RP-Energie-Lexikon - Sklad na elektrickú energiu, superkondenzátor, batérie, obnoviteľné zdroje

Definícia: Systémy, ktoré absorbujú elektrickú energiu a môžu ju neskôr znova uvoľniť

energiu

Anglicky: storage of energy energy

Originálna tvorba: 24.11.2012; posledná zmena: 14.03.2020

Skladovaním elektrickej energie sa všeobecne rozumejú systémy alebo zariadenia, ktoré môžu absorbovať elektrickú energiu a potom ju neskôr znova uvoľniť - v niektorých prípadoch aj zariadenia, ktorým bola energia dodaná v inej forme (napr. Ako chemická energia) a ktoré sú potom elektrickou energiou. Môže vydávať energiu.

Rôznym aspektom, ktoré sú relevantné aj pre iné typy skladovania energie, sa venujeme v článku o skladovaní energie.

Druhy akumulácie elektrickej energie

Kondenzátory

Priame ukladanie elektrickej energie - bez premeny na iné formy energie - je možné pomocou kondenzátorov. Tieto akumulujú elektrický náboj, ktorý je úmerný použitému elektrickému napätiu. Napájanie ďalšieho elektrického náboja musí prebiehať proti tomuto napätiu, takže vyžaduje energiu a toto napätie ďalej zvyšuje. Napätie nesmie byť príliš vysoké, pretože inak by mohlo dôjsť k zničeniu elektrického prerušenia.

Straty v akumulácii energie v kondenzátoroch sú veľmi malé a nabíjanie a vybíjanie môže prebiehať veľmi rýchlo, to znamená pri vysokej hustote výkonu. Hustota energie je však nízka, a preto je možné pomocou kondenzátorov akumulovať iba relatívne malé množstvo energie. To platí dokonca aj pre takzvané superkondenzátory s obzvlášť vysokou kapacitou.

Ďalšou nevýhodou je, že elektrické napätie sa musí počas nabíjania a vybíjania veľmi často meniť - oveľa viac ako pri batériách.

Magnetické úložisko

Cievka, cez ktorú preteká prúd, generuje magnetické pole, ktoré tiež uchováva energiu. Existujú zariadenia so supravodivým magnetom, ktoré sú optimalizované na ukladanie energie, kde prúd môže prúdiť bez odporu, a preto nedochádza k stratám energie počas držania náboja (okrem chladiacich zariadení a podobne). Aj pri nabíjaní a vybíjaní sa zvyčajne stratí veľmi málo energie. Táto technológia je však zložitá a hustota energie je relatívne nízka, zatiaľ čo hustota výkonu môže byť relatívne vysoká. Zatiaľ nie sú k dispozícii žiadne praktické aplikácie pre túto technológiu.

Batérie

Energia sa v elektrochemickej forme ukladá v akumulátoroch (nabíjateľné batérie). Pretože procesy, ktoré prebiehajú počas nabíjania, sú do značnej miery reverzibilné (reverzibilné), je energetická strata, ktorá nastáva, pomerne malá - často iba pár percent. Sila samovybíjania veľmi závisí od typu batérie, je však zvyčajne mierna. Energetická hustota je oveľa vyššia ako hustota všetkých kondenzátorov, v porovnaní s palivami je však veľmi nízka. Preto je z. B. ťažko konštruovateľné elektrické automobily na batériu s veľkým dojazdom.

Akumulátory sa tiež príležitostne používajú na skladovanie solárnej energie, aj keď ich náklady sú pre túto aplikáciu príliš vysoké.

Veľké systémy je možné navrhnúť ako takzvané redoxné batérie, ktoré sú však stále vo fáze vývoja. Tu sa kvapalina nabitá energiou externe uskladňuje v nádrži. (Pre rôzne kvapaliny sú často potrebné dve nádrže.) To umožňuje vysokú skladovaciu kapacitu bez toho, aby elektrochemická zložka musela byť veľmi veľká. Človek teda dosiahne hlavnú výhodu skladovania chemickej energie.

