Erityyppisillä akuilla on erilaisia vaikutuksia, kun niitä käytetään energian varastointiin. Maailma on yhä enemmän riippuvainen uusiutuvista energialähteistä, kuten aurinko- ja tuulivoimasta, ja myös luotettavan energian varastoinnin kysyntä kasvaa. Siksi, akkutyyppejä kehitetään jatkuvasti ja niitä laajennetaan vastaavasti.
Varastamme energiahuippujen aikana tuotettua energiaa käytettäväksi ruuhkahuippujen aikana tai kun uusiutuvaa energiaa ei ole saatavilla. Energian varastointitapa on varastoida sähköenergiaa tasavirtana (DC) energiaa varastoivien akkujen kautta, jotka on muutettava vaihtovirraksi (AC) ihmiskäyttöön varastointi- tai aurinkoinvertterien kautta.
Siksi, viime vuosina, akkuteollisuus on edistynyt merkittävästi, kehittyneemmällä tekniikalla ja edullisemmilla hinnoilla.
Monet ihmiset pitävät integroiduista energiaratkaisuista, kuten GycxSolarin aurinkoenergian varastointi, koska se on helppokäyttöinen ja sen suorituskyky on parempi.
Tässä artikkelissa, selvitämme sopivimmat akkutyypit energian varastointijärjestelmiin ja tutkimme joitain tekijöitä, jotka tulisi ottaa huomioon energiaa varastoivia akkuja valittaessa.
Sisällysluettelo
Mitä on energian varastointi?
Energian varastointi on prosessi, jossa energiaa varastoidaan tiettyihin laitteisiin tai järjestelmiin jatkuvaa käyttöä varten tarpeen mukaan. Laajassa merkityksessä, energian varastointi tarkoittaa energian varastoimista yhteen muotoon tai sen muuntamista toiseen muotoon välineen tai laitteen avulla, ja vapauta se sitten laitteiden kautta tulevien sovellustarpeiden mukaan.
Suppeasti määritelty energian varastointi tarkoittaa sarjaa teknologioita ja toimenpiteitä, jotka käyttävät kemiallisia tai fysikaalisia menetelmiä sähköntuotannon tuottaman sähköenergian varastoimiseksi ja vapauttamiseksi tarvittaessa..
Energian varastointi auttaa ihmisiä säästämään energiaa ja käyttämään sitä, kun kysyntä kasvaa tai energia katkeaa. Siksi, energian varastointi säilyttää aina tasapainon kysynnän ja tarjonnan välillä kuluttajille, ja ehkäisee haasteita, kuten epävakaa sähkö ja kohoavat kustannukset.
Koska energian varastointiprosessiin kuuluu erilaisten energiamuotojen muuntaminen, energian varastointi voi auttaa varastoimaan aurinkoa, tuuli, ja muut uusiutuvat energialähteet, energian varastoinnin toiminnan merkitys kasvaa.
Mitkä ovat erilaiset energian varastointityypit?
Oheisesta kaaviosta, voidaan nähdä, että energian varastointityyppejä on erilaisia. Energian varastointityyppien valintaa voidaan harkita kokonaisvaltaisesti arvioimalla skaalautuvuutta, lataus- ja purkujaksojen kesto, varastointikustannukset, ympäristöystävällisyys, ja muita näkökohtia. Markkinoilla on useita yleisiä energian varastointityyppejä.
Mekaaninen energian varastointi
Se sisältää lämpöenergian käytön, tuulienergiaa, vesivoima, ja jotkut uusiutuvat energialähteet. Suosittuja mekaanisia järjestelmiä ovat pumppuvarastointi, vauhtipyörän energian varastoinnin puristus, ja ilmaenergian varastointi.
Sähkökemiallinen varastointi
Sähkökemiallinen energian varastointi sisältää erilaisia akkuenergian varastointijärjestelmiä. Akut muuttavat kemiallista energiaa sähköenergiaksi. Kaksi yleisintä tyyppiä ovat ladattavat akut ja virtausakut. Erityyppisillä akuilla on omat ominaisuutensa, ja tässä artikkelissa käsitellään pääasiassa ladattavia akkuja.
