最新のエネルギー貯蔵デバイス、最も一般的なタイプのエネルギー貯蔵
エネルギー貯蔵装置 電気化学的、運動学的、電位的、電磁気的、化学的、熱的などのさまざまな形でエネルギーを貯蔵するシステムであり、例えば燃料電池、バッテリー、コンデンサー、フライホイール、圧縮空気、液圧アキュムレータ、超磁石、水素などを使用します。 。
エネルギー貯蔵デバイスは重要なリソースであり、無停電電源を供給したり、非常に短期間の不安定な期間に電力システムをサポートしたりするためによく使用され、独立型の再生可能エネルギー システムでも重要な役割を果たします。
特定の用途に必要なエネルギー貯蔵デバイスの主な基準は次のとおりです。
- 比エネルギー（Wh・kg -1 単位）およびエネルギー密度（Wh・kg -1 または Wh・l -1 単位）で表したエネルギー量。
- 電力、つまり必要な電気負荷。
- 体積と質量。
- 信頼性;
- 耐久性。
- 安全;
- 価格;
- リサイクル可能。
- 環境への影響。
エネルギー貯蔵デバイスを選択するときは、次の特性を考慮する必要があります。
- 特定のパワー。
- ストレージ容量;
- 比エネルギー;
- 反応時間。
- 効率;
- 自己放電率/充電サイクル。
- 熱に対する過敏症。
- 充放電寿命。
- 環境への影響。
- 資本/運営コスト。
- サービス。
電気エネルギー貯蔵装置は、電気通信装置 (携帯電話、電話、トランシーバーなど)、バックアップ電源システム、および貯蔵コンポーネント (バッテリー、スーパーキャパシタ、燃料電池) の形のハイブリッド電気自動車に不可欠な部分です。
エネルギー貯蔵デバイスは、電気的であれ熱的であれ、中核となるクリーン エネルギー テクノロジーとして認識されています。
長期的なエネルギー貯蔵は、風力と太陽光発電が新しい発電所の増設の大半を占め、徐々に他の電力源に取って代わる世界にとって大きな可能性を秘めています。
風力と太陽光は特定の時期にのみ発電するため、ギャップを埋めるには追加のテクノロジーが必要です。
断続的、季節的、予測不可能な発電の割合が増加し、消費との非同期のリスクが増大している世界では、ストレージはエネルギーの生産と消費の間のすべての位相差を吸収することでシステムをより柔軟にします。
アキュムレータは主にバッファとして機能し、グリッドと建物の両方で再生可能エネルギー源の管理と統合を容易にし、風や太陽光がない場合でもある程度の自律性を提供します。
発電機システムでは、発電機の効率が最も低い電力需要の低い期間に負荷に対応することで、燃料を節約し、発電機の非効率を回避できます。
エネルギー貯蔵は、再生可能発電の変動を緩衝することにより、発電機の起動頻度を減らすこともできます。
高い貫通力を備えた風力およびディーゼル システム (設置された風力発電が平均負荷を超えている場合) では、非常に少量の蓄電であっても、ディーゼルの起動頻度が大幅に減少します。
最も一般的な産業用エネルギー貯蔵装置のタイプは次のとおりです。
電気化学エネルギー貯蔵装置
バッテリー、特に鉛蓄電池は依然として主要なエネルギー貯蔵装置です。
競争力のある多くのバッテリータイプ (ニッケルカドミウム、ニッケル水素、リチウムイオン、ナトリウム硫黄、金属空気、フロースルーバッテリー) は、寿命、効率、エネルギー密度などの 1 つ以上の性能面で鉛蓄電池を上回っています。 、充放電速度、寒冷地での性能またはメンテナンスが必要です。
ただし、ほとんどの場合、容量 1 キロワット時あたりのコストが低いため、鉛蓄電池が最良の選択肢となります。
フライホイール、ウルトラキャパシタ、水素貯蔵などの代替手段は、将来商業的に成功する可能性がありますが、現在ではまれです。
リチウムイオン (Li-ion) バッテリーは、現在、すべての最新の家庭用電子機器の最新の電源となっています。携帯電子機器用の角形リチウムイオン電池の体積エネルギー密度は、過去 15 年間で 2 倍から 3 倍に増加しました。
電気自動車やエネルギー貯蔵システムなど、リチウムイオン電池の新しい用途がいくつか出現するにつれて、セルの設計と性能要件は常に変化しており、従来の電池メーカーにとっては特有の課題となっています。