Batérie nie sú vhodné na dlhodobé skladovanie. Nie je to kvôli samovybíjaniu, ktoré je pri niektorých typoch batérií veľmi slabé, ale kvôli nákladom a obmedzenej životnosti. Ak je batéria z. B. boli nabíjané a vybíjané iba niekoľkokrát ročne, počas životnosti by sa dosiahlo len veľmi málo nabíjacích cyklov a náklady na nabíjací cyklus by boli extrémne vysoké.

Akumulátor zotrvačníka

Pri nabíjaní zariadenia na ukladanie zotrvačníka sa zotrvačník nastavuje pomocou elektrického motora do rýchlej rotácie. Pri vybíjaní sa rovnaký elektrický stroj zvyčajne používa ako generátor na výrobu elektriny. Takéto skladovacie jednotky sú krátkodobé skladovacie jednotky s vysokým výkonom, ale obmedzenou hustotou energie. Môžete si napríklad uložiť energiu na jazdu elektrobusom z jednej zastávky na druhú. K opätovnému nabitiu dôjde počas krátkej zastávky na autobusových zastávkach dodaním vysokej elektrickej energie.

Prečerpávacie elektrárne

Oveľa väčšie množstvo energie je možné uložiť do prečerpávacieho zásobníka. Tu sa voda čerpá do nádrže vo vysokej nadmorskej výške a môže neskôr poháňať turbíny, aby znovu generovali elektrickú energiu. Množstvo energie, ktoré je možné uložiť, závisí od súčinu objemu nádrže a výšky pádu. Straty energie počas cyklu nabíjania/vybíjania sú zvyčajne okolo 15 až 25%. Výkon počas nabíjania a vybíjania môže byť veľmi vysoký (stovky megawattov, niekedy dokonca cez 1 GW).

Prečerpávacie elektrárne tvoria prevažnú väčšinu úložných kapacít inštalovaných po celom svete.

Nepriame skladovanie v elektrárňach na uskladnenie vody

Elektrárne na akumuláciu vody bez možnosti prečerpávania je možné využiť prinajmenšom na nepriame uskladnenie prebytočnej energie. To znamená, že ich produkcia sa zníži alebo zastaví, pokiaľ z. B. je k dispozícii dostatok elektriny z veternej energie. To šetrí prívod vody a môže ju využívať rozsiahlejšie inokedy, keď nefúka vietor, ako by to bolo inak (bez veterných turbín).

Metóda nepriameho skladovania má nielen tú výhodu, že od čerpadiel je možné upustiť vo vodných elektrárňach, ale tiež zabráni energetickým stratám pri prečerpávaní. Je to dostatočné na rekuperáciu prebytočnej veternej energie, pokiaľ je veterný výkon nižší ako dopyt po elektrine. Skladovanie čerpadla sa stáva zaujímavým až pri vyššej inštalovanej veternej energii. Samotné nepriame skladovanie však nie je možné, podobne ako pri prečerpávaní, využiť kapacitu vody viackrát do roka - čo môže byť dôležité v prípade obmedzených skladovacích kapacít.

Elektrárne na stlačený vzduch

Elektrárne na stlačený vzduch využívajú veľkú podzemnú dutinu, ktorá je pri nabíjaní pomocou kompresorov naplnená stlačeným vzduchom. Pri vykladaní môže tento stlačený vzduch znova poháňať turbíny (alebo v menších systémoch plynový expanzný motor). Veci sa komplikujú tým, že vzduch sa pri stlačení zahrieva a pri relaxácii opäť ochladzuje. V ideálnom prípade sa dosiahne takmer adiabatická prevádzka, pri ktorej sa teplo akumuluje počas nabíjania a pri uvoľnení sa vracia do vzduchu. Inak sa často realizuje kombinácia s elektrárňou s plynovou turbínou, ktorá spotrebuje zemný plyn, ale kvôli energii dodávanej stlačeným vzduchom vo výrazne menších množstvách ako elektráreň na čistý plyn.

