Nya trender inom energilagringssystem ESS-teknik

Den världsberömda tillverkaren av industriella kontrollprodukter - C3CONTROLS i USA analyserade de nya tekniktrenderna för dagens energilagringssystem ESS i sin tekniska vitbok, följande är ett utdrag.

El i sin råform kan inte lagras i någon skala, men genom användning av ett energilagringssystem (ESS) kan den omvandlas till andra energislag som kan lagras. Dessa energiformer kan omvandlas tillbaka till elektricitet när det behövs.

Energilagringssystem erbjuder ett brett utbud av tekniska tillvägagångssätt för att hantera vår elförsörjning i ett försök att skapa en mer motståndskraftig energiinfrastruktur och spara kostnader för företag och konsumenter. Nuvarande teknik för energilagringssystem inkluderar batterier, svänghjul, tryckluft, pumpad hydrolagring och mer. Idag är alla dessa system fortfarande begränsade i den totala energi de kan lagra, men forskningen fortsätter att snabbt förbättra dessa teknologier.

Det amerikanska elnätet bygger på en känslig balans mellan elförsörjning och konsumenternas efterfrågan. Ett effektivt sätt att hjälpa till att balansera fluktuationer i tillgång och efterfrågan på el är att lagra el under perioder med hög produktion och låg efterfrågan, och sedan släppa tillbaka den till nätet under perioder med låg produktion eller hög efterfrågan.

Här diskuterar vi hur ellagring kan ge oss alla tillförlitlighet, ekonomiska och miljömässiga fördelar. Beroende på omfattningen av dess utbyggnad kan ellagring hjälpa USA:s elnät att fungera mer effektivt, minska sannolikheten för avbrott under perioder med hög efterfrågan och tillåta användningen av mer förnybara resurser. bild

Ökande efterfrågan på ellagring

Sedan upptäckten av elektricitet har många forskare och forskare letat efter effektiva sätt att lagra energi för on-demand-användning. Under de senaste 100 åren har energilagringsindustrin vuxit och förnyat sig som svar på förändrade elbehov och tekniska framsteg.

Idag använder konsumenter i USA el 24 timmar om dygnet. Oavsett om vi är vakna eller sover är vårt behov av el konstant. Amerikanska konsumenter tenderar att ta för givet hur lätt det är att få den energi vi behöver för att driva våra apparater, apparater, verktyg, maskiner, fordon och allt vi använder dag och natt.

Men den nuvarande snabba populariseringen av till exempel elfordon har satt större press på nätet och måste möta ett större effektbehov. Vidare har tekniska framsteg och tillväxt på marknaden för förnybar energi (t.ex. sol, vind, etc.) varit en viktig drivkraft för efterfrågan på energilagring med tanke på den betydande inverkan på nätet.

Energilagringsteknik

Ett centralt kännetecken för elsektorn är att nivån på el som kan produceras är fast för korta tidsperioder. Istället fluktuerar efterfrågan på el under dagen. Att utveckla teknik för att lagra elektrisk energi så att den är tillgänglig när den behövs representerar en stor förändring i hur elektricitet distribueras.

Energilagringssystem

Energilagringssystem (ESS) är utformade för att hantera de nivåer av el som behövs för att driva kunder under rusningstid när efterfrågan är störst – vilket i slutändan bidrar till att smidigare användning av förnybar energi och enklare injicera den i distributionssystemet.

ESS kommer också att hjälpa till att balansera mikronätet för att uppnå en stabil balans mellan generering och belastning. Energilagringssystemet kan ge frekvensreglering – det är viktigt att hålla hela systemets frekvens på 60 Hz. Detta upprätthåller en balans mellan nätverksbelastning och genererad effekt. Dessutom kan utbyggnaden av ESS också ge en mer tillförlitlig strömförsörjning för högteknologiska industrianläggningar. Energilagring och kraftelektronik har ett uppmuntrande löfte för omvandlingen av kraftsektorn.

