Basert på de ulike formene for energilagring,energilagringsteknologierkan deles inn i fem kategorier: mekanisk energilagringsteknologi, elektrokjemisk energilagringsteknologi, elektrisk energilagringsteknologi, kjemisk energilagringsteknologi og termisk energilagringsteknologi.
◇Lagringsteknologi for elektrisk energi
◇Kjemisk energilagringsteknologi
Mekanisk energilagringsteknologi
Som kjent finnes ulike former for kinetisk og potensiell energi i naturen, som rennende vann, naturlig vind, tidevann og bølger; menneskelige aktiviteter genererer også mye kinetisk og potensiell energi, for eksempel bevegelige mennesker, kjøretøy, skip og væsker. Alle disse energiene, både de som genereres i naturen og de som genereres av menneskelige aktiviteter, er fornybare energikilder. Mekanisk energi er summen av kinetisk og potensiell energi, en fysisk størrelse som representerer bevegelsestilstanden og høyden til et objekt. Den kinetiske og potensielle energien til et objekt kan omdannes til hverandre; i prosessen med gjensidig konvertering mellom kinetisk og potensiell energi, forblir den totale mengden mekanisk energi konstant, det vil si at mekanisk energi bevares.
Mekanisk energilagring er en teknologi som konverterer energi til mekanisk energi for lagring og deretter konverterer den tilbake til elektrisk energi ved behov. Vanlige mekaniske energilagringsmetoder inkluderer pumpet hydrolagring, trykkluftlagring og svinghjulsenergilagring. Mekaniske energilagringsteknologier har vanligvis høy effekttetthet, rask respons og lang levetid, noe som gjør dem egnet for nettregulering og nødstrømforsyning. Lagringstiden og omfanget deres varierer avhengig av den spesifikke teknologien, fra minutter til dager, og kan møte ulike behov for energilagring.
Pumpet hydrolagring:
Pumpet vannlagring er for tiden den mest brukte-energilagringsteknologien i stor skala. Den bruker elektrisitet til å pumpe vann fra et reservoar på lavt-nivå til et reservoar på høyt-nivå, og lagrer potensiell energi. I perioder med høy etterspørsel etter elektrisitet frigjøres vannet for å generere elektrisitet gjennom turbiner. Denne metoden har en relativt høy konverteringseffektivitet (typisk 70 %–85 %), er egnet for å regulere topp-dalforskjeller i strømnettet, og tilbyr stor lagringskapasitet og stabil drift.
Pumpet hydrolagring brukes ofte til å støtte fornybar energinettintegrering, balansere tilbud og etterspørselssvingninger, og har lang lagringsvarighet og sterk reservekapasitet. Prinsippet er vist i figur 1-1.
Lagring av trykkluftenergi:
Lagring av komprimert luftenergi innebærer å komprimere luft ved hjelp av en elektrisk drevet kompressor og lagre den i underjordiske huler, tanker eller trykkbeholdere. Når elektrisitetsbehovet øker, frigjøres den lagrede trykkluften, varmes opp og brukes til å drive en turbin for å generere elektrisitet. Lagring av komprimert luft gir vanligvis stor-, lang-energilagringskapasitet, med effektiviteter som vanligvis varierer fra 50 % til 70 %. Disse effektivitetene kan forbedres ytterligere når de kombineres med varmegjenvinningsteknologier. Den er egnet for integrering med-storskala kraftverk for fornybar energi for å forbedre nettfleksibiliteten og stabiliteten.
Lagring av svinghjulsenergi:
Lagring av svinghjulsenergi bruker en motor til å drive et svinghjul med høy hastighet, og konverterer elektrisk energi til kinetisk energi for lagring. Ved behov bruker svinghjulet en generator for å konvertere den kinetiske energien tilbake til elektrisk energi. Svinghjulsenergilagringsteknologi er kjent for sin ekstremt raske responshastighet (vanligvis i millisekundersområdet) og høye sykluslevetid (opptil hundretusenvis av sykluser), noe som gjør den egnet for kort-, høy-energilagringsscenarier, som nettfrekvensregulering og avbruddsfri strømforsyning (UPS). Lagring av svinghjulsenergi har vanligvis en høy konverteringseffektivitet, og når 85–95 %, men lagringstiden er relativt kort, vanligvis brukt til å balansere kortsiktige strømsvingninger. Figur 1-2 viser skjematisk diagram av et energilagringskraftsystem for svinghjul.
Elektrokjemisk energilagringsteknologi
Elektrokjemisk energilagring er en teknologi som konverterer elektrisk energi til kjemisk energi gjennom elektrokjemiske reaksjoner, lagrer den og konverterer den tilbake til elektrisk energi når det trengs. Kjernen er lagring og frigjøring av energi gjennom lade- og utladingsprosessen til batterier. Elektrokjemisk energilagringsteknologi har fordeler som rask responshastighet, høy effektivitet, fleksibel installasjon og modulær design, noe som gjør den egnet for scenarier som fornybart energinett-tilkoblet frekvensregulering, topp-dalregulering og nødstrømforsyning. For tiden inkluderer vanlige elektrokjemiske energilagringsteknologier bly-syrebatterier, nikkel-metallhydridbatterier, litium-ionbatterier, natrium-ionbatterier og strømningsbatterier, hver med sin unike ytelse, bruksscenarier og utviklingspotensial. Med den økende andelen fornybar energi, spiller elektrokjemisk energilagring en avgjørende rolle i den globale energistrukturtransformasjonen og er en viktig garanti for å oppnå et rent,{10}}lavt karbon og trygt energisystem.
