Depozitarea energiei electrice

Definiție: sisteme care absorb energia electrică și o pot elibera ulterior din nou

Engleză: stocarea energiei electrice

Creație originală: 24.11.2012; ultima modificare: 14.03.2020

Prin stocare a energiei electrice se înțelege, în general, sistemele sau dispozitivele care pot absorbi energia electrică și apoi o pot elibera din nou mai târziu - în unele cazuri și dispozitive cărora li s-a furnizat energie într-o formă diferită (de exemplu, ca energie chimică) și care sunt apoi electrice Poate emite energie.

Diferite aspecte care sunt relevante și pentru alte tipuri de stocare a energiei sunt discutate în articolul despre stocarea energiei.

Tipuri de stocare a energiei electrice

Condensatoare

Stocarea directă a energiei electrice - fără conversie în alte forme de energie - este posibilă cu condensatori. Acestea stochează o încărcare electrică proporțională cu tensiunea electrică aplicată. Alimentarea cu sarcină electrică suplimentară trebuie să aibă loc împotriva acestei tensiuni, deci necesită energie și crește această tensiune în continuare. Tensiunea nu trebuie să devină prea mare, pentru că altfel o defecțiune electrică duce la distrugere.

Pierderile din stocarea energiei în condensatoare sunt foarte mici, iar încărcarea și descărcarea pot avea loc foarte repede, adică cu o densitate mare de putere. Cu toate acestea, densitatea energiei este redusă, motiv pentru care numai cantități relativ mici de energie pot fi stocate cu condensatori. Acest lucru se aplică chiar și așa-numitelor supercondensatoare cu o capacitate deosebit de mare.

Un alt dezavantaj este că tensiunea electrică trebuie să varieze foarte mult în timpul încărcării și descărcării - mult mai mult decât în cazul bateriilor.

Depozitare magnetică

O bobină prin care curge curent generează un câmp magnetic, iar acesta stochează și energie. Există dispozitive cu magnet supraconductor care sunt optimizate pentru stocarea energiei, unde curentul poate circula fără rezistență și, prin urmare, nu apar pierderi de energie în timp ce încărcarea este ținută (cu excepția dispozitivelor de răcire și altele asemenea). Chiar și atunci când se încarcă și se descarcă, de obicei se pierde foarte puțină energie. Cu toate acestea, tehnologia este complexă și densitatea energiei este relativ scăzută, în timp ce densitatea puterii poate fi relativ mare. Până în prezent nu există aproape nicio aplicație practică pentru această tehnologie.

Baterii

Energia este stocată sub formă electrochimică în acumulatori (baterii reîncărcabile). Deoarece procesele care au loc în timpul încărcării sunt în mare parte reversibile (reversibile), pierderea de energie care are loc este relativ mică - adesea doar câteva procente. Puterea auto-descărcării depinde în mare măsură de tipul de baterie, dar este de obicei moderată. Densitatea energiei este mult mai mare decât cea a tuturor condensatoarelor, dar foarte scăzută în comparație cu cea a combustibililor. Prin urmare este z. B. Mașini electrice cu autonomie dificilă de proiectat cu autonomie lungă.

Acumulatoarele sunt, de asemenea, folosite ocazional pentru stocarea energiei solare, deși costurile lor sunt mult prea mari pentru această aplicație.

Sistemele mari pot fi proiectate ca așa-numitele baterii cu flux redox, care sunt, totuși, încă în faza de dezvoltare. Aici un lichid încărcat cu energie este stocat extern într-un rezervor. (Adesea sunt necesare două rezervoare pentru diferite lichide.) Acest lucru permite o capacitate mare de stocare fără ca componenta electrochimică să fie foarte mare. Așadar, se obține avantajul central al stocării energiei chimice.