Vertailu 9 energiaa varastoivia akkutyyppejä
Seuraava, näet sen edut ja haitat 9 akkutyypit energian varastoinnin alalla. He ovat akkujen isoveli – lyijyakut, suosittu valtavirta markkinoilla – litiumioniakut, suosittu tutkimus- ja kehityskohde – natriumioni akut, katseenvangitsija uusi tähti litiumpolymeerielementeissä – litiumrikkiakut, nikkelivetyparistot, superkondensaattorit, polttokennoja, virtausakut, ja litiumkobolttioksidiakut (LCO) litiumkobolttioksidiakuissa.
① Lyijyakku
Lyijyakut ovat yksi vanhimmista, kypsin, ja laajalti käytetyt ladattavat akut, joita on käytetty energian varastointiin vuosikymmeniä.
Lyijyakut voivat olla sinulle tuttuja, koska ne ovat suosituin ajoneuvojen akku.
Lyijyakut ovat yleensä raskaita ja niillä on lyhyt käyttöikä. Laskettu päivittäisen lataus- ja purkutoiminnon perusteella, niiden tyypillinen elinikä on alle kolme vuotta. Mutta sen hinta on halvin.
Lyijyakuissa on kattava kierrätysjärjestelmä, ja ne ovat myös kierrätysprosessin kypsin akkutyyppi. Energiavarastoliiton mukaan, sen materiaalien kierrätysaste ylittää 90%, ja tavalliset lyijyakut valmistetaan ylhäältä 80% kierrätetyt materiaalit, joka on myös jossain määrin ympäristöystävällinen. Lyijyakut ovat myös turvallisempia kuin jotkut muut kemialliset akut, koska niiden aktiiviset aineet eivät ole syttyviä.
Etu:
- Raaka-aineet ovat helposti saatavilla
- Hinta ja kustannukset ovat suhteellisen alhaiset
- Kypsä ja täydellinen tekniikka
- Hyvä lämpötilan suorituskyky, voi työskennellä ympäristössä -40 ℃ -60 ℃.
- Sopii float-lataukseen, ei muistiefektiä.
- Käytetyt paristot on helppo kierrättää ja ne auttavat suojelemaan ympäristöä.
Haitat:
- Matala energiatiheys (energiatiheys), yleensä välillä 30-40 Wh/kg.
- Lyhyt käyttöikä (300 to 500 syklit)
- Suhteellisen alhainen tehokkuus (79-85%)
- Huono suorituskyky korkeissa lämpötiloissa
- Tämän tyyppisten akkujen valmistusprosessi on erittäin altis ympäristön saastumiselle, ja se on varustettava kolmella jätteenkäsittelylaitteistolla.
Sopivat sovellukset:
- Verkon ulkopuolinen energian varastointijärjestelmä
- Varavirtajärjestelmä
- Sovellukset, jotka vaativat pientä tehoa/energiatiheyttä
② Litiumioniakku
Ymmärrettyään isoveli lyijyakkuja akkumarkkinoilla, katsotaanpa tämänhetkisiä valtavirtamarkkinoita – litiumioniakut.
Joukossa 9 akkutyyppejä, litiumparistot hallitsevat markkinoita, kirjanpito 92% sähkökemiallisen energian varastointikapasiteetista ja 90% maailman verkkoakkujen varastointimarkkinoista.
Litiumparistoteknologia on tällä hetkellä tärkein ja yleisimmin käytetty sähkökemiallinen energian varastointitekniikka, sen tärkeimmät markkinasovellukset energian varastoinnissa ja elektronisissa kuluttajatuotteissa, kuten matkapuhelimissa, kannettavat tietokoneet, ja uusia energiatehokkaita sähköautoja. Yhdysvaltain energiaministeriön energian varastointitekniikkaa ja kustannusominaisuuksia koskevan raportin mukaan, 4 tunnin energian varastointijärjestelmään, kustannuksia huomioiden, suorituskykyä, kalenteri ja syklin käyttöikä, sekä teknologinen kypsyys, litiumioniakut ovat paras valinta.
