Nieuwe trends op het gebied van energieopslagsysteem ESS-technologie

De wereldberoemde fabrikant van industriële besturingsproducten - C3CONTROLS in de Verenigde Staten analyseerde de nieuwe technologische trends van het huidige energieopslagsysteem ESS in zijn technische white paper, het volgende is een fragment.

Elektriciteit in ruwe vorm kan op geen enkele schaal worden opgeslagen, maar door het gebruik van een energieopslagsysteem (ESS) kan het worden omgezet in andere vormen van energie die kunnen worden opgeslagen. Deze vormen van energie kunnen indien nodig weer worden omgezet in elektriciteit.

Energieopslagsystemen bieden een breed scala aan technologische benaderingen voor het beheer van onze elektriciteitsvoorziening in een poging om een ​​meer veerkrachtige energie-infrastructuur te creëren en kosten te besparen voor nutsbedrijven en consumenten. De huidige technologieën voor energieopslagsystemen omvatten batterijen, vliegwielen, perslucht, gepompte hydro-opslag en meer. Tegenwoordig zijn al deze systemen nog steeds beperkt in de totale energie die ze kunnen opslaan, maar onderzoek blijft deze technologieën snel verbeteren.

Het Amerikaanse elektriciteitsnet is gebouwd op een delicaat evenwicht tussen elektriciteitsaanbod en consumentenvraag. Een effectieve manier om fluctuaties in vraag en aanbod van elektriciteit te helpen balanceren, is door elektriciteit op te slaan tijdens periodes van hoge productie en lage vraag, en deze vervolgens terug te geven aan het net tijdens periodes van lage productie of hoge vraag.

Hier bespreken we hoe elektriciteitsopslag ons allemaal betrouwbaarheid, economische en ecologische voordelen kan bieden. Afhankelijk van de omvang van de inzet, kan elektriciteitsopslag het Amerikaanse elektriciteitsnet efficiënter laten werken, de kans op uitval tijdens piekperiodes verminderen en het gebruik van meer hernieuwbare bronnen mogelijk maken. afbeelding

Groeiende vraag naar elektriciteitsopslag

Sinds de ontdekking van elektriciteit hebben veel onderzoekers en wetenschappers gezocht naar efficiënte manieren om energie op te slaan voor on-demand gebruik. In de afgelopen 100 jaar is de energieopslagindustrie gegroeid en geïnnoveerd als reactie op de veranderende elektriciteitsvraag en technologische vooruitgang.

Tegenwoordig verbruiken consumenten in de Verenigde Staten 24 uur per dag elektriciteit. Of we nu wakker zijn of slapen, onze behoefte aan elektriciteit is constant. Amerikaanse consumenten hebben de neiging om als vanzelfsprekend te beschouwen hoe gemakkelijk het is om de energie te krijgen die we nodig hebben om onze apparaten, apparaten, gereedschappen, machines, voertuigen en alles wat we dag en nacht gebruiken van stroom te voorzien.

De huidige snelle populariteit van bijvoorbeeld elektrische voertuigen heeft echter een grotere druk op het elektriciteitsnet gelegd en moet aan een grotere vraag naar stroom voldoen. Bovendien is de technologische vooruitgang en groei in de markt voor hernieuwbare energie (bijv. zon, wind, enz.) een belangrijke aanjager geweest van de vraag naar energieopslag, gezien de aanzienlijke impact op het net.

Technologie voor energieopslag

Kenmerkend voor de elektriciteitssector is dat het niveau van de op te wekken elektriciteit voor korte tijd vastligt. In plaats daarvan fluctueert de vraag naar elektriciteit gedurende de dag. De ontwikkeling van technologieën om elektrische energie op te slaan zodat deze beschikbaar is wanneer deze nodig is, betekent een grote verandering in de manier waarop elektriciteit wordt gedistribueerd.

Energie opslag systeem

Energieopslagsystemen (ESS) zijn ontworpen om de elektriciteitsniveaus te beheren die nodig zijn om klanten van stroom te voorzien tijdens piekuren wanneer de vraag het grootst is.

De ESS zal ook helpen om het microgrid in evenwicht te brengen om een ​​stabiel evenwicht tussen opwekking en belasting te bereiken. Het energieopslagsysteem kan frequentieregeling bieden - het is van cruciaal belang om de frequentie van het hele systeem op 60 Hz te houden. Dit zorgt voor een evenwicht tussen netwerkbelasting en opgewekt vermogen. Daarnaast kan de inzet van ESS ook zorgen voor een betrouwbaardere stroomvoorziening voor hightech industriële installaties. Energieopslag en vermogenselektronica houden bemoedigende beloften in voor de transformatie van de energiesector.

