Industrija

Podrška obnovljivim izvorima energije: Budućnost za skladištenje energije izgleda sjajno

Podrška obnovljivim izvorima energije: Budućnost za skladištenje energije izgleda sjajno


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Područje ispitivanja visokog napona i područje ispitivanja transformatora sa vanjske strane Laboratorija za skladištenje energije (ESL), uvala 3 u Objektu za integraciju energetskih sistema (ESIF) u Nacionalnoj laboratoriji za obnovljive izvore energije. [Izvor slike: Dennis Schroeder / NREL]

Skladištenje energije sve više postaje vitalni dio uvođenja tehnologija obnovljivih izvora energije, uglavnom zbog isprekidane prirode nekih sistema obnovljivih izvora energije, posebno vjetra i sunca, koji rijetko proizvode energiju kada je ona najpotrebnija. Stoga je uloga skladišta energije da se suprotstavi neravnotežama izazvanim tim isprekidanjem.

Trenutno komunalne službe koriste postrojenja sa osnovnim opterećenjem za održavanje opskrbe. Mnoga od njih su nuklearna i nuklearna postrojenja, a podržavaju ih postrojenja za praćenje tereta ili „ciklička” postrojenja, koja su obično prirodni plin ili hidroelektrana.

Pohranjena energija ima prednost što je dostupnija brže od turbine koja se uključuje, skladišteći višak energije i oslobađajući je po potrebi. Do sada je dominantan oblik skladištenja energije bio pumpan hidro, na osnovu rezervoara u kojima voda prolazi kroz generatore koji energetski potencijal pretvaraju u električnu energiju. Kada je potražnja mala, višak proizvodnog kapaciteta koristi se za pumpanje vode sa nižeg nivoa na viši rezervoar. Kada se potražnja poveća, voda se pušta nazad u donji rezervoar, prolazeći kroz turbinu koja generira električnu energiju. Ovaj pristup je najviše povezan sa zemljama kao što su Norveška, dijelovi SAD-a i Wales. U Norveškoj pumpa ima trenutni kapacitet od 25-30 GW, koji se može proširiti na 60 GW.

Trenutno je najmanje 140 GW velikog skladišta energije instalirano u električnim mrežama širom svijeta, od kojih se velika većina (99 posto) sastoji od pumpane hidroelektrane (PSH), a ostatak se sastoji od mješavine baterija, komprimiranih vazdušno skladištenje energije (CAES), zamašnjaci i vodonik. Za dekarbonizaciju elektroenergetskog sektora bilo bi potrebno oko 310 GW dodatnog mrežnog skladišta električne energije u SAD-u, Evropi, Kini i Indiji, prema Energy Technology Perspectives (ETP) 2014.

Međutim, sve su veće globalne rasprave o tome, prvo, u kojim su konkretnim okolnostima skladištenje energije zapravo neophodne za potporu integraciji obnovljivih izvora energije, i, drugo, kakve ćemo tehnologije skladištenja energije vjerojatno vidjeti kako to čine kroz istraživanje i razvoj proces komercijalizacije.

Na primjer, u vezi s prvim pitanjem, Amory Lovins sa Instituta Rocky Mountain u Koloradu, SAD, tvrdi da skladištenje energije možda zapravo nije potrebno.

Nadalje, uprkos svim kritikama sunca i vjetra iz nekih četvrtina energetskog sektora, istraživanje naučnika sa Univerziteta Stanford u martu 2014. pokazalo je da energija vjetra zapravo može proizvesti dovoljno viška električne energije da podrži do 72 sata uskladištene energije.

Vjetroelektrana u Rio Grande do Sul u Brazilu [Izvor slike: Eduardo Fonseca, Flickr]

To znači da bi se industrija vjetrova mogla lako nositi sa trodnevnim zatišjima u dostupnosti vjetra i stoga bi mogla rasti i održavati se uz pomoć skladištenja energije. Međutim, potrebno je više posla za solarnu energiju, jer neke solarne tehnologije, poput kristalnog silicija, rastu tako brzo da postaju mrežni ponori, u osnovi trošeći više energije nego što je daju mreži. Studija iz Stanforda pokazala je da većina fotonaponskih tehnologija može priuštiti samo do 24 sata skladištenja, ali to još uvijek znači da solarni PV sistemi mogu biti raspoređeni s dovoljno prostora za skladištenje električne energije noću.

Još jedna prednost vjetra je ta što je povrat energije od ulaganja (EROI) mnogo bolji od solarnog, s vjetroagregatom koji u roku od nekoliko mjeseci može proizvesti dovoljno električne energije da vrati svu energiju potrebnu za njegovu izgradnju. Sa solarnom energijom vrijeme povrata je otprilike dvije godine.