したがって、高エネルギー、高出力密度のリチウムイオン電池の安全かつ信頼性の高い動作に対する高い要求が避けられなくなります。
電力産業における電気化学エネルギー貯蔵デバイスの応用:
蓄電池プラント、電気エネルギーを蓄えるためのバッテリーの使用
電気化学スーパーキャパシタ
スーパーキャパシタは、数秒で完全に充電または放電できる電気化学エネルギー貯蔵デバイスです。
スーパーキャパシタは、二次電池に比べて出力密度が高く、メンテナンスコストが低く、温度範囲が広く、デューティサイクルが長いため、過去 10 年間に研究で大きな注目を集めてきました。
また、従来の誘電体コンデンサよりもエネルギー密度が高くなります。スーパーキャパシタの蓄積容量は、電解質イオンと大きな表面積の電極の間の静電分離に依存します。
スーパーキャパシタの比エネルギーはリチウムイオン電池に比べて低いため、その普及の障害となっています。
スーパーキャパシタの性能を向上させることは、ポータブル電子機器から電気自動車や大型産業機器に至る将来のシステムのニーズを満たすために必要です。
スーパーキャパシタの詳細:
イオニスト (スーパーキャパシタ) — デバイス、実用化、長所と短所
圧縮空気エネルギー貯蔵
圧縮空気エネルギー貯蔵は、ある時点で生成されたエネルギーを別の時点で使用するために貯蔵する方法です。事業規模では、エネルギー需要が低い期間（オフピーク）に生成されたエネルギーを、需要が高い期間（ピーク負荷）に合わせて放出できます。
圧縮空気等温貯蔵 (CAES) は、従来の (断熱または断熱) システムの制限の一部を克服しようとする新しいテクノロジーです。
極低温エネルギー貯蔵
英国は250MWhの液化空気貯蔵施設の建設を計画している。再生可能エネルギー源のパークと組み合わせて、その中断を補う予定だ。
試運転は 2022 年に予定されています。極低温エネルギー貯蔵ユニットは、電力生産の一部が太陽光発電パネルと風力タービンから供給されるマンチェスター近郊のトラフォード・エネルギー・パークと連携して稼働します。
この貯蔵施設は、これらの再生可能エネルギー源の使用の中断を補います。
この設備の動作原理は、エアコンを 2 回交換するサイクルに基づいています。
電気エネルギーを使用して空気を吸い込み、液体になるまで非常に低い温度 (-196 度) に冷却します。その後、この用途に特別に適合された大型の断熱された低圧タンクに保管されます。
2 番目のサイクルは、電気エネルギーが必要なときに発生します。極低温の液体は熱交換器によって加熱され、蒸発を続けて気体状態に戻ります。
極低温の液体が蒸発するとガスの体積が膨張し、タービンを駆動して発電します。
運動エネルギー貯蔵装置
フライホイールは、回転エネルギーを蓄えるために使用される回転機械装置です。フライホイールは、時間の経過とともに断続的なエネルギー源からエネルギーを捕捉し、電力網に電気エネルギーを継続的に供給できます。
フライホイール エネルギー貯蔵システムは、運動エネルギーとして貯蔵される入力電気エネルギーを使用します。
機械システムの物理学は多くの場合非常に単純ですが (フライホイールを回転させたり、重りを持ち上げたりするなど)、これらの力を効果的かつ効率的に使用できるようにする技術は特に進歩しています。
ハイテク素材、最新のコンピュータ制御システム、革新的な設計により、これらのシステムは実際のアプリケーションに適しています。
商用キネティック ストレージ用の UPS システムは、次の 3 つのサブシステムで構成されます。
- エネルギー貯蔵装置、通常はフライホイール。
- 配信デバイス。
- エネルギー貯蔵容量を超えてフォールトトレラントな電力を供給するために起動できる別の発電機。
フライホイールはバックアップ発電機と統合でき、機械システムを直接接続することで信頼性が向上します。
これらのデバイスの詳細:
フライホイール (運動) エネルギー貯蔵デバイスの配置と動作の仕組み
電力網向け高温超電導磁気エネルギー貯蔵 (SMES):