Wyobraź sobie miasto, w którym światła pozostają jasne nawet gdy słońce zgaśnie i wiatr zgasnie, w którym fabryki nadal szumzą bez przerwy.systemy magazynowania energii w sieciAle jak dokładnie te systemy działają i jaki potencjał przekształcający mają dla naszej przyszłości energetycznej?
Przechowywanie w sieci: Zbiornik energii
Systemy magazynowania energii (ESS) działają jak zbiorniki energii elektrycznej, które przechowują energię (z energii elektrycznej lub ze źródeł odnawialnych) w okresach niskiego zapotrzebowania i uwalniają ją w razie potrzeby,rozwiązywanie różnych wymagań energetycznych w różnych przedziałach czasuESS odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu stabilności sieci i poprawie efektywności energetycznej, często wdrażane wraz z instalacjami wytwórczymi w celu zwiększenia korzyści ekonomicznych.
Różnorodne technologie magazynowania: szereg rozwiązań
Obecnie w Stanach Zjednoczonych dominują pięć podstawowych technologii magazynowania, z uwzględnieniem całkowitej mocy produkcyjnej do 2022 r.:
- Hydro pompowane:Najbardziej dojrzała technologia na dużą skalę, pompowana woda wodna wykorzystuje energię elektryczną do przenoszenia wody między zbiornikami o różnej wysokości, generując energię, gdy jest uwalniana przez turbiny.
- Pojemność akumulatora:Szybko rozwijające się systemy litowo-jonowe przechowują energię poprzez reakcje elektrochemiczne, zapewniając elastyczność i zmniejszając koszty.
- Zbiór energii słonecznej:Metoda ta przekształca światło słoneczne w ciepło, które można przechowywać, a następnie wykorzystywać do wytwarzania energii elektrycznej, rozwiązując problem przerywalności energii słonecznej.
- Powietrze sprężone:Dzięki przechowywaniu ciśnionego powietrza pod ziemią technologia ta umożliwia uwalnianie energii na dużą skalę poprzez wytwarzanie turbin.
- Włókna:Te szybkie systemy obrotowe doskonale reagują, co czyni je idealnymi do regulacji częstotliwości.
Wschodzące technologie, takie jak superkondensatory, superprzewodzące magazyny magnetyczne i systemy na bazie wodoru, pokazują obiecujący rozwój.wykorzystanie energii elektrycznej poza szczytem prądu do wytwarzania lodu dla potrzeb chłodzenia w ciągu dnia.
Wskaźniki mocy: moc i energia
Systemy magazynowania są oceniane na podstawie dwóch kluczowych pomiarów:
- Pojemność mocy:Maksymalna natychmiastowa moc wyjściowa (mierzona w W, kW, MW lub GW)
- Pojemność energii:Całkowita magazynowana/uwolniana energia (mierzona w Wh, kWh, MWh lub GWh)
Amerykańska Administracja Informacji Energetycznej (EIA) klasyfikuje systemy według mocy:
- Wielkiej skali:Pojemność ≥ 1 MW, głównie własność przedsiębiorstwa energetycznego dla usług sieciowych
- Mała skala:Pojemność < 1 MW, zazwyczaj własność użytkownika z instalacją słoneczną
Jako źródła energii wtórnej systemy magazynowania zużywają więcej energii podczas ładowania niż dostarczają podczas rozładowywania.EIA przedstawia zarówno produkcję brutto (rzeczywista produkcja), jak i produkcję netto (produkcja minus opłaty/straty operacyjne), przy czym liczby netto są zazwyczaj ujemne w celu uniknięcia podwójnego liczenia.
Krajobraz magazynów w USA (2022)
| Technologia | Wyposażenie | Moc (MW) | Energia (MWh) | Produkcja brutto (MWh) | Produkcja netto (MWh) |
|---|---|---|---|---|---|
| Wydzielane wodne | 40-152 | 22,008 | N/A | 22,459,700 | -6,033,905 |
| Przechowywanie na baterii | 403-429 | 8,842 | 11,105 | 2,913,805 | - 539,294 |
| Elektrownia słoneczna | 2-3 | 405 | N/A | N/A | N/A |
| Powietrze sprężone | 1-2 | 110 | 110 | N/A | 57 |
| Włókna | 4-5 | 47 | 17 | N/A | 0 |
Pumpy wodne pozostają dominujące pod względem mocy i mocy produkcyjnej, natomiast akumulatory wykazują szybki wzrost.