Pääasialliset energian varastointiin käytetyt litiumioniakkutyypit ovat:
Litiumrautafosfaatti (LFP)
Sitä pidetään parhaana vaihtoehtona kiinteään energian varastointiin korkean turvallisuutensa vuoksi, pitkä käyttöikä, ja alhaiset kustannukset.
LFP-akut ovat vähemmän alttiita termiselle karkaamiselle.
Litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidi (NMC)
Tarjoaa suuremman energiatiheyden kuin LFP, mutta korkeammat kustannukset ja hieman alhaisempi lämpöstabiilisuus.
Litium titanaatti (LTO)
Sillä on erinomainen tehotiheys ja syklin käyttöikä (yli 10000 syklit), ja matala energiatiheys, joten se soveltuu sovelluksiin, jotka vaativat usein latausta/purkausta.
Etu:
- Kevyt ja nopea latausnopeus
- Pitkä syklin käyttöikä (2000-5000 syklit)
- Korkea energiatiheys ja tehotiheys: Litiumrautafosfaattiakkujen energiatiheys voi olla 210 Wh/kg, ja kolmiosaisten litiumakkujen energiatiheys on ylittänyt 300 Wh/kg
- Korkea energian muunnostehokkuus, asti 80-90%
- Nopea vasteaika (sub sekunnissa), ei muistiefektiä
- Itsepurkausnopeus on suhteellisen alhainen: täyteen ladatun Li-ionin itsepurkautumisnopeus on noin 3% huoneenlämmössä kuukauden säilytyksen jälkeen, joka on paljon pienempi kuin 25-30% Ni Cd ja 30-35% / In MH
- Ei sisällä ihmiskeholle haitallisia raskasmetallielementtejä, vihreä ja ympäristöystävällinen
Haitat:
- Hinta on korkeampi kuin lyijyakut ja muut akut
- Turvallisuuskysymykset (lämpökaran vaara)
- Huono suorituskyky korkeissa lämpötiloissa
- Kierrätyksen vaikeus on korkea, ja kierrätysprosessi on monimutkainen
- Varastot ovat rajalliset, ja litiumvarojen pitoisuus maankuoressa on vain 0.0065%. Nykyiset litiumvarat eivät voi tukea sähkökemiallisen energian varastointiteollisuuden voimakasta kehitystä tulevaisuudessa.
Sopivat sovellukset:
- Sähköajoneuvot
- Energian varastointi (erityisesti asuin/kaupallinen aurinkoenergian varastointi)
- Verkkomittakaavan energian varastointi
③ Natriumioniakku
Kuten aiemmin mainittu, vaikka litiumparistot ovat tällä hetkellä markkinoiden päävirta, maapallon litiumin resurssit ovat rajalliset.
Sen käyttöönotosta lähtien 1991, litiumparistot ovat dominoineet energian varastoinnin alaa. kuitenkin, tämän mineraalin kysyntä on johtanut pulaan litiumin tarjonnasta, sekä siitä johtuvat hintojen nousut ja viivästykset, joista on tullut näkyvä.
Viime vuosina, useat teollisuudenalat ovat tutkineet vaihtoehtoisia raaka-aineita litiumille energian varastointijärjestelmien valmistukseen. Yksi toteutettavimmista akkutyypeistä on natriumioni akut: tämän mineraalin suhteellinen runsaus ja alhainen hinta tekevät siitä seuraavan vallankumouksen uusiutuvan energian varastoinnissa.
Natrium on hopeanpehmeä alkalimetalli, jota on runsaasti luonnossa. Natriumioniakku on ladattava akku, joka käyttää natriumioneja (Na+) lataamista varten.
