RP-Energie-Lexikon - Elektromos energia tároló, szuperkondenzátor, akkumulátorok, megújuló
Meghatározás: Olyan rendszerek, amelyek elnyelik az elektromos energiát, és később újra felszabadíthatják
Angolul: elektromos energiatárolás
Eredeti alkotás: 2012.11.24 .; utolsó változás: 2020.03.14
Az elektromos energia tárolásán általában olyan rendszereket vagy eszközöket értenek, amelyek képesek felszívni az elektromos energiát, majd később újra felszabadítani - egyes esetekben olyan eszközöket is, amelyekhez az energia más formában (pl. Kémiai energiaként) szolgáltatott, és amelyek aztán elektromos Energiát adhat le.
Az energiatárolás más típusai szempontjából is releváns szempontokat tárgyalja az energiatárolásról szóló cikk.
Az elektromos energiatárolás típusai
Kondenzátorok
Az elektromos energia közvetlen tárolása - más energiává történő átalakítás nélkül - kondenzátorokkal lehetséges. Ezek olyan elektromos töltést tárolnak, amely arányos az alkalmazott elektromos feszültséggel. A kiegészítő elektromos töltésnek ezen feszültség ellen kell történnie, ezért energiát igényel, és ezt a feszültséget tovább növeli. A feszültség nem lehet túl magas, mert különben az elektromos meghibásodás pusztuláshoz vezet.
A kondenzátorokban az energiatárolás veszteségei nagyon kicsiek, és a töltés és kisütés nagyon gyorsan, azaz nagy teljesítménysűrűség mellett történhet meg. Az energiasűrűség azonban alacsony, ezért csak viszonylag kis mennyiségű energia tárolható kondenzátorokkal. Ez még a különösen nagy kapacitású úgynevezett szuperkondenzátorokra is vonatkozik.
További hátrány, hogy az elektromos feszültséget a töltés és a lemerülés során nagyon szélesen kell változtatni - sokkal inkább, mint az akkumulátoroknál.
Mágneses tároló
Egy tekercs, amelyen keresztül áram folyik, mágneses teret generál, és ez energiát is tárol. Vannak olyan szupravezető mágnessel rendelkező eszközök, amelyek energiatárolásra vannak optimalizálva, ahol az áram ellenállás nélkül áramolhat, ezért a töltés tartása alatt nem keletkeznek energiaveszteségek (kivéve hűtőberendezések és hasonlók révén). Még töltés és kisütés esetén is nagyon kevés energia veszik el. A technológia azonban bonyolult és az energiasűrűség viszonylag alacsony, míg a teljesítménysűrűség viszonylag nagy lehet. Eddig alig van gyakorlati alkalmazás erre a technológiára.
Elemek
Az energiát akkumulátorokban (újratölthető elemek) tárolják elektrokémiai formában. Mivel a töltés során lejátszódó folyamatok nagyrészt reverzibilisek (visszafordíthatók), a bekövetkező energiaveszteség viszonylag kicsi - gyakran csak néhány százalék. Az önkisülés erőssége nagymértékben függ az akkumulátor típusától, de általában mérsékelt. Az energia sűrűsége sokkal magasabb, mint az összes kondenzátoré, de nagyon alacsony az üzemanyagokénál. Ezért z. B. nehezen tervezhető akkumulátoros, nagy hatótávolságú elektromos autók.
Az akkumulátorokat alkalmanként napenergia tárolására is használják, bár költségeik túl magasak ehhez az alkalmazáshoz.
A nagy rendszerek úgynevezett redox áramlási akkumulátorokként is kialakíthatók, amelyek azonban még fejlesztési fázisban vannak. Itt egy energiával megrakott folyadékot tárolnak külsőleg egy tartályban. (A különböző folyadékokhoz gyakran két tartályra van szükség.) Ez nagy tárolókapacitást tesz lehetővé anélkül, hogy az elektrokémiai komponensnek nagyon nagynak kellene lennie. Tehát el lehet érni a kémiai energiatárolás központi előnyét.
