Perangkat penyimpanan energi modern, jenis penyimpanan energi yang paling umum

Perangkat penyimpanan energi adalah sistem yang menyimpan energi dalam berbagai bentuk, seperti elektrokimia, kinetik, potensial, elektromagnetik, kimia dan termal, misalnya menggunakan sel bahan bakar, baterai, kapasitor, roda gila, udara terkompresi, akumulator hidrolik, supermagnet, hidrogen, dll. .

Perangkat penyimpanan energi merupakan sumber daya penting dan sering digunakan untuk menyediakan daya tanpa gangguan atau untuk mendukung sistem daya selama periode ketidakstabilan jangka pendek. Mereka juga memainkan peran penting dalam sistem energi terbarukan yang berdiri sendiri.

Kriteria utama perangkat penyimpanan energi yang diperlukan untuk aplikasi tertentu adalah:

• jumlah energi dalam hal energi spesifik (dalam Wh · kg -1) dan kepadatan energi (dalam Wh · kg -1 atau Wh · l -1);
• tenaga listrik, yaitu beban listrik yang dibutuhkan;
• volume dan massa;
• keandalan;
• daya tahan;
• keamanan;
• harga;
• dapat didaur ulang;
• dampak terhadap lingkungan.

Saat memilih perangkat penyimpanan energi, karakteristik berikut harus dipertimbangkan:

• kekuatan tertentu;
• kapasitas penyimpanan;
• energi spesifik;
• waktu reaksi;
• efisiensi;
• tingkat self-discharge / siklus pengisian;
• kepekaan terhadap panas;
• hidup charge-discharge;
• dampak terhadap lingkungan;
• biaya modal/operasional;
• melayani.

Perangkat penyimpanan energi listrik merupakan bagian integral dari perangkat telekomunikasi (ponsel, telepon, walkie-talkie, dll.), sistem tenaga cadangan dan kendaraan listrik hibrida dalam bentuk komponen penyimpanan (baterai, superkapasitor dan sel bahan bakar).

Perangkat penyimpanan energi, baik listrik maupun termal, diakui sebagai teknologi energi bersih inti.

Penyimpanan energi jangka panjang memiliki potensi besar untuk dunia di mana tenaga angin dan matahari mendominasi penambahan pembangkit listrik baru dan secara bertahap menggantikan sumber listrik lainnya.

Angin dan matahari hanya berproduksi pada waktu-waktu tertentu, sehingga membutuhkan teknologi tambahan untuk membantu mengisi kekosongan tersebut.

Di dunia di mana pangsa pembangkit listrik yang terputus-putus, musiman, dan tak terduga meningkat dan risiko desinkronisasi dengan konsumsi meningkat, penyimpanan membuat sistem lebih fleksibel dengan menyerap semua perbedaan fasa antara produksi dan konsumsi energi.

Akumulator berfungsi terutama sebagai penyangga dan memungkinkan pengelolaan dan integrasi sumber energi terbarukan yang lebih mudah baik di jaringan maupun di gedung, menawarkan beberapa otonomi tanpa adanya angin dan matahari.

Dalam sistem generator, mereka dapat menghemat bahan bakar dan membantu menghindari inefisiensi generator dengan melayani beban selama periode permintaan daya rendah saat generator paling tidak efisien.

Dengan menahan fluktuasi pembangkit terbarukan, penyimpanan energi juga dapat mengurangi frekuensi start-up generator.

Dalam sistem angin dan diesel dengan daya tembus tinggi (di mana tenaga angin terpasang melebihi beban rata-rata), bahkan jumlah penyimpanan yang sangat kecil secara dramatis mengurangi frekuensi penyalaan diesel.

Jenis perangkat penyimpanan energi industri yang paling umum:

Perangkat penyimpanan energi industri

Perangkat penyimpanan energi elektrokimia

Baterai, terutama baterai timbal-asam, tetap menjadi perangkat penyimpanan energi yang dominan.

Banyak jenis baterai kompetitif (nikel-kadmium, nikel-logam hidrida, lithium-ion, natrium sulfur, logam-udara, baterai flow-through) mengungguli baterai timbal-asam dalam satu atau beberapa aspek kinerja seperti masa pakai, efisiensi, kepadatan energi , tingkat pengisian dan pengosongan, kinerja cuaca dingin atau pemeliharaan yang diperlukan.

Namun, dalam banyak kasus, biaya per kilowatt-jam kapasitasnya yang rendah menjadikan baterai timbal-asam sebagai pilihan terbaik.

Alternatif seperti flywheels, ultracapacitors atau penyimpanan hidrogen dapat menjadi sukses secara komersial di masa depan, tetapi saat ini jarang.

Baterai lithium-ion (Li-ion) sekarang menjadi sumber daya modern untuk semua perangkat elektronik konsumen modern. Kepadatan energi volumetrik baterai lithium-ion prismatik untuk elektronik portabel telah berlipat ganda menjadi tiga kali lipat selama 15 tahun terakhir.

Seiring munculnya beberapa aplikasi baru untuk baterai Li-ion, seperti kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi, desain sel dan persyaratan kinerja terus berubah dan menghadirkan tantangan unik bagi produsen baterai tradisional.

