектростанция. Но технологиями хранения, которые чаще всего сочетаются с солнечными электростанциями, являются электрохимические накопители (батареи) с фотоэлектрическими установками и тепловые накопители (жидкости) с электростанциями CSP. Другие типы хранилищ, такие как хранилища сжатого воздуха и маховики, могут иметь другие характеристики, такие как очень быстрая разгрузка или очень большая емкость, что делает их привлекательными для операторов сетей. Более подробная информация о других типах хранения приведена ниже.
Гидроаккумулирующая гидроэнергетика
Гидроаккумулирующая гидроэнергетика — это технология хранения энергии на основе воды. Электрическая энергия используется для перекачки воды вверх в резервуар, когда потребность в энергии низкая. Позже воде можно позволить течь обратно вниз по склону и вращать турбину для выработки электроэнергии, когда спрос высок. Насосная гидроэнергетика — это хорошо проверенная и зрелая технология хранения энергии, которая используется в Соединенных Штатах с 1929 года. Однако она требует подходящих ландшафтов и водоемов, которые могут быть естественными озерами или искусственными путем строительства плотин, что требует длительных нормативных разрешений, длительных сроки реализации и большой начальный капитал. За исключением энергетического арбитража, ценность услуг ГЭС по интеграции переменных возобновляемых источников энергии не полностью реализована, что может привести к длительному периоду финансовой окупаемости. Это некоторые из причин, по которым в последнее время не строились гидроэлектростанции, хотя интерес очевиден из запросов в Федеральную комиссию по регулированию энергетики на получение предварительных разрешений и лицензий.
Электрохимическое хранение
Многие из нас знакомы с электрохимическими батареями, например, в ноутбуках и мобильных телефонах. Когда электричество подается в батарею, оно вызывает химическую реакцию, и энергия сохраняется. Когда батарея разряжается, химическая реакция меняется на противоположную, в результате чего между двумя электрическими контактами создается напряжение, вызывающее вытекание тока из батареи. Наиболее распространенный химический состав аккумуляторных элементов — литий-ионный, но другие распространенные варианты включают свинцово-кислотные, натриевые и никелевые аккумуляторы.
Хранение тепловой энергии
Хранение тепловой энергии — это семейство технологий, в которых для хранения тепла используется жидкость, например вода, расплавленная соль или другой материал. Этот теплоаккумулирующий материал затем хранится в изолированном резервуаре до тех пор, пока не потребуется энергия. Энергия может использоваться непосредственно для отопления и охлаждения или для выработки электроэнергии. В системах хранения тепловой энергии, предназначенных для получения электроэнергии, тепло используется для кипячения воды. Образующийся пар приводит в движение турбину и производит электроэнергию, используя то же оборудование, которое используется на обычных электростанциях. Хранение тепловой энергии полезно в установках CSP, которые фокусируют солнечный свет на приемнике для нагрева рабочей жидкости. Сверхкритический диоксид углерода исследуется в качестве рабочей жидкости, которая могла бы использовать преимущества более высоких температур и уменьшить размер электростанций.
Хранение маховика
Маховик – это тяжелое колесо, прикрепленное к вращающемуся валу. Расход энергии может заставить колесо вращаться быстрее. Эту энергию можно извлечь, подключив колесо к электрическому генератору, который использует электромагнетизм для замедления колеса и выработки электричества. Хотя маховики могут быстро обеспечить мощность, они не могут хранить много энергии.
Хранение сжатого воздуха
Системы хранения сжатого воздуха состоят из больших сосудов, таких как резервуары, или природных образований, таких как пещеры. Компрессорная система накачивает сосуды воздухом под давлением. Затем воздух можно выпустить и использовать для привода турбины, производящей электричество. Существующие системы хранения энергии на основе сжатого воздуха часто используют высвобождаемый воздух как часть энергетического цикла природного газа для производства электроэнергии.
Солнечное топливо
Солнечную энергию можно использовать для создания новых видов топлива, которые можно сжигать или потреблять для получения энергии, эффективно сохраняя солнечную энергию в химических связях. Среди возможных видов топлива, которые изучают исследователи, — водород, получаемый путем отделения его от кислорода в воде, и метан, получаемый путем объединения водорода и углекислого газа. Метан является основным компонентом природного газа, который обычно используется для производства электроэнергии или отопления домов.
Виртуальное хранилище
Энергию также можно хранить, изменяя способ использования уже имеющихся у нас устройств. Например, нагревая или охлаждая здание до ожидаемого пика спроса на электроэнергию, здание может «хранить» эту тепловую энергию, поэтому ему не нужно будет потреблять электроэнергию позже в тот же день. Само здание действует как термос, сохраняя прохладный или теплый воздух. Аналогичный процесс можно применить к водонагревателям, чтобы распределить потребность в воде в течение дня.
В конечном итоге, жилые и коммерческие потребители солнечной энергии, а также коммунальные предприятия и крупные операторы солнечной энергии могут получить выгоду от системы солнечной энергии и аккумулирования энергии. Поскольку исследования продолжаются, а стоимость солнечной энергии и ее хранения снижается, решения по солнечной энергии и ее хранению станут более доступными для всех американцев.