Az elemek nem alkalmasak hosszú távú tárolásra. Ez nem az önkisülés miatt van, amely egyes elemtípusoknál nagyon gyenge, hanem a költségek és a korlátozott élettartam miatt. Ha egy elem z. Ha például évente csak néhányszor töltenék és lemerítenék, csak nagyon kevés töltési ciklust érnének el élettartama alatt, és a töltési ciklusonkénti költségek rendkívül magasak lennének.
Lendkerék akkumulátor
A lendkerék-tároló eszköz töltésekor a lendkereket villanymotor segítségével gyorsan forgatják. A kisütéskor általában ugyanazt az elektromos gépet használják generátorként az áramtermeléshez. Az ilyen tároló egységek rövid távú, nagy teljesítményű, de korlátozott energiasűrűségű tárolók. Például tárolhat energiát az elektromos busz egyik megállótól a másikig történő vezetéséhez. Az újratöltés nagy buszellátással történik a buszmegállók rövid megállása alatt.
Szivattyús tároló erőművek
Sokkal nagyobb mennyiségű energia tárolható szivattyús tárolóban. Itt a vizet nagy magasságban egy tározóba pumpálják, és később turbinákat vezethet, hogy ismét elektromos energiát termelhessen. A tárolható energia mennyisége a tartály térfogatának és az esés magasságának szorzatától függ. Az energiaveszteség egy töltési/kisütési ciklus alatt általában 15-25% körüli. A teljesítmény a töltés és a lemerülés során nagyon magas lehet (több száz megawatt, néha akár 1 GW felett is).
A világszerte telepített tárolókapacitások döntő többségét a szivattyús tárolóerőművek alkotják.
Közvetett tárolás víztároló erőművekben
A víztároló erőművek szivattyúzás lehetősége nélkül legalább felesleges energia közvetett tárolására használhatók. Ez azt jelenti, hogy termelésük csökken vagy leáll, amíg z. B. elegendő villamos energia áll rendelkezésre a szélenergiából. Ez megvédi a vízellátást, és szélesebb körben felhasználhatja más esetekben, amikor a szél nem fúj, mint egyébként (szélturbinák nélkül).
A közvetett tárolási módszer nemcsak azzal az előnnyel jár, hogy a szivattyúkat el lehet adni a vízerőművekben, hanem elkerüli a szivattyús tárolás energiaveszteségét is. Ez elegendő a felesleges szélenergia hasznosításához, amennyiben a szélenergia-leadás alacsonyabb, mint az áramigény. A szivattyú tárolása csak nagyobb beépített szélerő esetén válik érdekessé. Csak közvetett tárolással nem lehetséges, mint a szivattyús tárolásnál, a víztartalom sokszoros felhasználása egy éven belül - ami fontos lehet, ha a tárolókapacitás szűkös.
Sűrített levegős tároló erőművek
A sűrítettlevegő-tároló erőművek nagy földalatti üreget használnak, amelyet sűrített levegő tölt meg, amikor kompresszorokon keresztül töltik. Lerakodáskor ez a sűrített levegő újra meghajtja a turbinákat (vagy kisebb rendszerekben gázbővítő motort). A dolgokat bonyolítja az a tény, hogy a levegő összenyomva forróvá válik, és ellazulva ismét lehűl. Ideális esetben szinte adiabatikus műveletet érnek el, amelynek során a hőt töltés közben tárolják, és lazításkor visszavezetik a levegőbe. Ellenkező esetben gyakran hajtanak végre egy gázturbina erőművel történő kombinációt, amely földgázt fogyaszt, de a sűrített levegő által szolgáltatott energia miatt lényegesen kisebb mennyiségben, mint egy tiszta gázerőmű.