Bateriile nu sunt adecvate pentru depozitarea pe termen lung. Acest lucru nu se datorează descărcării automate, care este foarte slabă cu unele tipuri de baterii, ci din cauza costului și a duratei de viață limitate. Dacă o baterie z. Dacă, de exemplu, ar fi încărcat și descărcat doar de câteva ori pe an, ar fi realizate doar foarte puține cicluri de încărcare pe parcursul duratei sale de viață, iar costurile pe ciclu de încărcare ar fi extrem de ridicate.

Acumulator volant

La încărcarea unui dispozitiv de stocare a volantului, o volantă este setată în rotație rapidă cu ajutorul unui motor electric. La descărcare, aceeași mașină electrică este de obicei utilizată ca generator pentru a genera electricitate. Astfel de unități de stocare sunt unități de stocare pe termen scurt, cu performanțe ridicate, dar densitate de energie limitată. De exemplu, puteți stoca energie pentru conducerea unui autobuz electric de la o stație la alta. Reîncărcarea are loc în timpul unei scurte opriri la stațiile de autobuz prin furnizarea de energie electrică mare.

Centrale electrice de stocare cu pompă

Cantități mult mai mari de energie pot fi stocate în stocarea pompată. Aici apa este pompată într-un rezervor la o altitudine mare și poate conduce ulterior turbine pentru a genera din nou energie electrică. Cantitatea de energie care poate fi stocată depinde de produsul volumului rezervorului și de înălțimea căderii. Pierderile de energie în timpul unui ciclu de încărcare/descărcare sunt de obicei în jur de 15-25%. Performanța în timpul încărcării și descărcării poate fi foarte mare (sute de megawați, uneori chiar și peste 1 GW).

Centralele electrice de stocare cu pompă reprezintă marea majoritate a capacităților de stocare instalate la nivel mondial.

Depozitarea indirectă în centralele electrice de stocare a apei

Centralele electrice de stocare a apei fără posibilitatea pompării pot fi utilizate cel puțin pentru stocarea indirectă a excesului de energie. Aceasta înseamnă că producția lor este redusă sau oprită atâta timp cât z. B. este disponibilă suficientă energie electrică din energia eoliană. Acest lucru economisește alimentarea cu apă și o poate folosi mai mult în alte momente când vântul nu suflă decât altfel (fără turbine eoliene).

Metoda de stocare indirectă nu numai că are avantajul că pompele pot fi eliminate în centralele hidroenergetice, dar evită și pierderile de energie din stocarea pompată. Este suficient pentru recuperarea excesului de energie eoliană atâta timp cât puterea eoliană este mai mică decât cea necesară de energie electrică. Depozitarea pompei devine interesantă numai cu puterea eoliană instalată mai mare. Cu toate acestea, numai cu depozitarea indirectă nu este posibilă utilizarea capacității de apă de mai multe ori în decurs de un an, așa cum este cazul depozitării cu pompă - care poate fi importantă atunci când capacitatea de stocare este redusă.

Centrale electrice de stocare a aerului comprimat

Centralele electrice de stocare a aerului comprimat utilizează o cavitate subterană mare, care este umplută cu aer comprimat atunci când se încarcă prin compresoare. La descărcare, acest aer comprimat poate acționa din nou turbine (sau un motor de expansiune a gazului pentru sisteme mai mici). Lucrurile se complică mai mult prin faptul că aerul devine fierbinte atunci când este comprimat și se răcește din nou când este relaxat. În cazul ideal, se realizează o operație aproape adiabatică în care căldura este stocată în timpul încărcării și este readusă în aer atunci când este relaxată. În caz contrar, este adesea implementată o combinație cu o centrală cu turbină cu gaz, care consumă gaze naturale, dar în cantități semnificativ mai mici decât o centrală cu gaz pur din cauza energiei furnizate de aerul comprimat.

