Was ist die Energiespeichertechnologie im Smart Grid?

Energiespeichertechnologie in vielen Bereichen, einschließlich Energiesystem, hat eine breite Palette von Anwendungen, im Rahmen der Umstrukturierung der Energiewirtschaft in der Welt in den letzten Jahren für eine Vielzahl von Energiespeichertechnologien bringt neue Möglichkeiten für die Entwicklung, mit denen diese Technologien besser realisieren können Energiemanagement von Stromversorgungssystemen, insbesondere im Bereich der erneuerbaren Energien und der dezentralen Erzeugung, dieser Effekt ist besonders offensichtlich, in den traditionellen Stromerzeugungs- und Übertragungs- und Verteilungsnetzen kann die neue Technologie auch verwendet werden. Nach einer kurzen Einführung in die Grundprinzipien verschiedener Energiespeichertechnologien und deren Entwicklungsstand.

1 Pumpspeicher

Pumpspeicherkraftwerke im Upstream- oder Downstream-Bereich müssen mit zwei Reservoirs ausgestattet sein. In der Nebenlastpumpe pumpt das Pumpen von Energiespeichern, die im Motorzustand arbeiten, Wasser zum nachgeschalteten Reservoir, um die Erhaltung des vorgeschalteten Reservoirs zu gewährleisten. In Zeiten der Spitzenlast werden die Pumpenergiespeicher im Zustand des Generators im Wasser im vorgelagerten Speicher gespeichert, um Strom zu erzeugen. Einige Wasserkraftwerke mit hohem Staudamm verfügen über die Wasserspeicherkapazität und können für die Verteilung von Pumpspeicherkraftwerken mit elektrischem Strom verwendet werden. Die Nutzung der Mine oder eines anderen unterirdischen Pumpen-Energiespeichers in der Höhle ist technisch machbar, manchmal kann sie auch als nachgeschalteter Stausee genutzt werden, Ozean im Jahr 1999 bauten die Japaner die erste Nutzung des Meerwasser-Pumpspeicherkraftwerks.

Pumpenspeicher bereits in den 1890er Jahren in Italien und der Schweiz angewendet wurde, 1933 können die reversiblen Einheiten (einschließlich Pumpenturbine und elektrischer Generator), eine Geschwindigkeit eingestellt werden, um die Effizienz der Energieeinheit zu verbessern. Pumpspeicherkraftwerk kann in jedem Kapazitätsaufbau sein, die Freisetzung der gespeicherten Energiezeit kann von einigen Stunden bis zu einigen Tagen betragen, sein Wirkungsgrad liegt zwischen 70% und 85%.

Das Pumpen von Energiespeichern wird am häufigsten in Stromversorgungssystemen einer Art Energiespeichertechnologie verwendet. Die Hauptanwendungsbereiche umfassen Energiemanagement, Frequenzsteuerung und Bereitstellung der freien Kapazität des Systems. Derzeit sind weltweit mehr als 90 GW Pumpspeichereinheiten in Betrieb, was etwa 3% der weltweit installierten Gesamtkapazität entspricht. Die Grenze des Pumpspeicherkraftwerks wird häufiger verwendet. Ein wichtiger Einschränkungsfaktor ist eine lange Bauzeit und große technische Investitionen.

2 erweiterte Speicherung der Batterie Energiespeicher

Es wird geschätzt, dass die weltweite Marktnachfrage nach Speicherbatterien etwa 15 Milliarden US-Dollar pro Jahr in Bezug auf industriebatterien beträgt, wie z. B.: Verwendung in USV, Regulierung der Stromqualität, Ersatzbatterien usw., das Marktvolumen von bis zu 5 Milliarden US-Dollar . In den USA, Europa und Asien soll ein Unternehmen zur Herstellung von Energiespeicher-Stromversorgungssystemen mit hochleistungsbatterie gegründet werden. In den letzten 12 bis 18 Monaten wurde die bestehende Produktionskapazität der 300-MW-Batterieproduktionslinie pro Jahr in Betrieb genommen.