Na pokrytie požiadaviek na špičkové zaťaženie sa na niektorých miestach používajú zásobníky stlačeného vzduchu. Ich energetická účinnosť je výrazne nižšia ako energetická účinnosť prečerpávacích elektrární, ale je dosiahnuteľnejšia ako účinnosť v rovinatom teréne.

vodík

V elektrolyzéri sa môže vodík vyrábať pomocou elektrickej energie, ktorá sa potom ukladá v nádržiach. Neskôr sa elektrická energia môže získať späť pomocou palivového článku. Na rozdiel od prečerpávacích elektrární alebo elektrární na stlačený vzduch možno také vodíkové zásobníky realizovať prakticky na akomkoľvek mieste. Sú však oveľa nákladnejšie a majú vyššie energetické straty.

Je tiež mysliteľné použiť vyrobený vodík na iné účely, napr. B. privádza sa do plynovej siete (ak je to potrebné po metanácii). Tento prístup je známy ako sila na plyn. Všeobecnejšie sa hovorí o Power to X, z. B. tiež zahŕňa energiu do kvapaliny. Vodík často hrá hlavnú úlohu pri výrobe napr. B. syntetických palív.

Dopyt po skladovaní elektrickej energie v elektrickej sieti

V energetických sieťach môžu zariadenia na ukladanie elektrickej energie vykonávať veľmi užitočné funkcie. Môžu predovšetkým prekonať potrebu generovať v elektrárňach toľko energie, koľko je v danom okamihu potrebné: môžu absorbovať prebytky a neskôr ich v prípade úzkych miest opäť uvoľniť. To zvyšuje nielen bezpečnosť dodávok, ale umožňuje to aj nákladovo efektívnejšiu výrobu elektriny a použitie širšej škály technológií elektrární.

Konštrukcia a prevádzka systémov na skladovanie energie si samozrejme vyžaduje určité úsilie a takisto dochádza k stratám energie. Je preto dôležité zvážiť, či iné možnosti nie sú priaznivejšie:

  • Môžu sa použiť flexibilnejšie elektrárne, ktoré sa dajú dobre prispôsobiť dopytu - aj keď môžu mať za následok vyššie náklady na palivo.
  • Môže dôjsť k sofistikovanejšej správe záťaže, aby bolo možné dopyt včas upraviť podľa možností príslušnej generácie.
  • Energetické siete je možné rozširovať, aby sa mohla elektrická energia vymieňať na väčšie vzdialenosti s malými stratami. Vo väčšine prípadov je toto riešenie oveľa nákladovo efektívnejšie ako implementácia ďalších zariadení na ukladanie energie.
  • Ak sa to nestane príliš často, nadmerný výkon môže zostať nevyužitý.

V praxi je dôležité určiť typ a rozsah použitých systémov na skladovanie energie a použitých elektrární takým spôsobom, aby sa celkovo dosiahlo optimum - s prihliadnutím na mnoho aspektov, ako sú investičné a prevádzkové náklady, energetická účinnosť, znečistenie životného prostredia a bezpečnosť dodávok. Toto je veľmi zložitá optimalizácia. V závislosti od dostupných technológií, umiestnení a typov elektrární môže mať zmysel využívať úložné technológie vo väčšej alebo menšej miere. Nie je teda daná potreba skladovania, ale je potrebné určiť optimum pre stupeň využitia skladovania.

V dôsledku energetického prechodu bude v Nemecku zo strednodobého až dlhodobého hľadiska väčšia potreba systémov na skladovanie elektrickej energie, pretože čoraz väčší podiel elektrickej energie bude pokrytý premenlivými zdrojmi, ako sú veterná energia a slnečná energia. V každom prípade by v tejto súvislosti boli veľmi vítané nové výkonné technológie ukladania dát. Zatiaľ však nie je jasné, do akej miery by sa takýto vývoj mohol alebo mal nahradiť alternatívnymi opatreniami (pozri vyššie). Najmä by mohlo byť nákladovo efektívnejšie zriadiť európsku supersieť (dodatočná vysoko výkonná elektrická sieť s vysokonapäťovým prenosom jednosmerného prúdu), aby bolo možné prepojiť existujúce zásobníky a veľa rôznych výrobcov obnoviteľnej energie. Pretože z. Napríklad, ak by sa veterné turbíny a fotovoltaické systémy mohli čoraz častejšie prevádzkovať na lacnejších miestach, znížili by sa aj náklady na výrobu elektriny. Naproti tomu decentralizované systémy na skladovanie solárnej energie by viedli k obrovským dodatočným nákladom.