Centralele electrice de stocare a aerului comprimat sunt utilizate în unele locuri pentru a acoperi cerințele de sarcină maximă. Eficiența lor energetică este semnificativ mai mică decât cea a centralelor electrice de stocare cu pompă, dar sunt mai fezabile decât cele pe teren plat.

hidrogen

Într-un electrolizator, hidrogenul poate fi produs folosind energie electrică, care este apoi stocată în rezervoare. Ulterior energia electrică poate fi recuperată cu o celulă de combustibil. Spre deosebire de centralele electrice de stocare cu pompă sau centralele electrice de stocare a aerului comprimat, astfel de centrale electrice de stocare a hidrogenului pot fi implementate practic în orice locație. Cu toate acestea, acestea sunt mult mai scumpe și au pierderi de energie mai mari.

De asemenea, este de conceput să se utilizeze hidrogenul generat în alte scopuri, de ex. B. să fie alimentat în rețeaua de gaze (dacă este necesar după metanare). Această abordare este cunoscută sub numele de energie electrică. Mai general se vorbește despre Puterea până la X, care z. B. include, de asemenea, puterea în lichid. Hidrogenul joacă adesea un rol major în producția de ex. B. a combustibililor sintetici.

Cerere de stocare a energiei electrice în rețeaua electrică

În rețelele electrice, dispozitivele de stocare a energiei electrice pot îndeplini funcții foarte utile. În special, aceștia pot depăși nevoia de a genera cât mai multă energie în centralele electrice de câte ori este nevoie în orice moment: pot absorbi surplusurile și, ulterior, le pot elibera din nou în caz de blocaje. Acest lucru nu numai că mărește securitatea aprovizionării, dar permite, de asemenea, o producție de energie electrică mai rentabilă și utilizarea unei game mai largi de tehnologii ale centralelor electrice.

Desigur, construcția și funcționarea sistemelor de stocare a energiei necesită un anumit efort și apar și pierderi de energie. Prin urmare, este important să se ia în considerare dacă alte opțiuni nu sunt mai favorabile:

Pot fi utilizate centrale electrice mai flexibile, care pot fi bine adaptate la cerere - chiar dacă pot duce la costuri mai mari de combustibil.
O gestionare a sarcinii mai sofisticată poate avea loc astfel încât cererea să poată fi ajustată în timp în funcție de posibilitățile de generare respective.
Rețelele electrice pot fi extinse astfel încât energia electrică să poată fi schimbată pe distanțe mai mari cu pierderi mici. În majoritatea cazurilor, această soluție este semnificativ mai rentabilă decât implementarea unor dispozitive suplimentare de stocare a energiei.
Dacă este necesar, excesul de putere poate rămâne neutilizat dacă acest lucru nu se întâmplă prea des.

În practică, este important să se determine tipul și sfera dispozitivelor de stocare a energiei utilizate și a centralelor electrice utilizate în așa fel încât să se obțină un optim general - luând în considerare numeroase aspecte, cum ar fi investițiile și costurile de exploatare, eficiența energetică, poluarea mediului și securitatea aprovizionării. Aceasta este o optimizare foarte complexă. În funcție de tehnologiile disponibile, locațiile și tipurile de centrale electrice, poate avea sens să se utilizeze tehnologiile de stocare într-o măsură mai mare sau mai mică. Deci, nu există o anumită nevoie de depozitare, ci un optim care trebuie stabilit pentru gradul de utilizare a depozitării.

Ca urmare a tranziției energetice, va fi o nevoie mai mare de sisteme de stocare a energiei electrice în Germania pe termen mediu și lung, deoarece o proporție tot mai mare de energie electrică va fi acoperită de surse fluctuante precum energia eoliană și energia solară. În orice caz, noile tehnologii puternice de stocare ar fi foarte binevenite în acest context. Cu toate acestea, nu este încă clar în ce măsură o astfel de dezvoltare ar putea sau ar trebui înlocuită cu măsuri alternative (a se vedea mai sus). În special, ar putea fi mai rentabil să se creeze o superrețea europeană (o rețea electrică suplimentară de înaltă performanță cu transmisie de curent continuu de înaltă tensiune) pentru a putea conecta instalațiile de stocare existente și mulți producători diferiți de energie regenerabilă. Pentru că z. Dacă, de exemplu, turbinele eoliene și sistemele fotovoltaice ar putea fi exploatate din ce în ce mai mult în locații mai ieftine, costurile de producere a energiei electrice ar scădea, de asemenea. În schimb, sistemele de stocare a energiei solare descentralizate ar duce la costuri suplimentare masive.

