Обзор систем накопления энергии (СНЭ)

Системы накопления энергии (СНЭ), также известные как системы хранения энергии, — это технологии, предназначенные для сохранения избыточной энергии в одном виде и её последующего использования в другом виде. Эти системы играют важную роль в энергетике, особенно в контексте возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, где производство энергии зависит от погодных условий.

Основные типы СНЭ

Существует несколько типов систем накопления энергии, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки:

1.Химические аккумуляторы
Это один из наиболее распространённых видов накопителей энергии. Примеры включают литий-ионные батареи, свинцово-кислотные аккумуляторы и натрий-серные батареи. Принцип работы заключается в преобразовании электрической энергии в химическую энергию через электрохимические реакции, которые происходят внутри аккумулятора. Когда аккумулятор заряжается, энергия сохраняется в виде химической энергии, а когда разряжается — эта энергия превращается обратно в электрическую.

Преимущества:
- Высокая плотность энергии.
- Относительно компактный размер.
- Возможность многократной перезарядки.

Недостатки:
- Ограниченный срок службы (обычно до нескольких тысяч циклов зарядки-разрядки).
- Потери эффективности при низких температурах.
- Риск возгорания (особенно у литий-ионных батарей).

2.Гидроаккумуляция (ГАЭС)
Гидроаккумуляционные электростанции (ГАЭС) работают по принципу перекачки воды между двумя резервуарами на разных высотах. Во время избытка электроэнергии вода перекачивается вверх, а при необходимости выработки электричества она спускается вниз, вращая турбины.

Преимущества:
- Длительный срок службы (десятилетия).
- Быстрая реакция на изменение нагрузки.
- Большая ёмкость хранения.

Недостатки:
- Требуется значительная площадь земли и высокие капитальные затраты.
- Необходимость наличия географически подходящих мест (горы, холмы).

3.Компрессорные воздушные системы (CAES)
В компрессорных воздушных системах воздух сжимают под высоким давлением и хранят в подземных полостях или баллонах. При необходимости этот сжатый воздух расширяется, приводя в движение турбину для генерации электричества.

Преимущества:
- Простота конструкции.
- Высокие возможности масштабирования.

Недостатки:
- Снижение КПД из-за тепловых потерь.
- Потребность в больших объемах хранилищ.

4.Тепловые накопители
Тепло накапливается в различных материалах (например, воде, камнях, солях) и используется позже для отопления или производства пара, который приводит в движение турбины. Например, солнечные тепловые станции часто используют теплоаккумуляторы для обеспечения круглосуточной выработки энергии.

Преимущества:
- Дешевизна материалов.
- Эффективная передача тепла.

Недостатки:
- Ограниченная возможность хранения большого количества энергии.
- Трудности с использованием для крупномасштабных проектов.

5.Кинетическая энергия (маховики)
Маховик — это массивный ротор, который аккумулирует кинетическую энергию благодаря высокой скорости вращения. Энергия высвобождается путём замедления маховика, который передаёт крутящий момент генератору.

Преимущества:
- Очень высокая скорость отклика.
- Низкий износ.

Недостатки:
- Большой вес и габариты.
- Возможные проблемы с вибрациями.

6.Электромагнитные накопители (суперконденсаторы)
Суперконденсаторы накапливают электроэнергию в форме электрического поля между электродами. Они отличаются высокой плотностью мощности и длительным сроком службы, однако имеют меньшую плотность энергии по сравнению с батареями.

Преимущества:
- Огромное количество циклов заряда/разряда.
- Быстрое время зарядки.

Недостатки:
- Меньшая удельная энергоёмкость.