Nye trender for energilagringssystem ESS-teknologi

Den verdenskjente produsenten av industrielle kontrollprodukter - C3CONTROLS i USA analyserte de nye teknologitrendene til dagens energilagringssystem ESS i sin tekniske hvitbok, følgende er et utdrag.

Elektrisitet i sin råform kan ikke lagres i noen skala, men ved bruk av et energilagringssystem (ESS) kan den omdannes til andre energiformer som kan lagres. Disse energiformene kan konverteres tilbake til elektrisitet ved behov.

Energilagringssystemer tilbyr et bredt spekter av teknologiske tilnærminger for å administrere strømforsyningen vår i et forsøk på å skape en mer robust energiinfrastruktur og spare kostnader for verktøy og forbrukere. Nåværende teknologier for strømlagringssystem inkluderer batterier, svinghjul, trykkluft, pumpet hydrolagring og mer. I dag er alle disse systemene fortsatt begrenset i den totale energien de kan lagre, men forskning fortsetter å raskt forbedre disse teknologiene.

Det amerikanske strømnettet er bygget på en delikat balanse mellom strømforsyning og forbrukernes etterspørsel. En effektiv måte å bidra til å balansere svingninger i elektrisitetstilbud og etterspørsel er å lagre elektrisitet i perioder med høy produksjon og lav etterspørsel, og deretter slippe den tilbake til nettet i perioder med lav produksjon eller høy etterspørsel.

Her diskuterer vi hvordan strømlagring kan gi oss alle pålitelighet, økonomiske og miljømessige fordeler. Avhengig av omfanget av utplasseringen, kan strømlagring hjelpe det amerikanske nettet til å fungere mer effektivt, redusere sannsynligheten for strømbrudd i perioder med høy etterspørsel og tillate bruk av mer fornybare ressurser. bilde

Økende etterspørsel etter strømlagring

Siden oppdagelsen av elektrisitet har mange forskere og vitenskapsmenn lett etter effektive måter å lagre energi på for bruk etter behov. I løpet av de siste 100 årene har energilagringsindustrien vokst og innovert som svar på skiftende elektrisitetsbehov og teknologiske fremskritt.

I dag bruker forbrukere i USA strøm 24 timer i døgnet. Enten vi er våkne eller sover, er behovet vårt for strøm konstant. Amerikanske forbrukere har en tendens til å ta for gitt hvor enkelt det er å få energien vi trenger for å drive våre apparater, apparater, verktøy, maskiner, kjøretøy og alt vi bruker dag og natt.

Imidlertid har den nåværende raske populariseringen av elektriske kjøretøy, for eksempel, lagt større press på nettet og må møte større kraftbehov. Videre har teknologiske fremskritt og vekst i markedet for fornybar energi (f.eks. sol, vind, etc.) vært en viktig driver for etterspørselen etter energilagring gitt den betydelige innvirkningen på nettet.

Energilagringsteknologi

Et sentralt trekk ved elektrisitetssektoren er at nivået på elektrisitet som kan produseres er fast i korte perioder. I stedet svinger etterspørselen etter strøm gjennom dagen. Å utvikle teknologier for å lagre elektrisk energi slik at den er tilgjengelig når den trengs, representerer en stor endring i måten elektrisitet distribueres på.

Energilagringssystem

Energilagringssystemer (ESS) er utformet for å håndtere elektrisitetsnivåene som trengs for å drive kunder i rushtiden når etterspørselen er størst – noe som til syvende og sist bidrar til å jevnere bruken av fornybar energi og injisere den lettere i distribusjonssystemet.

ESS vil også bidra til å balansere mikronettet for å oppnå en stabil balanse mellom generasjon og belastning. Energilagringssystemet kan gi frekvensregulering – det er avgjørende å holde frekvensen til hele systemet på 60 Hz. Dette opprettholder en balanse mellom nettverksbelastning og generert kraft. I tillegg kan utplasseringen av ESS også gi en mer pålitelig strømforsyning for høyteknologiske industrianlegg. Energilagring og kraftelektronikk gir oppmuntrende løfter for transformasjonen av kraftsektoren.