Hoogspanningsvermogenselektronica

Hoogspanningsvermogenselektronica, zoals schakelaars, controllers en omvormers, regelen het vermogen snel en nauwkeurig om transmissie over lange afstanden te ondersteunen. Deze hoogspanningsapparaten zorgen ervoor dat het systeem efficiënter kan werken en sneller kan reageren op storingen. Een andere grote uitdaging die wordt aangepakt, is het verlagen van de kosten van energieopslagtechnologie en vermogenselektronica om de marktacceptatie te versnellen.

DOE Energieopslagprogramma

Het Energy Storage Program (ESP) dat is opgezet door het Office of Electricity (OE) van het Amerikaanse Department of Energy, verricht onderzoek en ontwikkeling op het gebied van verschillende energieopslagtechnologieën. Deze brede technologiebasis omvat batterijen (conventioneel en geavanceerd), elektrochemische condensatoren, vliegwielen, vermogenselektronica, besturingssystemen en softwaretools voor opslagoptimalisatie en -dimensionering. ESP werkt nauw samen met industriële partners - veel van zijn projecten zijn sterk gedeeld in de kosten.

Het Energy Storage Program (ESP) biedt nutsbedrijven en staatsenergieafdelingen de mogelijkheid om samen te werken bij het ontwerp, de aanschaf, de installatie en de inbedrijfstelling van grote baanbrekende opslaginstallaties tot enkele megawatt groot. Het ondersteunt ook analytische studies van de technische en economische prestaties van opslagtechnologieën, evenals technische evaluaties van componenten van energieopslagsystemen en besturingssystemen.

Verbeterde energieopslag kan meerdere voordelen opleveren voor de energiesector en haar residentiële klanten, maar ook voor industriële productiebedrijven en commerciële ondernemingen. Deze voordelen zijn onder meer een verbeterde stroomkwaliteit en een betrouwbare levering van stroom aan klanten – en een grotere stabiliteit en betrouwbaarheid van transmissie- en distributiesystemen.

Het Energy Storage Program (ESP) moedigt nutsbedrijven aan om bestaande apparatuur achteraf aan te passen om dure upgrades uit te stellen of te elimineren, waardoor de beschikbaarheid wordt verbeterd en de marktwaarde van gedistribueerde stroom toeneemt. ESP's bieden nutsbedrijven en leveranciers een hoogwaardigere opwekking van hernieuwbare energie en lagere kosten door een hogere capaciteit en uitstel van transmissiebetalingen.

ESP werkt ook aan het vergroten van de energieopslagdichtheid door onderzoek naar geavanceerde elektrolyten voor stroombatterijen, de ontwikkeling van natriumbatterijen bij lage temperatuur en nanogestructureerde elektroden met verbeterde elektrochemische prestaties. Op het gebied van vermogenselektronica vordert het onderzoek naar nieuwe hoogspannings-, hoogvermogen-, hoogfrequente en breedbandgapmaterialen zoals siliciumcarbide en galliumnitride. Daarnaast wordt er onderzoek gedaan naar geavanceerde stroomconversiesystemen die gebruik maken van geavanceerde magneten, hoogspanningscondensatoren, verpakkingen en geavanceerde bedieningselementen om de vermogensdichtheid en prestaties aanzienlijk te verbeteren.

Energie Planeet

Het Energy Earthshots Initiative is een ander initiatief van het Amerikaanse ministerie van Energie om binnen tien jaar doorbraken naar meer overvloedige, betaalbare en betrouwbare schone energieoplossingen te versnellen. Het behalen van het Energy Earthshots Initiative zal de VS helpen de moeilijkste obstakels weg te nemen voor het aanpakken van de klimaatcrisis, een schone energie-economie te laten groeien en sneller naar een netto-nulemissie tegen 2050 te gaan.

DOE - Earthshots voor energieopslag op lange termijn

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) heeft zich tot doel gesteld om de kosten van energieopslag op netschaal voor systemen die langer dan 10 uur meegaan binnen tien jaar met 90 procent te verlagen. Energieopslag heeft het potentieel om de volledige decarbonisatie van het net te versnellen.

Momenteel wordt opslag voor een kortere duur geïnstalleerd om de huidige niveaus van duurzame energieopwekking te ondersteunen. Naarmate er steeds meer hernieuwbare energie op het net wordt ingezet, zijn opslagtechnologieën voor een langere duur nodig. Goedkopere en efficiëntere opslag zal het haalbaarder maken om hernieuwbare schone energie op te vangen en op te slaan voor gebruik wanneer de energieproductie niet beschikbaar is of onder de vraag valt.