Néhány helyen sűrített levegős tároló erőműveket alkalmaznak a csúcsterhelés követelményeinek kielégítésére. Energiahatékonyságuk lényegesen alacsonyabb, mint a szivattyús tároló erőműveké, de megvalósíthatók, mint a sík terepen.
hidrogén
Egy elektrolízisben elektromos energiával fel lehet használni hidrogént, amelyet aztán tartályokban tárolnak. Később az elektromos energiát üzemanyagcellával lehet visszanyerni. A szivattyús tárolóerőművekkel vagy a sűrített levegős tárolóerőművekkel ellentétben az ilyen hidrogéntároló erőművek gyakorlatilag bárhol megvalósíthatók. Ezek azonban sokkal drágábbak és nagyobb az energiaveszteségük.
Elképzelhető a keletkező hidrogén felhasználása más célokra is, pl. B. hogy betáplálják a gázhálózatba (ha szükséges, metanáció után). Ez a megközelítés a gáz teljesítménye néven ismert. Általánosságban az X-ről beszélünk, a z-ről. B. magában foglalja a folyadékig terjedő energiát is. A hidrogén gyakran nagy szerepet játszik pl. B. szintetikus üzemanyagok.
Az elektromos hálózatban történő tárolás iránti igény
Az elektromos hálózatokban az elektromos energiatároló eszközök nagyon hasznos funkciókat tölthetnek be. Különösen képesek legyőzni az erőművek annyi áramtermelésének szükségességét, amennyi egy adott pillanatban szükséges: Felszívhatják a többletet, és később szűk keresztmetszetek esetén újra felszabadíthatják őket. Ez nemcsak növeli az ellátás biztonságát, hanem költséghatékonyabb villamosenergia-termelést és szélesebb körű erőművi technológiák alkalmazását is lehetővé teszi.
Természetesen az energiatároló rendszerek felépítése és üzemeltetése bizonyos erőfeszítéseket igényel, és energiaveszteségek is bekövetkeznek. Ezért fontos megfontolni, hogy más lehetőségek nem kedvezőbbek-e:
- Rugalmasabb erőműveket lehet használni, amelyek jól alkalmazkodnak a kereslethez - még akkor is, ha ezek magasabb üzemanyagköltségeket eredményezhetnek.
- Kifinomultabb terheléskezelésre kerülhet sor, hogy a kereslet időben beállítható legyen az adott generációs lehetőségeknek megfelelően.
- Az elektromos hálózatok kibővíthetők, így az elektromos energia nagyobb távolságokon, alacsony veszteségekkel cserélhető ki. A legtöbb esetben ez a megoldás sokkal költséghatékonyabb, mint további energiatároló eszközök bevezetése.
- Szükség esetén a felesleges energia kihasználatlan maradhat, ha ez nem történik meg túl gyakran.
A gyakorlatban fontos meghatározni az alkalmazott energiatároló rendszerek és az alkalmazott erőművek típusát és hatókörét oly módon, hogy összességében optimális legyen - figyelembe véve számos szempontot, például a beruházási és működési költségeket, az energiahatékonyságot, a környezetszennyezést és az ellátás biztonságát. Ez egy nagyon összetett optimalizálás. A rendelkezésre álló technológiáktól, az erőművek helyétől és típusaitól függően ésszerű lehet a tárolási technológiákat kisebb-nagyobb mértékben használni. Tehát nem adott tárolási szükséglet van, hanem a tárolás felhasználási fokának meghatározandó optimuma.
Az energiaátmenet eredményeként közép- és hosszú távon nagyobb szükség lesz az elektromos energiatároló rendszerekre Németországban, mert az elektromos energia egyre nagyobb hányadát olyan ingadozó források fedezik, mint a szélenergia és a napenergia. Mindenesetre a nagy teljesítményű új tárolási technológiák ebben az összefüggésben nagyon örülnének. Az azonban egyelőre nem világos, hogy egy ilyen fejleményt milyen mértékben lehet vagy kell helyettesíteni alternatív intézkedésekkel (lásd fent). Különösen költséghatékonyabb lehet egy európai szuperhálózat (egy nagy teljesítményű, nagyfeszültségű egyenáramú átvitellel ellátott elektromos hálózat) felállítása annak érdekében, hogy a meglévő tárolókat és sok különböző megújuló energiát termelőt össze lehessen kötni. Mert z. Például, ha a szélturbinákat és a fotovoltaikus rendszereket egyre inkább olcsóbb helyeken lehetne üzemeltetni, akkor az áramtermelés költségei is csökkennének. Ezzel szemben a decentralizált napenergiát tároló rendszerek hatalmas többletköltségekhez vezetnek.