Högspänningskraftelektronik

Högspänningskraftelektronik, såsom switchar, styrenheter och växelriktare, styr strömmen snabbt och exakt för att stödja överföring över långa avstånd. Dessa högspänningsenheter kommer att göra det möjligt för systemet att fungera mer effektivt och reagera effektivt på störningar snabbare. En annan stor utmaning som hanteras är att minska kostnaderna för energilagringsteknik och kraftelektronik för att påskynda acceptansen på marknaden.

DOE energilagringsprogram

Energy Storage Program (ESP) som inrättats av det amerikanska energidepartementets Office of Electricity (OE) bedriver forskning och utveckling av olika energilagringsteknologier. Denna breda teknologibas inkluderar batterier (konventionella och avancerade), elektrokemiska kondensatorer, svänghjul, kraftelektronik, styrsystem och mjukvaruverktyg för lagringsoptimering och dimensionering. ESP har ett nära samarbete med industripartners - många av dess projekt är mycket kostnadsdelade.

Energy Storage Program (ESP) erbjuder energibolag och statliga energiavdelningar möjligheten att samarbeta i design, upphandling, installation och driftsättning av stora banbrytande lagringsinstallationer upp till flera megawatt i storlek. Det stöder också analytiska studier av lagringsteknologiers tekniska och ekonomiska prestanda, samt tekniska utvärderingar av komponenter och operativsystem för energilagringssystem.

Förbättrad energilagring kan ge flera fördelar för kraftindustrin och dess privatkunder, såväl som industriella tillverkningsföretag och kommersiella företag. Dessa fördelar kommer att inkludera förbättrad kraftkvalitet och tillförlitlig leverans av kraft till kunder – och ökad stabilitet och tillförlitlighet hos transmissions- och distributionssystem.

Energy Storage Program (ESP) uppmuntrar företag att eftermontera befintlig utrustning för att skjuta upp eller eliminera kostsamma uppgraderingar – vilket förbättrar tillgängligheten och ökar marknadsvärdet på distribuerad kraft. ESP:er förser kraftverk och leverantörer med högre värde för förnybar energiproduktion och lägre kostnader genom högre kapacitet och uppskjutande av överföringsbetalningar.

ESP arbetar också med att öka energilagringstätheten genom forskning om avancerade elektrolyter för flödesbatterier, utveckling av lågtemperaturnatriumbatterier och nanostrukturerade elektroder med förbättrad elektrokemisk prestanda. Inom kraftelektronikområdet går forskningen på nya högspännings-, högeffekts-, högfrekventa och breda bandgap-material som kiselkarbid och galliumnitrid framåt. Dessutom pågår forskning om avancerade effektomvandlingssystem som använder avancerad magnetik, högspänningskondensatorer, förpackningar och avancerade kontroller för att avsevärt öka effekttätheten och prestanda.

Energiplanet

Energy Earthshots Initiative är ett annat initiativ från USA:s energidepartement för att påskynda genombrott till fler, överkomliga och pålitliga lösningar för ren energi inom ett decennium. Att uppnå Energy Earthshots-initiativet kommer att hjälpa USA att ta itu med de tuffaste hindren för att ta itu med klimatkrisen, utveckla en ren energiekonomi och gå snabbare mot nettonoll koldioxidutsläpp till 2050.

DOE – Long Term Energy Storage Earthshots

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) har satt som mål att inom ett decennium sänka kostnaderna för energilagring i nätskala för system som varar mer än 10 timmar med 90 procent. Energilagring har potential att påskynda den fullständiga avkolningen av nätet.

Lagring med kortare varaktighet installeras för närvarande för att stödja dagens nivåer av förnybar energiproduktion. Eftersom mer och mer förnybar energi används på nätet, krävs lagringstekniker med längre varaktighet. Billigare och effektivare lagring kommer att göra det mer genomförbart att fånga och lagra förnybar ren energi för användning när energiproduktionen är otillgänglig eller understiger efterfrågan.

