Зберігання енергії: 3 найперспективніші технології

Виробництво енергії з відновлюваних джерел має важливе значення для декарбонізації, але воно вимагає розробки передових рішень для зберігання енергії. На відміну від викопного палива, яке пропонує універсальний спосіб виробництва електроенергії та теплової енергії, пристосовуючи пропозицію до попиту, відновлювані джерела виробляють енергію більш хаотично.

Ось чому важливо зберігати енергію в періоди пікового виробництва та використовувати її, коли врожайність знижується, щоб досягти стабільнішої продуктивності енергії від систем, що живляться від відновлюваних джерел. Окрім літієвих батарей останнього покоління, випробовуються нові системи зберігання, тому ми розглянемо 3 найперспективніші технології зберігання енергії.

Зберігання електричної енергії у водневих елементах

Водневі елементи є дійсною альтернативою літій-іонним батареям для зберігання електроенергії, і кілька компаній працюють над цією технологією. Одним із можливих рішень є гібридна воднева система з високою щільністю енергії, яка містить водень і рідкий електроліт. Ця система може самостійно виробляти водень, необхідний для роботи замкнутого контуру, пропонуючи конкурентоспроможні витрати на зберігання та термін служби 15–20 років.

Іншим рішенням, яке випробовується, є водневий і нікелевий елемент, який використовує газоподібний водень як електроліт і гідриди металів як матеріали для анода і катода. Є ще багато проблем, які необхідно подолати з метало-водневими елементами, особливо висока вартість і складність виробничого процесу. Однак деякі компанії заявляють, що вони можуть виробляти системи накопичення енергії за цією технологією, які забезпечуватимуть ефективність щонайменше 88% і тривалість до 20 років або 30 000 циклів.

Накопичення енергії стисненого повітря

Ще однією перспективною технологією зберігання енергії є зберігання стисненого повітря. CAES (Compressed Air Energy Storage) і LAES (Liquid Air Energy Storage) — два досить схожі рішення для зберігання енергії. У CAES використовується лише стиснене повітря, тоді як LAES використовує стиснене повітря, яке охолоджується до зріджування, але обидва типи працюють дуже подібним чином.

Система CAES накопичує енергію, вироблену з відновлюваних джерел, для стиснення повітря та зберігає її в спеціальному резервуарі за допомогою компресорів і турбогенератора. Тому, коли попит на енергію дуже високий і перевищує потужність системи, накопичене стиснене повітря приводить в дію турбіни та дозволяє збільшити виробництво електроенергії без використання газу. Системи CAES мають тривалий термін служби, високу ємність зберігання та низьку вартість, а також допомагають стабілізувати електричну мережу. Технологія LAES також дозволяє зберігати енергію довше, ніж поточні літій-іонні батареї. Ці системи працюють за допомогою процесу охолодження, щоб перетворити повітря, наявне в навколишньому середовищі, на рідке повітря, яке зберігається в баку. Під час пікового попиту на електроенергію рідке повітря перекачується системою високого тиску, використовуючи цей стиснений газ для живлення турбіни та виробництва електроенергії. На відміну від систем CAES, системам LAES не потрібні природні резервуари, які важко знайти, наприклад підземні печери.

Системи накопичення теплової енергії

Зберігання електроенергії є пріоритетом у сфері накопичення енергії, оскільки більшість систем, що живляться від енергії, виробленої з відновлюваних джерел, виробляють електроенергію. Окрім водневих елементів і систем зі стисненим повітрям, у цьому секторі існує багато проектів, таких як твердотільні батареї, в яких електроліти є твердими, а не рідкими, цинково-вуглецеві батареї високої щільності енергії та літій-сірчані та графенові батареї, розроблені знизити витрати на літієві батареї та зменшити залежність від рідкоземельних елементів. 

Паралельно вивчаються також системи накопичення теплової енергії. Це технології, які можуть перетворювати електричну енергію на тепло, яке зберігається та за потреби перетворюється на електричну енергію. Ці системи працюють як тепловий насос, який отримує теплову енергію з електрики та використовує природне тепло повітря, води чи надр.Простіші системи, з іншого боку, використовують електричний резистор і передають тепло через ефект Джоуля (проходження частини електричної енергії через провідник для виробництва теплової енергії).

Енергію можна зберігати різними способами, наприклад, за допомогою шарів рідкого піску, розплавлених солей або твердих систем, які використовують спеціальну породу та цемент. В останні роки зниження ціни на літій прискорило поширення акумуляторів для зберігання енергії, однак нові технології зберігання енергії сприятимуть подальшому переходу до енергії та розвитку відновлюваних джерел енергії. Ці рішення спрямовані на більшу екологічну стійкість систем зберігання енергії, довший термін служби та вищу ефективність із меншими витратами.