În pofida creșterii proporției de alimentare fluctuantă în rețeaua electrică, profitabilitatea centralelor electrice de stocare pompate, de exemplu, s-a dezvoltat negativ în ultimii ani. Fluctuațiile prețurilor la electricitate la bursă, de care trăiesc în cele din urmă operatorii sistemelor de stocare a energiei, au scăzut de fapt. Acest lucru se datorează parțial faptului că, cel puțin pe vreme bună, alimentarea puternică a energiei electrice fotovoltaice acoperă o bună parte din vârful consumului de la amiază. O sarcină obișnuită pentru aceste sisteme de stocare, care a adus o contribuție semnificativă la profitabilitatea lor, a fost astfel redusă semnificativ. Cu o extindere suplimentară a fotovoltaicii, totuși, este posibil ca această dezvoltare să fie inversată: dacă este alimentat semnificativ mai mult la prânz decât este necesar pentru a acoperi vârfurile de consum, stocarea pompată și alte sisteme de stocare ar putea absorbi surplusul și elibera din nou seara, de exemplu.

Depozitare la ce nivel?

Sistemele de stocare pentru generarea și cererea de echilibrare pot fi, în principiu, instalate la diferite niveluri: în rețeaua de transport, în rețelele locale de distribuție, în cazuri extreme chiar și în case individuale, de exemplu ca supliment la un sistem fotovoltaic. Stocarea la cel mai înalt nivel, cel al rețelelor de transmisie, are două avantaje importante:

Deoarece au capacități de stocare foarte mari, costurile pe kilowatt-oră stocate sunt mult mai mici decât în cazul sistemelor de stocare mici - doar pentru că pot fi utilizate alte tehnologii pe această scară (de exemplu, centrale electrice de stocare pompate în loc de acumulatori), dar și din cauza degradării costurilor.
Echilibrul dintre generație și cerere este, de asemenea, cel mai bine posibil la acest nivel, deoarece doar acolo este cunoscută cererea reală. Ar fi eficient energetic z. B. nu are sens să transferați surplusul actual al unui sistem fotovoltaic la un depozit de energie solară la prânz, dacă în același timp există o cerere mare de energie pentru sobe electrice pe aceeași stradă.

Costuri de stocare

Există mai multe tipuri de costuri asociate cu utilizarea stocării:

În primul rând, costă fabricarea și instalarea unei memorii.
Pot apărea costuri suplimentare în exploatare și întreținere.
Pierderile de energie generează, de asemenea, costuri indirecte.

Toți acești factori trebuie luați în considerare la evaluarea profitabilității.

Când sunt menționate costurile de stocare pe kilowatt-oră pentru unul, se pot însemna informații complet diferite:

De exemplu, dacă un sistem de stocare a energiei solare bazat pe baterii litiu-ion necesită o investiție de 10.000 € și oferă o capacitate de stocare utilizabilă de 5 kWh, rezultatul este de 10.000 €/5 kWh = 2.000 €/kWh. Dacă sistemul de stocare ar atinge o durată de viață de 10.000 de cicluri, costurile pentru cantitatea de energie convertită ar fi de 0,20 EUR/kWh. Cu toate acestea, dacă bateriile au trecut doar prin 2000 de cicluri după zece ani de funcționare efectivă, dar au devenit totuși inutilizabile din cauza îmbătrânirii, aceste costuri sunt mult mai mari, și anume 1 €/kWh. Atenție, nici costurile de exploatare și nici pierderile de energie nu sunt luate în considerare.