Natrium-ioni-akkujen toimintaperiaate on samanlainen kuin litiumioniakkujen, ja niiden kemialliset ominaisuudet ovat molemmat emäksisiä. Tämä tarkoittaa, että tämän tyyppisiin akkuihin voidaan soveltaa monia sähkökemiallisia reaktioita, tai ainakin harkittu.
Menneisyyden yli 20 vuotta, 53% Kiinassa on suoritettu patenttitutkimustoimintaa natriumioni-akkujen alalla, seuraa Japani (16%) ja Yhdysvallat (13%). Tällä hetkellä tässä teknologiassa tärkein rooli on kiinalainen CATL.
Bloomberg New Energy Financen mukaan, kirjoittaja 2030, natriumioni-akut voivat vastata 23% kiinteän energian varastoinnin markkinoilta, vastaa yli 50 GWh markkinatuloista.
Etu:
- Korkea energiatiheys: Natriumenergian varastointiakkujen energiatiheys voi olla 200 Wh/kg
- Pitkä käyttöikä, joiden syklin käyttöikä on yli tuhansia kertoja
- Runsaasti raaka-aineita: Natriumparistot energian varastointiin käyttävät natriumioneja, jotka ovat laajalti läsnä olevia elementtejä maan päällä.
- Alhaiset kustannukset, koska verrattuna harvinaisiin metalleihin, kuten litiumiin, energiaa varastoivien natriumparistojen materiaalivarat ovat runsaampia ja tuottavampia, joten natriumin hinta on suhteellisen halpa, mikä on omiaan alentamaan akkujen kokonaiskustannuksia
- Natrium-ionit eivät sisällä raskasmetalleja, jotka saastuttavat ympäristöä ja joilla on suhteellisen pieni vaikutus ympäristöön
Haitat:
- Suurempi akun tilavuus: Natrium-ionien suuremman koon vuoksi, tarvitaan suurempi elektrodin pinta-ala, jotta siihen mahtuu enemmän ioneja, tuloksena on suurempi määrä natriumenergiaa varastoivia akkuja tietyillä tilavaatimuksilla.
- Vakaus on keskinkertaista: erityisesti monimutkaisissa ympäristöissä, kuten korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa, natriumionit ovat alttiita epävakaille reaktioille, jotka voivat aiheuttaa turvallisuusongelmia, kuten akun palamisen ja räjähdyksen, ja niiden ratkaisemiseksi tarvitaan lisätutkimusta ja kehitystä.
- Rajoitettu kaupallinen sovellus: Natriumenergiaa varastoivien akkujen kaupallinen käyttö on suhteellisen rajallista, Tällä hetkellä käytetään pääasiassa suuriin energian varastointijärjestelmiin ja erityisiin energian varastointitarpeisiin tietyissä skenaarioissa, kuten aurinko- ja tuulienergian varastointi.
④ Nikkelivetyakku
Etu:
- Painon energiatiheys on 65Wh/kg, ja volyymienergiatiheys on kasvanut 200Wh/l.
- Suuri tehotiheys, pystyy vastaanottamaan suurempia virtoja latauksen ja purkamisen aikana
- Hyvä alhaisen lämpötilan poistoteho
- Pitkä käyttöikä
- Ympäristöystävällinen ja saasteeton
Haitat:
- Normaali käyttölämpötila-alue -15-40 ℃, huono suorituskyky korkeissa lämpötiloissa
- Korkea itsepurkautumisnopeus
- Matala käyttöjännite, käyttöjännitealue 1,0-1,4V
- Nikkelivety akku hinta on kalliimpi kuin lyijyakut, mutta suorituskyky on huonompi kuin litiumioniakut
- Siksi, eräänlaisena akuna energian varastointiin, sitä ei suositella.
⑤ Superkondensaattorit
Superkondensaattorit, tunnetaan myös superkondensaattoreina tai kaksikerroksisina kondensaattoreina, ovat energian varastointijärjestelmä, joka on herättänyt alan ammattilaisten huomion. Energian varastointi sähköstaattisten varausten kautta.