Još je ohrabrujuća činjenica da su, ukoliko se pokaže da je potrebno skladištenje energije, trenutno u razvoju sve vrste novih tehnologija, od kojih mnoge zaista izgledaju vrlo obećavajuće.

Pored ovih novih tehnologija, postoji nekoliko vrlo zanimljivih inovativnih ideja koje predstavljaju brojni iskusni ljudi u ovom sektoru. Uzmimo za primjer blog anonimnog škotskog znanstvenika koji zagovara jedinstveno rješenje za skladištenje koje bi skladištilo energiju iz sunca i vjetra pomoću vreća punjenih vodonikom pod vodom.

Škotski znanstvenik tvrdi da se PV paneli mogu montirati na platforme, bilo pojedinačno ili u tačkama u razmacima između turbina na vjetroelektranama. PV paneli bi se držali iznad nivoa vode, ali ispod nivoa na kojem bi njihovo prisustvo ometalo protok vjetra. Vodikov plin bi se tada koristio za skladištenje energije koju generiraju platforme obnovljive energije.

Vrlo intrigantan koncept akumuliranja energije vjetra, sunca i vodonika škotskog znanstvenika (Slika: Scottish Scientist)

Način na koji bi to funkcionirao je ovaj. Višak električne energije vjetra i sunca slao bi se podmorskim kablom za napajanje podvodne elektrolize velike snage, koja bi se potom koristila za stvaranje komprimiranog vodika. To bi se skladištilo u podvodnim napuhavajućim plinskim vrećama, koje bi se cijevima postavljale od plinske vreće do platforme, gdje bi se napajale turbinski generatori ili gorivne ćelije na vodonik, proizvodeći električnu energiju na zahtjev u svim vremenskim prilikama.

Vreće za dizanje zraka već se koriste u ronjenju i spašavanju i dostupne su u količinama do 50 kubnih metara. Stoga, tvrdi škotski znanstvenik, trebalo bi biti moguće napraviti mnogo veće plinske vreće ili namjestiti više plinskih vreća zajedno.

Ovakav pristup mnogo se bolje izvodi u dubljim morima, jer je pritisak vode proporcionalan dubini, omogućavajući tako gušći kompresiju vodonika. To bi omogućilo da se više vodonika i više energije skladišti u napuhavajućim plinskim vrećama. U međuvremenu, kiseonik iz procesa elektrolize mogao bi se jednostavno mjehurići ili skladištiti, tako da bi mogao povećati efikasnost sistema, istovremeno smanjujući nusproizvode sagorijevanja azotnog oksida koje proizvode generatori na vodik.

Podmorska elektroliza morala bi koristiti prilagođenu otopinu elektrolita kako bi proizvela kiseonik kao anodni plin, jer izravna elektroliza morske vode stvara plinoviti klor na anodi. Ovo je otrovno i teško je zbrinuti. Stoga bi koncentrirana otopina elektrolita morala biti odvojena od morske vode polupropusnom membranom, omogućavajući osmozi da kroz nju prolazi čista voda iz razrijeđene morske vode.

S obzirom na pritisak koji vrši more pod vodom, ne bi bila potrebna posuda za zadržavanje elektrolita pod visokim pritiskom, kao što zahtijevaju sistemi elektrolize pod visokim pritiskom koji rade na površini. Polupropusna membrana bila bi dovoljna da zadrži sadržanu otopinu elektrolita.

Škotski znanstvenik sugerira da bi se obalna solarna energija mogla rasporediti na zapadnoj obali Afrike, između Kanarskih ostrva i Kaper Verdea. Još jedno potencijalno područje za primenu ovog sistema moglo bi biti negde oko Španije ili na Mediteranu. Električna energija bi se iz ovih područja prevozila podmorskim interkonektorima, kao i vanjskim vjetroelektranama.

Duboka mora, potrebna za skladištenje vodonika, recimo dubine veće od 4.000 metara, uglavnom se mogu naći u određenim područjima Atlantskog okeana, jugozapadno od Biskajskog zaliva. Na osnovu toga, škotski znanstvenik tvrdi da bi jedno područje posebno pogodno za ovu vrstu operacije moglo biti zapadno i jugozapadno od Kanarskih ostrva i sjeverno od Zelenortskih ostrva. Međutim, ovo možda nije dovoljno blizu za opskrbu zapadne Evrope, s obzirom na troškove dužih interkonektivnih kablova.