Napriek zvyšujúcemu sa podielu kolísavého napájania do elektrickej siete sa v posledných rokoch napríklad ziskovosť prečerpávacích elektrární vyvíjala negatívne. Kolísanie cien elektriny na burze, na ktorej nakoniec žijú prevádzkovatelia systémov na skladovanie energie, sa skutočne znížilo. Je to čiastočne spôsobené tým, že prinajmenšom za dobrého počasia silná dodávka fotovoltaickej elektriny pokrýva veľkú časť poludňajšieho maxima spotreby. Pravidelná úloha pre tieto úložné systémy, ktorá významne prispela k ich ziskovosti, sa tak významne znížila. S ďalšou expanziou fotovoltaiky sa však tento vývoj pravdepodobne otočí: Ak sa v čase obeda privedie podstatne viac, ako je potrebné na pokrytie špičiek spotreby, prečerpávacie zásobníky a iné úložné systémy by mohli prebytok absorbovať a napríklad večer uvoľniť.

Skladovanie na akej úrovni?

Skladovacie systémy na vyrovnávanie výroby a dopytu sa dajú v zásade inštalovať na rôznych úrovniach: v prenosovej sieti, v miestnych distribučných sieťach, v extrémnych prípadoch dokonca aj v jednotlivých domoch, napríklad ako doplnok k fotovoltaickému systému. Úložisko na najvyššej úrovni ako v prenosových sieťach má dve dôležité výhody:

  • Pretože majú veľmi vysoké skladovacie kapacity, náklady na uskladnenú kilowatthodinu sú oveľa nižšie ako pri malých skladovacích systémoch - už len preto, že je možné použiť iné technológie v takom rozsahu (napr. Prečerpávacie elektrárne namiesto akumulátorov), ale aj z dôvodu poklesu nákladov.
  • Rovnováha medzi výrobou a dopytom je tiež najlepšia možná na tejto úrovni, pretože je známy iba skutočný dopyt. Bolo by to energeticky efektívne z. B. nemá zmysel prevádzať aktuálny prebytok fotovoltaického systému na solárny zásobník v čase obeda, ak je súčasne na tej istej ulici vysoká potreba elektrickej energie pre sporáky.

Náklady na skladovanie

S používaním úložiska súvisí niekoľko druhov nákladov:

  • Najskôr stojí výroba a inštalácia pamäte.
  • Ďalšie náklady môžu vzniknúť pri prevádzke a údržbe.
  • Straty energie tiež vytvárajú nepriame náklady.

Všetky tieto faktory je potrebné brať do úvahy pri hodnotení ziskovosti.

Keď sa pre jedného uvádzajú náklady na skladovanie za kilowatthodinu, možno tým myslieť úplne odlišné informácie:

Ak napríklad solárny systém na ukladanie energie založený na lítium-iónových batériách vyžaduje investíciu 10 000 EUR a ponúka využiteľnú akumulačnú kapacitu 5 kWh, výsledkom je 10 000 EUR/5 kWh = 2 000 EUR/kWh. Ak by úložný systém dosiahol životnosť 10 000 cyklov, náklady na prevedené množstvo energie by boli 0,20 EUR/kWh. Ak však batérie prešli až 2000 cyklov po desiatich rokoch skutočnej prevádzky, ale napriek tomu sa stali nepoužiteľnými v dôsledku starnutia, sú tieto náklady oveľa vyššie, konkrétne 1 EUR/kWh. Upozorňujeme, že sa neberú do úvahy ani prevádzkové náklady, ani straty energie.

Rámec energetického priemyslu

Ekonomická rovnováha systémov uskladňovania elektriny tiež zásadne závisí od určitých všeobecných energetických podmienok. Dôležité je najmä to, za aké tarify a za aké poplatky je možné získať elektrinu na nabíjanie zásobníka.