Annak ellenére, hogy növekszik az ingadozás a villamosenergia-hálózatba, az elmúlt években például a szivattyús tárolóerőművek jövedelmezősége negatívan alakult. A villamosenergia-árak ingadozása a tőzsdén, amelyen végül az energiatároló rendszerek üzemeltetői élnek, valójában csökkent. Ez részben annak köszönhető, hogy legalább jó idő esetén a fotovoltaikus villamos energia erőteljes betáplálása lefedi a fogyasztás délutáni csúcsának jó részét. Ezeknek a tárolórendszereknek a rendszeres feladata, amely jelentősen hozzájárult jövedelmezőségükhöz, így jelentősen csökkent. A fotovoltaikus elemek további bővülésével azonban ez a fejlemény valószínűleg megfordul: Ha ebédidőben lényegesen többet táplálnak be, mint amennyi a fogyasztási csúcsok fedezéséhez szükséges, akkor a szivattyúval ellátott tároló és egyéb tárolórendszerek képesek elnyelni a többletet, és például este újra felszabadítani.
Tárolás milyen szinten?
A termelés és a kereslet kiegyensúlyozására szolgáló tárolórendszerek elvileg különböző szinteken telepíthetők: az átviteli hálózatban, a helyi elosztó hálózatokban, szélsőséges esetekben akár az egyes házakban is, például egy fotovoltaikus rendszer kiegészítéseként. A legmagasabb szintű, az átviteli hálózatok tárolásának két fontos előnye van:
- Mivel nagyon nagy tárolókapacitással rendelkeznek, a tárolt kilowattóránkénti költségek jóval alacsonyabbak, mint a kisméretű tárolórendszereknél - már csak azért is, mert más technológiák is használhatók ilyen léptékben (pl. Szivattyús tárolóerőművek akkumulátorok helyett), de a költségek csökkenése miatt is.
- A termelés és a kereslet közötti egyensúly ezen a szinten is a lehető legjobban lehetséges, mert csak a valós kereslet ismert. Energiatakarékos z lenne. B. nincs értelme a fotovoltaikus rendszer jelenlegi feleslegét ebédidőben napenergia-tárolóba átvinni, ha ugyanakkor nagy az energiaigény az elektromos kályhák számára ugyanabban az utcában.
Tárolási költségek
A tárolás használatával többféle költség kapcsolódik:
- Először is a memória gyártása és telepítése kerül költségbe.
- Az üzemeltetés és a karbantartás további költségekkel járhat.
- Az energiaveszteség közvetett költségeket is generál.
Mindezeket a tényezőket figyelembe kell venni a jövedelmezőség értékelésekor.
Ha egy kilowattóránkénti tárolási költséget említenek, teljesen más információ jelenthet:
Ha például egy lítium-ion akkumulátorokra épülő napenergia-tároló rendszer 10 000 euró beruházást igényel, és 5 kWh hasznos tárolókapacitást kínál, akkor az eredmény 10 000 euró/5 kWh = 2 000 euró/kWh. Ha a tárolási rendszer 10 000 ciklus élettartamot érne el, az átalakított energia mennyiségének költsége 0,20 €/kWh lenne. Ha azonban az akkumulátorok tíz év tényleges üzem után csak 2000 ciklust hajtottak végre, de az öregedés miatt mégis használhatatlanná váltak, akkor ezek a költségek sokkal magasabbak, mégpedig 1 €/kWh. Ne feledje, hogy sem a működési költségeket, sem az energiaveszteségeket nem veszik figyelembe.
Energiaipari keret
A villamosenergia-tároló rendszerek gazdasági egyensúlya döntően függ bizonyos általános energiafeltételektől is. Különösen fontos, hogy milyen tarifákkal és milyen díjakkal lehet áramot szerezni a tároló töltéséhez.