Cadrul industriei energetice

Echilibrul economic al stocării energiei electrice depinde, de asemenea, în mod crucial de anumite condiții-cadru legate de energie. În special, este important la ce tarife și cu ce taxe se poate obține electricitate pentru încărcarea stocării.

Conform situației legale actuale din Germania, de exemplu, sistemele de stocare a energiei electrice sunt practic clasificate drept consumatori finali - deși stochează doar temporar energia și o livrează ulterior consumatorilor finali reali. Există, totuși, diverse reglementări speciale care, de exemplu, permit o reducere bruscă a taxelor de utilizare a rețelei pentru centralele de stocare cu pompă. Există, de asemenea, o scutire de la taxa pe electricitate pentru centralele de stocare cu pompă, dar până acum nu pentru alte tehnologii de stocare. Alte aspecte se referă la impozite, cum ar fi suprataxa pentru cogenerare și suprataxa offshore. În parte, există problema că noile tehnologii de stocare, în special, care nu au jucat niciun rol în elaborarea normelor valabile în prezent, sunt împovărate de impozite care nu sunt justificate în sine. O ajustare corespunzătoare a regulilor pare adecvată și ar trebui să faciliteze introducerea noilor tehnologii de stocare.

Întrebări și comentarii de la cititori

Aici puteți sugera întrebări și comentarii pentru publicare și răspuns. Autorul RP-Energie-Lexikon va decide acceptarea conform anumitor criterii. În esență, ideea este că problema prezintă un interes larg.

Dacă primiți ajutor aici, s-ar putea să doriți să vă întoarceți favoarea cu o donație cu care susțineți dezvoltarea în continuare a dicționarului energetic.

Protecția datelor: Vă rugăm să nu introduceți aici date personale. Nu le-am publica oricum și le-am șterge în curând. Consultați și politica noastră de confidențialitate.

Dacă doriți feedback personal sau sfaturi din partea autorului, vă rugăm să îi scrieți prin e-mail.

Prin trimiterea vă dați consimțământul de a publica intrările dvs. aici în conformitate cu regulile noastre.

literatură

[1]	Articol de blog: Depozitarea energiei sau rețelele electrice: Care este soluția potrivită?
[2]	Articol de blog: Costuri specifice de stocare a energiei
[3]	Articol suplimentar: Depozitarea energiei și rețelele electrice - de ce are nevoie tranziția energetică?
[4]	Articol suplimentar: Depozitarea energiei - o problemă centrală pentru energiile regenerabile?
[5]	Agora-Energiewende: stocarea energiei în tranziția energetică, https://www.agora-energiewende.de/veroeffnahmungen/stromspeicher-in-der-energiewende/

Dacă vă place acest site web, vă rugăm să informați prietenii și colegii - e. B. prin intermediul rețelelor sociale făcând clic aici:

Aceste butoane de partajare sunt configurate într-o manieră prietenoasă pentru protecția datelor!

Cod pentru linkuri de pe alte site-uri web

Dacă doriți să plasați un link către acest articol în altă parte (de exemplu, pe site-ul dvs., pe rețelele sociale, pe forumurile de discuții sau pe Wikipedia), puteți găsi codul aici. Astfel de legături pot fi B. să fie foarte util pentru explicații de cuvinte.

Link HTML către acest articol:

Cu o imagine de previzualizare (vezi caseta direct deasupra):

Dacă credeți că este potrivit să puneți un link pe Wikipedia, de ex. B. sub „== Weblinks ==”:

Crestere exponentiala

Ai vrea să înțelegi în cele din urmă,

ce anume este creșterea exponențială,
în ce circumstanțe se produce și
ce proprietăți de bază are?

Articolul nostru „Creștere exponențială - explicat într-un mod care este ușor de înțeles pentru laici” oferă lecturi interesante și instructive!

Circumstanțele importante sunt explicate cu atenție folosind exemple - în subiecte precum creșterea bacteriilor, epidemiile (criza coronavirusului!), Investițiile de capital, bombele atomice, reactoarele nucleare și tehnologia laser.