Dengan demikian, permintaan tinggi untuk pengoperasian baterai lithium-ion berenergi tinggi dan berdensitas daya tinggi yang aman dan andal menjadi tak terelakkan.

Penerapan perangkat penyimpanan energi elektrokimia dalam industri tenaga:

Pembangkit akumulator, penggunaan baterai untuk menyimpan energi listrik

Superkapasitor elektrokimia

Superkapasitor adalah perangkat penyimpanan energi elektrokimia yang dapat terisi penuh atau habis dalam hitungan detik.

Dengan kerapatan daya yang lebih tinggi, biaya perawatan yang lebih rendah, rentang temperatur yang luas, dan siklus kerja yang lebih lama dibandingkan dengan baterai sekunder, superkapasitor telah mendapat perhatian penelitian yang signifikan dalam dekade terakhir.

Mereka juga memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi daripada kapasitor dielektrik listrik konvensional.Kapasitas penyimpanan superkapasitor bergantung pada pemisahan elektrostatik antara ion elektrolit dan luas permukaan elektroda yang besar.

Energi spesifik superkapasitor yang lebih rendah dibandingkan dengan baterai lithium-ion merupakan hambatan untuk penggunaannya secara luas.

Peningkatan kinerja superkapasitor diperlukan untuk memenuhi kebutuhan sistem masa depan, mulai dari elektronik portabel hingga kendaraan listrik dan peralatan industri besar.

Detail superkapasitor:
Ionis (superkapasitor) — perangkat, aplikasi praktis, kelebihan dan kekurangan

Penyimpanan energi udara terkompresi

Penyimpanan energi udara terkompresi adalah cara menyimpan energi yang dihasilkan pada satu waktu untuk digunakan di lain waktu. Pada skala utilitas, energi yang dihasilkan selama periode permintaan energi rendah (off-peak) dapat dilepaskan untuk memenuhi periode permintaan tinggi (beban puncak).

Penyimpanan isotermal udara terkompresi (CAES) adalah teknologi baru yang berupaya mengatasi beberapa keterbatasan sistem tradisional (diabatik atau adiabatik).

Penyimpanan energi kriogenik

Inggris berencana untuk membangun 250 MWh penyimpanan udara cair. Ini akan digabungkan dengan taman sumber energi terbarukan dan mengkompensasi gangguannya.

Komisioning dijadwalkan pada tahun 2022. Unit penyimpanan energi cryogenic akan bekerja sama dengan Trafford Energy Park di dekat Manchester, di mana sebagian produksi listriknya berasal dari panel fotovoltaik dan turbin angin.

Fasilitas penyimpanan ini akan mengkompensasi gangguan dalam penggunaan sumber energi terbarukan ini.

Prinsip pengoperasian instalasi ini akan didasarkan pada dua siklus penggantian AC.

Energi listrik akan digunakan untuk menarik udara dan kemudian mendinginkannya hingga suhu sangat rendah (-196 derajat) hingga menjadi cair. Ini kemudian akan disimpan dalam tangki besar, terisolasi, bertekanan rendah yang disesuaikan khusus untuk penggunaan ini.

Siklus kedua akan berlangsung ketika ada kebutuhan akan energi listrik. Cairan kriogenik dipanaskan oleh penukar panas untuk melanjutkan penguapan dan mengembalikannya ke keadaan gas.

Penguapan cairan cryogenic menyebabkan volume gas mengembang, yang menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik.

Perangkat penyimpanan energi kinetik

Roda gila adalah perangkat mekanis berputar yang digunakan untuk menyimpan energi rotasi. Roda gila dapat menangkap energi dari sumber energi intermiten dari waktu ke waktu dan menyediakan pasokan energi listrik secara terus menerus ke jaringan listrik.

Sistem penyimpanan energi flywheel menggunakan energi listrik input yang disimpan sebagai energi kinetik.

Meskipun fisika sistem mekanis seringkali cukup sederhana (seperti memutar roda gila atau mengangkat beban), teknologi yang memungkinkan gaya ini digunakan secara efektif dan efisien sangat maju.

Material berteknologi tinggi, sistem kontrol komputer terbaru, dan desain inovatif membuat sistem ini cocok untuk aplikasi nyata.

Sistem UPS untuk penyimpanan kinetik komersial terdiri dari tiga subsistem:

• perangkat penyimpanan energi, biasanya roda gila;
• perangkat distribusi;
• generator terpisah yang dapat dimulai untuk menyediakan daya toleran kesalahan atas kapasitas penyimpanan energi.

Roda gila dapat diintegrasikan dengan generator cadangan, yang meningkatkan keandalan dengan menghubungkan langsung sistem mekanis.

Lebih lanjut tentang perangkat ini:

Perangkat penyimpanan energi kinetik untuk industri tenaga

Bagaimana roda gila (kinetik) perangkat penyimpanan energi diatur dan bekerja

Penyimpanan Energi Magnetik Superkonduktor Suhu Tinggi (UKM) untuk Jaringan Listrik:

Bagaimana sistem penyimpanan energi magnetik superkonduktor bekerja dan beroperasi