Akkuihin verrattuna, superkondensaattoreiden teho on suurempi ja ne voidaan ladata ja purkaa lyhyemmässä ajassa. Akkuihin verrattuna, niiden ominaisenergia on suhteellisen pieni. Siksi, superkondensaattorien tehokkain käyttötapa on tarjota erittäin lyhyt tehopiikki energiansyötölle. Tästä näkökulmasta, superkondensaattorit eivät tällä hetkellä sovellu tavanomaiseen energian varastointiin.
Etu:
- Suuri tehotiheys
- Lyhyt latausaika
Haitat:
- Matala energiatiheys, vain 1-10 Wh/kg
- Akun kesto on liian lyhyt
Tässä on superkondensaattorien ja tavallisten energiaa varastointiakkujen datalehti viitteeksi.
⑥ Polttokenno
On olemassa useita tyyppejä polttokennoja, ja niiden ainutlaatuisuus piilee erilaisissa sovellutusmahdollisuuksissa, jokainen tyyppi toimii hieman eri tavalla. Jos vetyä käytetään polttoaineena, tuotteet ovat sähköä, vettä, ja lämpöä, jolla voidaan tuottaa puhdasta ja tehokasta sähköä.
Polttokennojen toimintaperiaate on samanlainen kuin akkujen, mutta ne eivät kuluta tehoaan eivätkä vaadi latausta. Niin kauan kuin polttoainetta riittää, ne tuottavat sähköä ja lämpöä.
Etu:
- Energiaa korkeampi
- Suuri yksilöllinen kapasiteetti
- Suuri tehotiheys
- Ympäristöystävällinen ja saasteeton
Haitat:
- Järjestelmä on monimutkainen ja tekninen kypsyys heikko
- Korkeat vaatimukset ilman rikkidioksidille
- Eri polttoaineiden käytön energiaa varastointiakkuina laatua tai paremmuutta on vaikea määrittää, koska niiden käyttöikä vaihtelee
⑦ Virtausakku
Flow akut ovat suhteellisen uusi akkutekniikka, josta on tulossa yhä suositumpi suurissa energian varastointisovelluksissa.
Se on ladattava akku, jossa elektrolyytti virtaa yhdestä tai useammasta varastosäiliöstä sähkökemiallisen kennon läpi, varastoimaan ja vapauttamaan energiaa akun pumppaaman nestemäisen elektrolyytin kautta.
Samaan aikaan, varastointikapasiteettia voidaan lisätä lisäämällä säiliöön varastoidun elektrolyytin määrää.
Energiatason ja tehotason erottaminen on tärkeä virtausakkujärjestelmien suorituskykyominaisuus.
Päätyypit ovat:
Vanadium Flow -akku (VRFB)
Voidaan tyhjentää täysin pitkään ilman suorituskyvyn heikkenemistä.
Soveltuu laajamittaiseen varastointiin sähköverkossa, mutta hinnaltaan kallis.
Sinkkibromidi virtausakku
Sillä on korkea energiatiheys ja laajat näkymät kustannusten ja käyttöiän suhteen.
kuitenkin, materiaalien saatavuudessa on vielä parantamisen varaa, teknologiaa, ja valmistuksen kypsyys.
Etu:
- Turvallinen ja luotettava suorituskyky (palamaton elektrolyytti)
- Syväpurkauskyky
- Sillä on korkea latausnopeus
- Litiumioniakun käyttöikä: syklin käyttöikä asti 30 vuotta
- Nopea vasteaika: Nopea vaihto latauksen ja purkamisen välillä, vain 0.02 sekuntia;
Haitat:
- Pieni tehotiheys
- Suuri jalanjälki (elektrolyytin varastosäiliö)
- Korkeammat huoltovaatimukset
- Positiivisten ja negatiivisten elektrolyyttien ristikontaminaatio
- Jotkut vaativat kalliita ioninvaihtokalvoja
- Molemmilla ratkaisuilla on suurempi tilavuus ja pienempi ominaisenergia
- Matala energian muunnostehokkuus (65-70%)
Sopivat sovellukset:
Pitkäaikainen laajamittainen energian varastointi
Sovellukset, jotka vaativat pitkäkestoista pientä virrankulutusta
⑧ Litium rikkiakku
Litium rikki akku on ladattava akku, jonka anodi on litium ja katodi rikki. Se kuuluu litiumakkuihin, mutta kuten natriumionit, rikkiä on myös runsaasti maapallon varoissa ja sillä on omat korkealaatuiset ominaisuutensa.