Høyspent strømelektronikk

Høyspent kraftelektronikk, som brytere, kontrollere og omformere, kontrollerer kraften raskt og presist for å støtte overføring over lange avstander. Disse høyspenningsenhetene vil tillate systemet å operere mer effektivt og reagere effektivt på forstyrrelser raskere. En annen stor utfordring som tas opp er å redusere kostnadene for energilagringsteknologi og kraftelektronikk for å akselerere markedsaksept.

DOE energilagringsprogram

Energy Storage Program (ESP) etablert av US Department of Energy's Office of Electricity (OE) driver forskning og utvikling på ulike energilagringsteknologier. Denne brede teknologibasen inkluderer batterier (konvensjonelle og avanserte), elektrokjemiske kondensatorer, svinghjul, kraftelektronikk, kontrollsystemer og programvareverktøy for lagringsoptimalisering og dimensjonering. ESP jobber tett med industripartnere - mange av prosjektene deres er svært kostnadsdelte.

Energy Storage Program (ESP) gir verktøy og statlige energiavdelinger muligheten til å samarbeide om design, anskaffelse, installasjon og idriftsettelse av store banebrytende lagringsinstallasjoner opp til flere megawatt i størrelse. Den støtter også analytiske studier av den tekniske og økonomiske ytelsen til lagringsteknologier, samt tekniske evalueringer av energilagringssystemkomponenter og operativsystemer.

Forbedret energilagring kan gi flere fordeler for kraftindustrien og dens privatkunder, så vel som industrielle produksjonsbedrifter og kommersielle virksomheter. Disse fordelene vil inkludere forbedret kraftkvalitet og pålitelig levering av kraft til kundene – og økt stabilitet og pålitelighet av overførings- og distribusjonssystemer.

Energy Storage Program (ESP) oppfordrer verktøy til å ettermontere eksisterende utstyr for å utsette eller eliminere kostbare oppgraderinger – forbedre tilgjengeligheten og øke markedsverdien av distribuert kraft. ESP-er gir verktøy og leverandører høyere verdi fornybar energiproduksjon og lavere kostnader gjennom høyere kapasitet og utsettelse av overføringsbetalinger.

ESP jobber også med å øke energilagringstettheten gjennom forskning på avanserte elektrolytter for strømningsbatterier, utvikling av lavtemperaturnatriumbatterier og nanostrukturerte elektroder med forbedret elektrokjemisk ytelse. Innen kraftelektronikk går forskningen på nye høyspente, høyeffekts, høyfrekvente og brede båndgap materialer som silisiumkarbid og galliumnitrid frem. I tillegg pågår forskning på avanserte strømkonverteringssystemer som bruker avansert magnetikk, høyspentkondensatorer, emballasje og avanserte kontroller for å øke strømtettheten og ytelsen betydelig.

Energiplaneten

Energy Earthshots Initiative er et annet initiativ fra det amerikanske energidepartementet for å akselerere gjennombrudd til mer tallrike, rimelige og pålitelige rene energiløsninger innen et tiår. Å oppnå Energy Earthshots-initiativet vil hjelpe USA med å takle de tøffeste barrierene for å takle klimakrisen, utvikle en ren energiøkonomi og gå raskere til netto null karbonutslipp innen 2050.

DOE – Long Term Energy Storage Earthshots

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) har satt et mål om å redusere kostnadene for energilagring i nettskala for systemer som varer mer enn 10 timer med 90 prosent innen et tiår. Energilagring har potensial til å akselerere fullstendig avkarbonisering av nettet.

Lagring med kortere varighet blir for tiden installert for å støtte dagens nivåer av fornybar energiproduksjon. Ettersom mer og mer fornybar energi brukes på nettet, kreves lagringsteknologier med lengre varighet. Billigere og mer effektiv lagring vil gjøre det mer mulig å fange og lagre fornybar ren energi for bruk når energiproduksjonen er utilgjengelig eller faller under etterspørselen.