Blei-Säure-Batterien sind die älteste und ausgereifteste Batterietechnologie. Es handelt sich um eine kostengünstige generische Energiespeichertechnologie, die zur Regelung der Stromqualität und für USV usw. verwendet werden kann. Da die Batterielebensdauer jedoch kurz ist, wird ihre Anwendung im Bereich des Energiemanagements eingeschränkt. Die ZnBr-Batterie, die in den frühen 1970er Jahren von Exxon nach Jahren der Forschung und Entwicklung entwickelt wurde, hat eine große Kapazität von einem kWh ZnBr-Batterie-Energiespeichersystem aufgebaut und durch den Test einen Nettowirkungsgrad von 75%. In den frühen 1980er Jahren an der Universität von New South Wales, Australien führend in, j der VRB-Batterie, derzeit in Japan hat eine 500 KW / 5 MW installiert? H VRB-Energiespeichersystem, der Nettowirkungsgrad beträgt bis zu 85%.

In den letzten Jahren wurden nacheinander alle Arten neuer Batterietypen entwickelt und im Stromversorgungssystem eingesetzt. Die britische REGENE sys Technologies verwendet eine PSB-Batterie, um 15 MW / 120 MW zu bauen. H Energiespeicherkraftwerk, der Nettowirkungsgrad von ca. 75% .NaS Batterie hat einen hohen Energiespeicherwirkungsgrad (ca. 89%), gleichzeitig hat auch die Fähigkeit der Ausgangsimpulsleistung, die Ausgangsimpulsleistung kann eine kontinuierliche Nennleistung erreichen Werte in den 30 s sechsmal, diese Funktion macht die NaS-Batterien gleichzeitig verwendet werden können, um die Stromqualitätsregelung und Lastregelung zu zwei Zwecken zu erreichen, um den wirtschaftlichen Nutzen der gesamten Ausrüstung zu verbessern. In Japan hat die Einführung von NaS-Batterietechnologie-Demonstrationsprojekten für Energiespeicher mehr als 30, die Gesamtspeicherkapazität von mehr als 20 MW, kann für 8 Stunden tägliche Spitzenlastbelastung im Tal genutzt werden.

Im Vergleich zu anderen Batterien sind Lithium-Ionen-Batterien der Hauptvorteil die hohe Energiespeicherdichte

(300 ~ 400 KW? H / m3, 130 KW? H / t), Energiespeichereffizienz (fast 100%) und lange Lebensdauer (jede Entladung 3000-mal in weniger als 80% des Energiespeichers wiederaufladbar) die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien für eine schnelle Entwicklung. Aber obwohl in wenigen Jahren die Lithiumbatterie bereits eine kleine mobile Stromversorgung 50% des Marktes hat, Produktion von Lithium-Ionen-Batterie mit großer Kapazität gibt es noch einige herausfordernde Arbeiten zu erledigen, das Haupthindernis liegt in ihren hohen Kosten, das ist hauptsächlich, weil es eine spezielle Verpackung benötigt und mit der notwendigen internen Überladeschutzschaltung ausgestattet ist.

Von allen Batterien und der Metall - Luftzelle ist die kompakteste Struktur und es wird erwartet, dass sie die niedrigsten Kosten der Batterie verursacht. Die Batterie ist eine Art harmlos für die Umwelt. Der Hauptnachteil besteht darin, dass das Laden des akkus sehr schwierig und mit geringem Wirkungsgrad ist.

3 der Schwungrad-Energiespeicher

Die meisten modernen Schwungrad-Energiespeichersysteme werden von einer zylindrischen rotierenden Masse geleitet und bestehen aus tragenden Trägerlagerorganisationen. Um den Zweck der Verwendung von Reibungsverlusten durch Magnetschwebelager zu beseitigen, soll die Lebensdauer des Systems verbessert werden. Um eine ausreichend hohe Energiespeichereffizienz zu gewährleisten, sollte das Schwungradsystem in einer Hochvakuumumgebung betrieben werden, um den Windwiderstandsverlust zu verringern. Das Schwungrad ist über irgendeine Form von leistungselektronischen Geräten mit einem Motor oder Generator verbunden, um die Drehzahl des Schwungrads, den Leistungsaustausch zwischen Energiespeichern und dem Stromnetz einzustellen.