Siellä on kattavampi ja yksityiskohtaisempi esittely Litium-rikkiakku vs. Litiumioniakku – Kuinka valita tässä artikkelissa.
Etu:
- Korkea energiatiheys, teoreettinen energiatiheys voi saavuttaa 2600 Wh/kg;
- Alhaiset kustannukset
- Alhainen energiankulutus
Haitat：
- Kiinteät reaktiotuotteet voivat estää elektrolyytin ja ilman välisen kosketuksen, vaikuttaa reaktioprosessiin
- Tekninen vaikeus on korkea, ja kaupallistamisen toteutus on vielä tutkimuksen alla.
⑨ Litiumkobolttioksidiakku(LCO, LiCoO2)
Litiumkobolttioksidiakku on myös litiumakku , sisään 6 Kemialliset litiumioniakut, joista voit valita on yksityiskohtaista tietoa litiumkobolttioksidiakusta (LCO, LiCoO2) on esitelty artikkelissa.
Etu:
- Korkea ominaisenergia (energiatiheys)
- Sopii pienille kannettaville elektronisille laitteille
Haitat:
- Ei pitkäikäinen litiumakku: on tyypillisesti elinikä 500-1000 syklit
- Koboltin hinta on melko kallis eikä kustannustehokas.
- Alhainen lämpöstabiilisuus ja mahdolliset turvallisuusriskit.
- Erityinen tehorajoitus: Alempi ominaisteho rajoittaa litiumkobolttioksidiakun suorituskykyä.
Perustuu nykyiseen markkinatietoon, LCO ei ole erityisen suosittu akkutyyppi.
Sen valitseminen yhdeksi harkituista energian varastointiakkutyypeistä johtuu tutkimuksesta, kuten Lantanidisopimus rakentaa parempia korkeajännitteisiä LiCoO2-akkuja.
Lantanidi elementit ovat myös hyvin harvinaisia luonnossa, mutta niiden vaikutusta pitkäkestoisiin akkuihin on vaikea jättää huomiotta.
Litiumpolymeeriakkujen kemialliset reaktiot voivat kompensoida litiumelementtien niukkuutta, ja eri alkuaineiden reaktioilla tuotetut erityyppiset paristot antavat markkinoille myös enemmän valinnanvaraa ja elinvoimaa.
Sen lisäksi, että keskitytään valtavirran markkinoille, Huomiota tulee myös kiinnittää akkuteollisuuden tulevaan kehitykseen. Voidaan sanoa, että litiumlantaanikobolttioksidiakut ovat myös akkutyyppi, johon kannattaa kiinnittää huomiota.
Yhteenveto
Kuten voidaan nähdä, optimaalinen akkuvalinta energian varastointia varten ottaa huomioon käytön perusvaatimukset, kuten ominaistehon, energiatiheys, maksaa, turvallisuutta, ja syklin käyttöikää.
Litiumioniakuilla on hyvä suorituskyky, mutta korkea hinta, lyijyakkujen kustannukset ovat alhaiset, mutta niiden kattava vahvuus ei täysin täytä nykyistä energian varastointimarkkinoiden kysyntää.
Natrium-ioni-akkujen ja LCO-lantanidilitiumpolymeeriakkujen kehittäminen on myös lupaavaa tulevaisuutta ajatellen.
GycxSolarilla on markkinoilla suosittuja tuotteita, kuten lyijyakkuja ja litiumakkuja. Tervetuloa kysymään rohkeasti.