For eksempel kan fornybar energi som solenergi generert på dagtid brukes om natten når etterspørselen øker, eller kjernekraft generert i perioder med lav etterspørsel kan brukes når etterspørselen øker. LDSS vil vurdere alle typer teknologier – elektrokjemiske, mekaniske, termiske, kjemiske bærere eller en hvilken som helst kombinasjon som har potensial til å oppfylle varighets- og kostnadsmålene som kreves for nettfleksibilitet.

midler

Flere DOE-kontorer utfører energilagringsaktiviteter, og presidentens budsjettforespørsel for FY 2022 inkluderer totalt 1,16 milliarder dollar for disse aktivitetene, sporet gjennom Energy Storage Grand Challenge-tverrsnittet. I påvente av tilskuddsfinansiering forventer DOE finansieringsmuligheter og andre aktiviteter for å bidra til fremgang mot LDSS-målene, i samsvar med DOEs Energy Storage Grand Challenges veikart.

Å nå målet om netto null karbonutslipp

Langsiktige jordlagringsmål (LDSS) er nøkkelen til å oppnå netto null karbonutslipp for nettet innen 2035 og for økonomien som helhet innen 2050. Energilagring kan forbedre lokal kontroll over kraftsystemet og skape motstandskraft for lokalsamfunn som opplever hyppige strømbrudd eller kanskje ikke ha tilgang til nettet. Utvikling av teknologi og produksjon for å møte LDSS-kostnadsmålene vil også etablere en ny produksjonssektor for minneprodukter i USA.

Ettersom kostnadene for sol- og vindteknologi faller raskt, vil en økende andel variabel fornybar energi bli normen i fremtiden. Bruken av elektriske kjøretøy akselererer innsatsen for å avkarbonisere transportsektoren.

Behovet for å imøtekomme variabel energiforsyning mens kraftsektoren gir uavbrutt produksjon er et oppnåelig mål. Arbeidet med å integrere fornybare energier som sol, vind og andre fornybare ressurser i sluttbrukssektorer har vist betydelig potensiale, og den kritiske betydningen av elektrisitetslagring for å oppnå dyp dekarbonisering.

Lagring av elektrisitet basert på raskt forbedrede batterier og andre teknologier vil gi større systemfleksibilitet, en viktig ressurs ettersom andelen variabel fornybar energi fortsetter å øke. Elektrisitetslagring kan muliggjøre en EV-dominert transportsektor, muliggjøre effektive 24-timers solcellesystemer utenfor nettet og støtte 100 prosent fornybare mikronett.

internasjonal prognose

I rapporten Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets analyserer International Renewable Energy Agency (IRENA) dagens kostnad og ytelse for en rekke elektrisitetslagringsteknologier i stasjonære applikasjoner, samt deres potensiale for kostnadsreduksjon og ytelsesforbedring gjennom 2030 til 2030."

Rapporten konkluderte med at den totale lagringskapasiteten for strøm kan tredobles når det gjelder energi innen 2030. Med den raske adopsjonen av fornybar energi bør dette være nok til å doble andelen fornybar energi i den globale energimiksen på mindre enn 15 år. Batterilagring kan 17-dobles, og kostnadene for batterilagringsteknologi kan falle med så mye som 66 prosent.

Denne forskningen viser at batterilagringssystemer har et enormt potensial for utplassering og kostnadsreduksjon. Totale installerte kostnader kan falle med 50 prosent til 60 prosent innen 2030, og batterikostnadene faller enda mer. Alt dette er drevet av optimalisering av produksjonsanlegg, samt bedre sammensetning og redusert materialbruk.

Energilagringssystemteknologi

Energilagringssystemer (ESS) tilbyr et bredt spekter av teknologiske tilnærminger for å administrere strømforsyningen vår for å skape en mer robust energiinfrastruktur og spare kostnader for verktøy og forbrukere. De ulike tilnærmingene som for tiden er distribuert rundt om i verden er diskutert nedenfor.