Ein herausragender Vorteil der Schwungrad-Energiespeicherung besteht darin, dass fast keine Wartung und lange Lebensdauer des Energiefreisetzungsprozesses der Ausrüstung (20 Jahre oder Zehntausende Male Tiefenladung) erforderlich ist und keine nachteiligen Auswirkungen auf die Umwelt auftreten. Das Recycling des Schwungrads hat eine gute Nachführleistung und Last, es kann für diejenigen in Bezug auf Zeit und Kapazität zwischen kurzfristiger Energiespeicheranwendung und Speicherung für eine lange Zeit verwendet werden.

Kann bei der Realisierung der Schwungrad-Energiespeicher verwendet werden, massives Stahlschwungrad, kann auch Verbundschwungrad verwenden, spezifisch, was Schwungrad benötigt wirtschaftlichen und technischen Vergleich, die Systemkosten, Gewicht, Größe und Materialleistungsindikatoren wie ein Kompromiss. Bei Verwendung von Stahlmaterial hoher Dichte kann seine Kantenlineargeschwindigkeit 200 bis 200 m / s erreichen, und unter Verwendung des leichteren Gewichts und der höheren Festigkeit des Verbundmaterials kann seine Kantenlineargeschwindigkeit 600 bis 1000 m / s erreichen. Die tatsächliche Ausgangsenergie des Schwungrads hängt vom Drehzahlbereich ab. Bei Nennleistung kann es nicht zu einer sehr niedrigen Drehzahl kommen.

Derzeit hat das Hochleistungs-Schwungrad-Energiespeichersystem entwickelt und auf den Bereich der Luftfahrt und USV angewendet. Beacon Power als führendes Niveau des Forschungsinstituts setzt sich für die optimale Auslegung des Schwungrad-Energiespeichers ein, um ihn für den langen Prozess von Energiespeicherdiensten (bis zu mehreren Stunden) zu nutzen und die Kosten zu senken. Es gibt 2 KW / 6 KW? H des Schwungrad-Energiespeichersystems in Kommunikationsgeräten verwendet, Stromversorgung nimmt Schwungrad kann die Ausgangsleistung von Megawatt realisieren, dauert einige Minuten oder mehrere Stunden Energiespeicher.

4 supraleitender magnetischer Energiespeicher

Die Supraleitung wurde zwar bereits 1911 entdeckt, aber bis in die 1970er Jahre hat nur jemand zum ersten Mal den supraleitenden magnetischen Energiespeicher als Energiespeichertechnologie im Stromversorgungssystem vorgestellt. Supraleitender magnetischer Energiespeicher aufgrund der schnellen elektromagnetischen Reaktionseigenschaften und der hohen Effizienz des Energiespeichers (Lade- / Entladeeffizienz von mehr als 95%) erregte bald die Aufmerksamkeit der Energiewirtschaft und des Militärs. KMU bei der Anwendung von Stromversorgungssystemen umfassen: Lastausgleich, dynamische Stabilität, Übergangsstabilität, Spannungsstabilität, Frequenzanpassung und Übertragungskapazität sowie Verbesserung der Stromqualität usw.

Die SMES-Einheit besteht aus einer supraleitenden Spule in einer Umgebung mit niedriger Temperatur. Die niedrige Temperatur wird durch die Aufnahme von Behältern mit flüssigem Stickstoff oder flüssigem Helium aus kryogenen Geräten bereitgestellt. Das Leistungsänderungs- / Einstellsystem wird an ein Wechselstromnetz angeschlossen und kann je nach Bedarf des Stromversorgungssystems Energiespeicherspulen laden und entladen. Normalerweise werden zwei Arten von Stromspeichersystem-Speicherspulen verwendet, die an das Wechselstromnetz angeschlossen sind. Eine Art Typ ist ein Stromquellenwandler. Ein anderer Typ ist ein Spannungsquellenwechselrichter.