Hernieuwbare energie zoals overdag opgewekte zonne-energie kan bijvoorbeeld 's nachts worden gebruikt wanneer de vraag toeneemt, of kernenergie die wordt opgewekt tijdens perioden van lage vraag kan worden gebruikt wanneer de vraag toeneemt. LDSS zal alle soorten technologieën overwegen - elektrochemische, mechanische, thermische, chemische dragers, of elke combinatie die het potentieel heeft om te voldoen aan de doelstellingen voor duur en kosten die vereist zijn voor netflexibiliteit.

fondsen

Verschillende DOE-kantoren voeren energieopslagactiviteiten uit en het budgetverzoek van de president voor FY 2022 omvat in totaal $ 1,16 miljard voor deze activiteiten, gevolgd via de dwarsdoorsnede van de Energy Storage Grand Challenge. In afwachting van subsidiefinanciering anticipeert DOE financieringsmogelijkheden en andere activiteiten om vooruitgang te boeken in de richting van de LDSS-doelen, in overeenstemming met DOE's Energy Storage Grand Challenges-stappenplan.

Het doel van netto nul koolstofemissies bereiken

Doelstellingen voor langetermijnopslag in de aarde (LDSS) zijn van cruciaal belang om tegen 2035 netto nulkoolstofemissies voor het elektriciteitsnet te bereiken en voor de economie als geheel tegen 2050. Energieopslag kan de lokale controle over het elektriciteitssysteem verbeteren en veerkracht creëren voor gemeenschappen die te kampen hebben met frequente stroomuitval of heeft mogelijk geen toegang tot het net. Door technologie en productie te ontwikkelen om aan de LDSS-kostendoelstellingen te voldoen, ontstaat er ook een nieuwe productiesector voor geheugenproducten in de Verenigde Staten.

Aangezien de kosten van zonne- en windtechnologieën snel dalen, zal een toenemend aandeel variabele hernieuwbare energie in de toekomst de norm worden. Het gebruik van elektrische voertuigen versnelt de inspanningen om de transportsector koolstofvrij te maken.

De noodzaak om variabele energievoorziening mogelijk te maken terwijl de energiesector een ononderbroken output levert, is een haalbaar doel. Pogingen om hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie, windenergie en andere hernieuwbare bronnen te integreren in eindgebruikerssectoren hebben een aanzienlijk potentieel aangetoond, en het cruciale belang van elektriciteitsopslag om een ​​verregaande decarbonisatie te bereiken.

Elektriciteitsopslag op basis van snel verbeterende batterijen en andere technologieën zal een grotere systeemflexibiliteit mogelijk maken, een belangrijke troef aangezien het aandeel van variabele hernieuwbare energie blijft toenemen. Elektriciteitsopslag kan een door elektrische voertuigen gedomineerde transportsector mogelijk maken, efficiënte 24-uren-off-grid zonne-energiesystemen mogelijk maken en 100 procent hernieuwbare microgrids ondersteunen.

internationale voorspelling

In het rapport Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets analyseert het International Renewable Energy Agency (IRENA) de huidige kosten en prestaties van een reeks technologieën voor elektriciteitsopslag in stationaire toepassingen, evenals hun potentieel voor kostenverlaging en prestatieverbetering door 2030 tegen 2030. "

In het rapport werd geconcludeerd dat de totale elektriciteitsopslagcapaciteit tegen 2030 zou kunnen verdrievoudigen in termen van energie. Met de snelle acceptatie van hernieuwbare energiebronnen zou dit voldoende moeten zijn om het aandeel van hernieuwbare energiebronnen in de wereldwijde energiemix in minder dan 15 jaar te verdubbelen. Opslag van batterijvermogen kan 17-voudig worden en de kosten van technologie voor batterijopslag kunnen met maar liefst 66 procent dalen .

Dit onderzoek laat zien dat batterijopslagsystemen een enorm potentieel hebben voor inzet en kostenreductie. De totale geïnstalleerde kosten zouden tegen 2030 met 50 tot 60 procent kunnen dalen, waarbij de batterijkosten zelfs nog verder zouden dalen. Dit wordt allemaal gedreven door de optimalisatie van productiefaciliteiten, evenals een betere samenstelling en verminderd materiaalgebruik.

Technologie voor energieopslagsystemen

Energieopslagsystemen (ESS) bieden een breed scala aan technologische benaderingen voor het beheer van onze elektriciteitsvoorziening om een ​​meer veerkrachtige energie-infrastructuur te creëren en kosten te besparen voor nutsbedrijven en consumenten. De verschillende benaderingen die momenteel over de hele wereld worden toegepast, worden hieronder besproken.