Till exempel kan förnybar energi som solenergi som genereras under dagen användas på natten när efterfrågan ökar, eller kärnenergi som genereras under perioder med låg efterfrågan kan användas när efterfrågan ökar. LDSS kommer att överväga alla typer av teknologier – elektrokemiska, mekaniska, termiska, kemiska bärare eller vilken kombination som helst som har potential att uppfylla varaktigheten och kostnadsmålen som krävs för nätflexibilitet.

medel

Flera DOE-kontor bedriver energilagringsaktiviteter, och presidentens budgetförfrågan för 2022 inkluderar totalt 1,16 miljarder USD för dessa aktiviteter, spårat genom Energy Storage Grand Challenge-tvärsnittet. I avvaktan på bidragsfinansiering förutser DOE finansieringsmöjligheter och andra aktiviteter för att bidra till framsteg mot LDSS-målen, i enlighet med DOE:s Energy Storage Grand Challenges färdplan.

Att uppnå målet om nettonoll koldioxidutsläpp

Långsiktiga jordlagringsmål (LDSS) är nyckeln till att uppnå nettonoll koldioxidutsläpp för nätet till 2035 och för ekonomin som helhet till 2050. Energilagring kan förbättra den lokala kontrollen av kraftsystemet och skapa motståndskraft för samhällen som upplever ofta strömavbrott eller kanske inte har tillgång till nätet. Att utveckla teknik och tillverkning för att möta LDSS-kostnadsmålen kommer också att etablera en ny tillverkningssektor för minnesprodukter i USA.

Eftersom kostnaden för sol- och vindteknik sjunker snabbt kommer en ökande andel av variabel förnybar energi att bli normen i framtiden. Användningen av elfordon påskyndar ansträngningarna för att minska koldioxidutsläppen i transportsektorn.

Behovet av att tillgodose variabel energiförsörjning medan kraftsektorn ger oavbruten effekt är ett uppnåeligt mål. Ansträngningar för att integrera förnybara energikällor som sol, vind och andra förnybara resurser i slutanvändningssektorer har visat betydande potential och den avgörande betydelsen av ellagring för att uppnå djup avkolning.

Ellagring baserad på snabbt förbättrade batterier och annan teknik kommer att möjliggöra större systemflexibilitet, en nyckeltillgång eftersom andelen variabel förnybar energi fortsätter att öka. Ellagring kan möjliggöra en EV-dominerad transportsektor, möjliggöra effektiva 24-timmar utanför elnätet och stödja 100 procent förnybara mikronät.

internationell prognos

I rapporten Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets analyserar International Renewable Energy Agency (IRENA) nuvarande kostnad och prestanda för en rad ellagringstekniker i stationära applikationer, samt deras potential för kostnadsreduktion och prestandaförbättring genom 2030 till 2030."

Rapporten drog slutsatsen att den totala lagringskapaciteten för el skulle kunna tredubblas i termer av energi till 2030. Med det snabba antagandet av förnybara energikällor borde detta räcka för att fördubbla andelen förnybar energi i den globala energimixen på mindre än 15 år. Batterilagring kan 17-dubblas och kostnaden för batterilagringsteknik kan sjunka med så mycket som 66 procent .

Denna forskning visar att batterilagringssystem har en enorm potential för driftsättning och kostnadsminskning. De totala installerade kostnaderna kan sjunka med 50 procent till 60 procent till 2030, med batterikostnaderna sjunkande ännu mer. Allt detta drivs av optimering av tillverkningsanläggningar, samt bättre sammansättning och minskad materialanvändning.

Energilagringssystem Teknik

Energilagringssystem (ESS) erbjuder ett brett utbud av tekniska metoder för att hantera vår elförsörjning för att skapa en mer motståndskraftig energiinfrastruktur och spara kostnader för företag och konsumenter. De olika tillvägagångssätt som för närvarande används runt om i världen diskuteras nedan.