Podľa súčasnej právnej situácie v Nemecku sú napríklad systémy na skladovanie elektrickej energie v zásade klasifikované ako koneční spotrebitelia - hoci energiu ukladajú iba dočasne a neskôr ju dodávajú skutočným konečným spotrebiteľom. Existujú však rôzne špeciálne nariadenia, ktoré umožňujú napríklad prudké zníženie poplatkov za používanie siete prečerpávacích elektrární. Existuje aj oslobodenie od dane z elektriny prečerpávacích elektrární, zatiaľ však nie pre iné technológie skladovania. Ďalšie aspekty sa týkajú daní, ako napríklad príplatok za KVET a príplatok za pobrežie. Čiastočne existuje problém, že najmä nové technológie skladovania, ktoré pri príprave platných pravidiel nehrali žiadnu úlohu, sú zaťažené daňami, ktoré samy o sebe nie sú oprávnené. Zodpovedajúca úprava pravidiel sa javí ako vhodná a mala by o niečo uľahčiť zavádzanie nových technológií ukladania.

Otázky a komentáre čitateľov

Tu môžete navrhnúť otázky a komentáre na zverejnenie a zodpovedanie. Autor knihy RP-Energie-Lexikon rozhodne o prijatí podľa určitých kritérií. V podstate ide o to, že záležitosť je predmetom širokého záujmu.

Ak tu získate pomoc, možno budete chcieť láskavosť vrátiť darom, ktorým podporíte ďalší rozvoj energetického slovníka.

Ochrana údajov: Nezadávajte sem žiadne osobné údaje. Aj tak by sme ich nezverejnili a čoskoro by sme ich vymazali. Prečítajte si tiež naše pravidlá ochrany osobných údajov.

Ak potrebujete osobnú spätnú väzbu alebo radu od autora, napíšte mu ho e-mailom.

Odoslaním vyjadrujete súhlas so zverejnením svojich záznamov tu v súlade s našimi pravidlami.

literatúry

[1]Článok v blogu: Skladovanie energie alebo energetické siete: Aké je správne riešenie?
[2]Článok v blogu: Špecifické náklady na skladovanie energie
[3]Extra článok: Skladovanie energie a energetické siete - čo potrebuje prechod energie?
[4]Extra článok: Skladovanie energie - ústredný problém pre obnoviteľné energie?
[5]Agora-Energiewende: Skladovanie energie pri prechode na energiu, https://www.agora-energiewende.de/veroeffnahmungen/stromspeicher-in-der-energiewende/

Ak sa vám tento web páči, dajte o tom vedieť svojim priateľom a kolegom - napr. B. prostredníctvom sociálnych médií kliknutím sem:

Tieto tlačidlá zdieľania sú nastavené spôsobom, ktorý je priateľský k ochrane údajov!

Kód odkazov na iné webové stránky

Ak chcete umiestniť odkaz na tento článok inde (napr. Na svoje webové stránky, sociálne médiá, diskusné fóra alebo Wikipedia), kód nájdete tu. Takéto odkazy môžu napr. B. byť veľmi užitočné pre slovné vysvetlenia.

Odkaz HTML na tento článok:

S obrázkom ukážky (pozri rámček priamo nad týmto):

Ak si myslíte, že je vhodné umiestniť na Wikipédiu odkaz, napr. B. v časti „== Webové odkazy ==“:

Exponenciálny rast

Chceli by ste to konečne pochopiť,

  • čo je to vlastne exponenciálny rast,
  • - za akých okolností k nej dôjde, a -
  • aké základné vlastnosti má?

Náš článok „Exponenciálny rast - vysvetlený spôsobom, ktorý je zrozumiteľný pre laikov“ je vzrušujúcim a poučným čítaním!

Dôležité okolnosti sú starostlivo vysvetlené na príkladoch - v témach ako je množenie baktérií, epidémie (kríza s koronavírusmi!), Kapitálové investície, atómové bomby, jadrové reaktory a laserová technológia.