Neizbježno je da je ova ideja naišla na određene kritike. Na primjer, jedan od komentara na blogu sugerira da bi zračni jastuci procurili. Međutim, škotski znanstvenik tvrdi da bi pritisak izvan vreće jednak onom unutar, to mogao spriječiti. U osnovi, jedini način na koji molekuli gasa, ili atomi u slučaju helija, mogu procuriti kroz zračni jastuk, bio bi difuzija, koja zahtijeva gradijent pritiska da bi se prevladala energetska barijera. Isti komentar prigovara da bi protutlak vodonika, koji je također prisutan u vodi, bio vrlo nizak i da će se, jer su molekuli vodonika tako mali, difuziti kroz većinu materijala.

Kao odgovor na to, škotski znanstvenik sugerira da bi se eksperimenti s vrećama ronilaca napunjenih vodonikom mogli koristiti za procjenu ove mogućnosti i za prikupljanje daljnjih podataka. Drugi komentar na blogu primjećuje da već postoje patenti za ionski nabijene polimerne membrane koji bi prevladali sve probleme koji uključuju difuziju plina iz vreće. Nadalje, izazovi povezani sa skladištenjem vodika bave se metalnim organskim okvirima (MOF), spojevima koji se sastoje od metalnih jona ili klastera koordiniranih sa organskim molekulima koji tvore jednodimenzionalne, dvodimenzionalne ili trodimenzionalne strukture koje bi se mogle koristiti za skladištenje gasova kao što su vodonik i ugljen-dioksid.

Škotski znanstvenik nastavlja da bi razlika u pritisku na zidu vreće varirala od „nikakvog, na dnu vreće za gas, do razlike u pritisku vode između većeg pritiska vode na dnu vreće na niži pritisak vode i vrh vreće, prema visinskoj razlici brzinom od jedne atmosferske razlike na 10 metara. Dakle, za visinsku razliku od 5 metara između dna i vrha plinske vreće, razlika tlaka bila bi 0,5 atmosfere na vrhu vreće. "

Drugim riječima, gradijent tlaka bio bi prilično nizak.

Još jedan potencijalni problem bila bi udaljenost na koju se električna energija treba prevesti. Škotski naučnik sugerira da bi se to moglo prevladati razvojem dalekovoda još višeg napona. Nadalje, integracija solarne PV sa vjetroagregatima i skladištenjem energije na udaljenom mjestu također bi omogućila razvoj kombiniranog sistema za proizvodnju električne energije koji bi sam po sebi pružio maksimalan energetski kapacitet dalekovoda.

Diskusije i rasprave oko ovakvih ideja neizbježno će se nastaviti još mnogo godina. Međutim, ova diskusija posebno ilustrira inovativno razmišljanje koje se trenutno odnosi na skladištenje energije, a ovdje se raspravlja samo o vodiku - postoje mnoge druge obećavajuće ideje koje se istražuju koristeći čitav niz različitih pristupa. Sve to dodajte i čini se da će se u godinama koje dolaze razvijati vrlo zanimljivo tržište za tehnologije skladištenja energije, ako već nije.

Ali pogledajmo ovo malo detaljnije. Šta se tamo već događa?

Nedavno, 19. januarath ove godine, IHS je objavio da su smanjenja troškova baterija, zajedno sa vladinim programima finansiranja i komunalnim tenderima, dovela do 45-postotnog povećanja globalnog cjevovoda za skladištenje energije tokom četvrtog kvartala 2015 (Q4) u odnosu na prethodni kvartal , dostigavši ​​1,6 GW u Q4 2015.

Najava nekoliko velikih projekata krajem 2015. godine pokazuje da skladišna industrija počinje prelaziti iz faze istraživanja i razvoja, uključujući demonstracijske projekte, u komercijalno isplative projekte. To je uključivalo narudžbu od 90 MW od strane STEAG-a za primarno tržište rezervi u Njemačkoj i 75 MW ugovora koje je PG&E dodijelio nizu kompanija koje koriste različite uspostavljene i nove tehnologije.

IHS očekuje približno 900 MW globalnih mrežnih projekata baterija koji će biti pušteni u rad 2016. godine, podržavajući predviđeno udvostručenje globalno instaliranog mrežnog skladišta energije. Od planiranih instalacija, njih 45 posto bit će u SAD-u, a dodatnih 20 posto u Japanu.

Nažalost, ovo je zaista velika tema koja je, s obzirom na većinu tehnologija izvan baterija i pumpanog skladišta, još uvijek u povojima. Stoga bi zaista sveobuhvatan pregled onoga što se događa u sektoru skladištenja energije zauzeo još nekoliko stranica. Stoga, očekujte još neke članke o skladištenju energije predugo, gledajući dublji nivo nekih istraživanja koja se tamo vode.


Pogledajte video: Obnovljivi izvori energije (Maj 2022).