Zastosowanie i korzyści
Systemy magazynowania dostarczają wielostronnej wartości w całym ekosystemie energetycznym:
- Stabilność sieci:Szybka reakcja na wahania podaży i popytu utrzymuje częstotliwość i jakość energii
- Zarządzanie obciążeniem:Przeniesienie zużycia z okresów szczytowych do okresów poza szczytowymi zmniejsza koszty i obciążenie infrastruktury
- Integracja odnawialnych źródeł energii:Zmiana systemu wytwarzania energii ze źródeł wiatrowych i słonecznych zwiększa kompatybilność sieci
- Odroczenie infrastruktury:Opóźnianie kosztownych modernizacji sieci w obszarach o wysokim wzroście
- Moc zapasowa:Krytyczne zasilanie w czasie awarii dla przedsiębiorstw i instytucji
- Aktywacja mikro sieci:Wsparcie niezależnych lub hybrydowych systemów energetycznych
Wnioski dzielą się na dwie kategorie czasowe:
- Krótkoterminowe:Odpowiedź w skali minut dla regulacji częstotliwości
- Cykl dzienny:Przesunięcie energii w skali godzinowej do zarządzania obciążeniem
Profile wdrażania technologii
Wydzielane wodne
W Ameryce 40 pompowanych elektrowni wodnych (łącznie 22 008 MW) odpowiada głównie na zapotrzebowanie na chłodzenie w okresie letnim.z pięcioma państwami, w których znajduje się 61% krajowej mocy produkcyjnej.
Przechowywanie na baterii
Systemy akumulatorów na skalę użytkową osiągnęły 8,842 MW/11,105 MWh do 2022 r., a tylko w tym roku dodano 4,807 MW.Litowo-jonowy dominuje ze względu na wydajność i szybkość reagowania, z 207 obiektami współlokalizowanymi z odnawialnymi źródłami energii (głównie słoneczne).
Akumulatory małe
Systemy o mocy poniżej 1 MW wyniosły w 2021 r. łącznie 1 094 MW w 42 stanach, z czego 71% jest związanych z instalacjami słonecznymi.
Przechowywanie energii słonecznej
Dwie zakłady eksploatacyjne (łącznie 450 MW) wykorzystują magazynowanie roztopionej soli, prowadzone przez zakład Solana w Arizonie o mocy 280 MW.
Powietrze sprężone
Elektrownia McIntosh w Alabamie o mocy 110 MW pozostaje jedynym obiektem operacyjnym, wykorzystującym magazyn w jaskini soli z uzupełnieniem gazu ziemnego.
Włókna
Cztery systemy operacyjne (w sumie 47 MW) specjalizują się w regulacji częstotliwości, z czego w stanie Nowy Jork/Pensylwania przechowywana jest moc 40 MW.
Perspektywy na przyszłość
Przewód magazynowania wykazuje niezwykły wzrost, zwłaszcza w przypadku baterii:
- 22,255 MW nowej mocy baterii planowanej do 2026 r.
- 13,881 MW zlokalizowane wraz z projektami słonecznymi
- W Teksasie realizowany projekt sprężonego powietrza o mocy 317 MW
Wśród czynników napędzających wzrost znajdują się ekspansja odnawialnych źródeł energii, zachęty państwowe i zmieniające się struktury rynku.672 MW projektów hydraulicznych w trakcie przeglądu, z czego 47W 21 stanach na etapie wstępnego udzielenia zezwoleń.
Wraz ze spadkiem kosztów i dojrzewaniem technologii magazynowanie energii stanie się coraz częściej kamieniem węgielnym odpornych sieci zasilanych energią ze źródeł odnawialnych - umożliwiając czystsze, bezpieczniejsze i bezpieczniejsze korzystanie z energii.bardziej wydajne systemy energetyczne dla przyszłych pokoleń.