A jelenlegi németországi jogi helyzet szerint például az elektromos energia tároló rendszereit alapvetően a végső fogyasztók közé sorolják - bár csak ideiglenesen tárolják az energiát, majd később szállítják a tényleges végfelhasználókhoz. Különböző speciális előírások léteznek azonban, amelyek lehetővé teszik például a szivattyús tárolóerőművek hálózati használati díjainak éles csökkentését. A villamosenergia-adó alól mentesség van a szivattyús tárolós erőművek esetében is, de más tárolási technológiák esetében eddig nem. Egyéb szempontok kapcsolódnak az adókhoz, mint például a CHP pótdíj és az offshore pótdíj. Bizonyos esetekben az a probléma merül fel, hogy különösen az új tárolási technológiákat, amelyek nem játszottak szerepet a jelenleg érvényes szabályok kidolgozásában, olyan díjak terhelik, amelyek önmagukban nem indokoltak. A szabályok megfelelő módosítása megfelelőnek tűnik, és kissé megkönnyíti az új tárolási technológiák bevezetését.
Kérdések és megjegyzések az olvasóktól
Itt javasolhat kérdéseket és megjegyzéseket közzétételhez és megválaszoláshoz. Az RP-Energie-Lexikon szerzője bizonyos szempontok szerint dönt az elfogadásról. Lényegében az a lényeg, hogy az ügy széles körben érdekelt.
Ha itt kapsz segítséget, érdemes egy adománnyal visszaadni a szívességet, amellyel támogatod az energetikai szótár továbbfejlesztését.
Adatvédelem: Kérjük, ide ne írjon be személyes adatokat. Amúgy sem tennénk közzé őket, és hamarosan törölnénk őket. Lásd még az adatvédelmi irányelveinket.
Ha személyes visszajelzéseket vagy tanácsokat szeretne a szerzőtől, kérjük, írjon neki e-mailben.
A beküldéssel hozzájárulását adja a bejegyzéseinek itt történő közzétételéhez a szabályainknak megfelelően.
irodalom
| [1] | Blogcikk: Energiatároló vagy elektromos hálózatok: Mi a helyes megoldás? |
| [2] | Blogcikk: Az energiatárolás konkrét költségei |
| [3] | Extra cikk: Energiatárolás és elektromos hálózatok - mire van szükség az energiaátálláshoz? |
| [4] | Extra cikk: Az energiatárolás - a megújuló energiák központi problémája? |
| [5] | Agora-Energiewende: Energiatárolás az energiaátmenet során, https://www.agora-energiewende.de/veroeffnahmungen/stromspeicher-in-der-energiewende/ |
Ha tetszik ez a weboldal, kérjük, értesítse barátait és kollégáit - pl. B. a közösségi médián keresztül ide kattintva:
Ezeket a megosztási gombokat adatvédelem-barát módon állítják be!
Más webhelyeken található linkek kódja
Ha máshova szeretne linket elhelyezni a cikkhez (pl. Webhelyén, közösségi médiájában, vitafórumain vagy a Wikipédián), itt megtalálja a kódot. Ilyen linkek lehetnek B. nagyon hasznos lehet a szómagyarázatokhoz.
HTML link erre a cikkre:
Előnézeti képpel (lásd közvetlenül a fenti mezőt):
Ha helyénvalónak tartja, hogy linket tegyen a Wikipédiára, pl. B. a "== Weblinkek ==" alatt:
Exponenciális növekedés
Szeretné végre megérteni,
- mi is pontosan az exponenciális növekedés,
- milyen körülmények között fordul elő, és
- milyen alapvető tulajdonságokkal rendelkezik?
"Exponenciális növekedés - laikusok számára érthető módon magyarázva" cikkünk izgalmas és tanulságos olvasmány!
A fontos körülményeket példákkal alaposan elmagyarázzák - olyan témákban, mint a baktériumok szaporodása, járványok (koronavírus-válság!), Tőkebefektetések, atombombák, atomreaktorok és lézertechnika.