Im Vergleich zu anderen Energiespeichertechnologien ist das SMES neben den Kosten des Supraleiters selbst immer noch teuer, um die Kosten für niedrige Temperaturen aufrechtzuerhalten. Wenn die SMES-Spule jedoch mit der vorhandenen Kombination aus flexibler Wechselstromübertragungseinheit kombiniert wird, ist dies ebenfalls beträchtlich (FACTS) können die Kosten für die Konvertereinheit senken, wobei dieser Teil der Kosten den Löwenanteil der Kosten für KMU ausmacht. Die vorhandenen Forschungsergebnisse zeigen, dass die Anwendung von Übertragung und Verteilung, des Mikro- (<0,1 MWH) und des mittleren (0,1 bis 100 MWH) KMU-Systems wirtschaftlicher sein kann. Die Verwendung von Hochtemperatursupraleitern kann das Energiespeichersystem für Niedertemperatur- und Kühlbedingungen fallen lassen, wodurch die Kosten für KMU weiter gesenkt werden. Bei vielen KMU weltweit befindet sich das Engineering derzeit in oder in der Entwicklungsphase.

5 Superkondensator-Energiespeicher

Der Kondensator ist ein im Stromversorgungssystem weit verbreitetes Gerät. Superkondensatoren haben im Vergleich zu herkömmlichen Kondensatoren eine höhere Dielektrizitätskonstante, eine größere Oberfläche oder eine höhere Kompressionskapazität. Keramik zum Beispiel hat der Superkondensator ein ziemlich hohes Druckniveau (ca. 1 kV) und eine hohe Durchschlagfestigkeit, was sie zu guten Kandidaten für zukünftige Energiespeicheranwendungen macht.

Gegenwärtig werden Superkondensatoren für Spitzenleistung und geringe Kapazität des Anlasses verwendet. Da der Kondensator in einem Zustand schwebender Ladung länger als ein Jahrzehnt normal arbeiten kann, kann er in einem Spannungsabfall sein und das Niveau der Stromversorgung während der vorübergehenden Störung erhöhen. Die Installation von Superkondensatoren ist einfach, hat ein geringes Volumen und kann in verschiedenen Umgebungen (heiß, kalt und nass) ausgeführt werden. Sie ist jetzt für die Anwendung von Business Services mit geringem Stromverbrauch verfügbar.

6 Druckluftspeicher

Druckluftenergiespeicher sind nicht so einfach wie Energiespeichersysteme für Energiespeicher. Sie sind eine Art Spitzenrasur bei Gasturbinenkraftwerken. Bei gleicher Leistung verbrauchten sie 40% weniger Gas als herkömmliche Gasturbinen. Dies liegt daran, dass, wenn die konventionelle Stromerzeugung aus Gasturbinen etwa zwei Drittel des Kraftstoffverbrauchs für die Luftkompression ausmacht, während CAES verfügbare billige Stromnetzlast im Voraus eine niedrige Druckluft ist und dann entsprechend der Notwendigkeit, die gespeicherte Energie freizusetzen plus etwas Gas zur Stromerzeugung. Druckluft wird häufig in einem geeigneten Untergrund oder unter der Lavahöhle gespeichert. Durch die Lava wurde benötigt, um eine solche Höhle etwa anderthalb bis zwei Jahre zu bauen.

Die erste kommerzielle Inbetriebnahme für CAES wird 1978 in Deutschland in Hundorf mit 290 MW gebaut. Die Vereinigten Staaten bauten 1991 in Alabama McIntosh das zweite kommerzielle CAES mit einer Leistung von 110 MW und einer Bauzeit von 30 Monaten zu einem Preis von 65 Millionen US-Dollar, die innerhalb von 14 Minuten miteinander verbunden werden sollten. Das dritte CAES im kommerziellen Betrieb ist derzeit das CAES mit der weltweit größten Kapazität, das im Bundesstaat Ohio, Norton, gebaut werden soll. Die gesamte Anlage hat eine installierte Leistung von 2700 MW, insgesamt 9 Einheiten. Druckluft wird in einem vorhandenen 2200 Fuß tiefen unterirdischen Kalkstein gespeichert Bergwerk.

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