Bly-syrebatterier:
Bly-syrebatterier er en lenge-etablert og mye brukt teknologi for lagring av elektrokjemisk energi. Prinsippet deres innebærer å bruke bly og dets oksider som positive og negative elektrodematerialer, og svovelsyre vandig løsning som elektrolytt, for å lade og utlade gjennom en elektrokjemisk reaksjon. Bly-syrebatterier har fordeler som lave produksjonskostnader, moden teknologi, høy pålitelighet og sterk motstand mot overlading og over-utladning, og er mye brukt i startbatterier til biler, reservestrømforsyninger og energilagringssystemer. Bly-syrebatterier har imidlertid lav energitetthet, begrenset levetid og inneholder giftig bly, som kan forurense miljøet hvis de kastes på feil måte. Til tross for dette har bly-syrebatterier fortsatt en betydelig posisjon på visse områder, spesielt i kostnadssensitive applikasjoner. I fremtiden vil miljøvennlig resirkulering og ytelsesforbedring av bly{12}}syrebatterier være nøkkelretninger for utviklingen av denne teknologien.
Nikkel-Metal Hydride (NiMH)-batterier:
NiMH-batterier er en elektrokjemisk energilagringsteknologi som bruker nikkelhydroksid som positiv elektrode og nikkelhydrid som negativ elektrode. De tilbyr fordeler som høy energitetthet, miljøvennlighet og lang levetid. Sammenlignet med tradisjonelle batterier har ikke NiMH-batterier de kjemiske farene forbundet med kadmium og molybden, noe som gjør dem mer miljøvennlige. Derfor er de mye brukt i elektroverktøy, hybridbiler og bærbare elektroniske enheter. De har også høy ladnings-utladningseffektivitet og kan fungere stabilt i ulike miljøer. Et viktig kjennetegn ved nikkelbatterier er deres sterke overlading og over-utladningstoleranse, noe som gjør dem utmerket i applikasjoner som krever hyppig lading og utlading. Selv om økningen av litium-ion-batterier de siste årene har ført til en nedgang i markedsandelen til NiMH-batterier, opprettholder de fortsatt en plass i spesifikke bruksområder.
Litium-ion-batterier:
Litium-ionbatterier er en elektrokjemisk energilagringsteknologi som oppnår lading og utlading gjennom innsetting og ekstraksjon av litiumioner mellom de positive og negative elektrodene. Litiums lette vekt og høye energitetthet har ført til utbredt bruk av litium-ionbatterier i bærbare elektroniske enheter, elektriske kjøretøy og fornybar energilagring. Litium-ion-batterier gir fordeler som lang levetid og ingen minneeffekt, men de har også visse sikkerhetsproblemer, for eksempel termisk løping forårsaket av overlading og over-utlading. Med teknologiske fremskritt har sikkerheten og den elektrokjemiske ytelsen til litium-ionbatterier kontinuerlig forbedret seg, mens kostnadene har gått ned, noe som gjør dem til et av de mest brukte energilagringsbatteriene på markedet i dag. I fremtiden forventes utviklingen av teknologier som fast-elektrolytter og silisium{10}baserte anoder å ytterligere forbedre den elektrokjemiske ytelsen og sikkerheten til litium{11}}ionbatterier.
Natrium-ion-batterier:
Natrium-ionbatterier er en ny elektrokjemisk energilagringsteknologi i rask utvikling de siste årene. Arbeidsprinsippet deres ligner på litium-ion-batterier, der litiumioner interkalerer og deinterkalerer mellom de positive og negative elektrodene for lading og utlading. Fordelene med natrium-ion-batterier ligger i overflod og lave kostnader av natriumressurser, og deres uavhengighet fra litiumressursbegrensninger, noe som gjør dem spesielt egnet for stor-energilagringsapplikasjoner. Selv om energitettheten deres er lavere enn for litium-ion-batterier, viser natrium-ion-batterier god ytelse når det gjelder syklusstabilitet, lav-temperaturytelse og sikkerhet, noe som gir gode løfter for fremtidig utvikling. Foreløpig fokuserer forskning på natrium-ionbatterier på å forbedre energitettheten, forlenge levetiden og redusere produksjonskostnadene. Med kontinuerlige teknologiske fremskritt forventes natrium-ionbatterier å bli en av de viktige løsningene for stor{14}}energilagring i fremtiden.
Strømningsbatteri:
Strømningsbatterier er en elektrokjemisk energilagringsteknologi der elektrolytten lagres i en ekstern tank. Prinsippet deres innebærer lagring og frigjøring av energi gjennom elektrokjemiske reaksjoner mellom to forskjellige elektrolytter i batteriet. Et betydelig kjennetegn ved strømningsbatterier er deres uavhengig justerbare energi og effekt; lagringskapasiteten kan utvides ved å øke mengden elektrolytt som lagres, noe som gjør dem spesielt egnet for stor-, langsiktig-energilagringsapplikasjoner. Vanlige typer strømningsbatterier inkluderer vanadium redoks strømningsbatterier og sink/brom strømningsbatterier. Flow-batterier tilbyr lang levetid, god sikkerhet og miljøvennlighet, men den første investeringen er høy, og batterisystemet er komplekst. Med teknologiske fremskritt vokser potensialet til strømningsbatterier i stor-energilagring gradvis frem, spesielt i fornybar energinettintegrering og nettreguleringsapplikasjoner.