Unterbrechung – ein Schimpfwort! Wenn nur erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind Unterbrechungen eliminieren könnten, dann könnte der größte Teil der Welt eine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ablehnen. Da unser Stromnetz der Zukunft auf einen größeren Anteil von Wind und Sonne angewiesen ist, benötigt es mehr Speicherkapazität, um Unterbrechungen zu überwinden. Wir müssen erneuerbare Energien durch alle Arten von erneuerbaren Speichern ergänzen.
Die Energiespeicherung ist am nützlichsten, wenn sie vorhersehbar, bequem und dicht ist und viel Leistung auf kleinem Raum bietet. Batterien spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stabilität des Stromnetzes für erneuerbare Energien. Typischerweise speisen erneuerbare Energien Batterien, die nachts aufgeladen werden, wenn die Nachfrage gering und Windenergie verfügbar ist. Sie entladen sich zurück ins Netz, wenn der Wind nachlässt, bevor die Solarenergie hochfährt. Dann laden sie sich während des sonnigen Mittags auf und entladen sich wieder, wenn die Solarerzeugung schnell abfällt.
Speicherbatterien für erneuerbare Energie werden in alternativen Stromerzeugungssystemen wie Solar-Photovoltaik-, Wind- oder Wasserkraftsystemen eingesetzt, die es ermöglichen, Energie bei Verfügbarkeit zu speichern und bei Bedarf an das Netz abzugeben.
Shirley Meng, Materialwissenschaftlerin und Ingenieurin an der University of Chicago, sagte dem New-Yorker dass die Welt „eine ganze Reihe von Speichermethoden“ braucht. Nicht alle Methoden werden eine Nische finden, aber sie sagte: „Ich denke, wir sind viel, viel zu wenig investiert. Weil wir uns wirklich vorstellen, das gesamte Netzsystem neu aufzubauen.“
Verschiedene Ansätze zur Energiespeicherung
Die Speicherung erneuerbarer Energien im großen Maßstab ist schnell gewachsen, mit einer steigenden globalen Nachfrage nach mehr Energie aus Quellen, die den Beitrag des Planeten zu den Treibhausgasemissionen reduzieren.
Generationsintegrierte Energiespeichersysteme (GIES) und Nicht-GIES sind heutzutage beliebte Diskussionsthemen.
- Nicht-GIES ist ein Energiespeicher im Netzmaßstab, der aus elektrochemischer Energiespeicherung besteht. Angesichts der anhaltenden globalen Energiekrise und Umweltbedenken sind verschiedene elektrochemische Energiespeichervorrichtungen, einschließlich Alkalimetallionenbatterien (Lithium-Ionen-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien und Kalium-Ionen-Batterien), Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen, Superkondensatoren und Lithium-Schwefel-Batterien, wurden in den letzten zwei Jahrzehnten entwickelt.
- Zum Beispiel aufgrund der reiche Chemie von Lithiumwurden in dieser Technologie große Fortschritte erzielt, indem fortschrittliche Materialien sowohl für Elektroden als auch für Elektrolyte und innovative Strategien entwickelt wurden, um die Energiedichte, Lebensdauer und Sicherheit der Zellen weiter zu verbessern. Die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien ist jedoch auch ein Menschenrechtsproblem aufgrund allzu häufiger Kinderarbeit, einer relevanten Umweltbelastung aufgrund der für die Montage erforderlichen natürlichen Ressourcen und der damit verbundenen Umweltverschmutzung nach der Entsorgung sowie einer relativ kurzen Lebensdauer zum Zellabbau.
- Elektrochemische Kondensatoren, auch genannt Superkondensatoren (SCs) gelten aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, extrem langen Lebensdauer, geringen Wartungskosten und sicheren Betriebseigenschaften als eine hervorragende Ergänzung zu Batterien. Ihre hervorragende Leistung macht SCs vielversprechend für tragbare Elektronik, Notstromgeräte, Hybrid-Elektrofahrzeuge und andere elektronische Produkte.
- GIES ist eine neuartige und unverwechselbare Klasse integrierter Energiesysteme, die aus einem Generator und einem Energiespeichersystem bestehen, nicht elektrochemisch sind und thermische Energiespeicherung und Druckluftspeicherung umfassen.
- Daten weist darauf hin, dass thermomechanische Energiespeichersysteme (TMES) so beschaffen sind, dass sie insbesondere bei höheren Entladeleistungen und längeren Entladezeiten eine vielversprechende Leistung (Rundreiseeffizienz von mehr als 60 %) zusammen mit einer langen Lebensdauer (> 30 Jahre) bieten können ), niedrige spezifische Kosten (häufig unter 100 $ kWh−1), geringe ökologische Fußabdrücke und einzigartige Sektorkopplungsmerkmale im Vergleich zu anderen Speicheroptionen.
- Druckluftspeicherung (CAES) ist eine Möglichkeit, zu einem Zeitpunkt erzeugte Energie für die Verwendung zu einem anderen Zeitpunkt zu speichern. Auf Versorgungsebene kann Energie, die in Zeiten mit geringem Energiebedarf (Nebenspitzen) erzeugt wird, freigesetzt werden, um Zeiten mit höherem Bedarf (Spitzenlast) zu decken. In Druckluftspeichern erwärmt sich Luft stark, wenn sie von atmosphärischem Druck auf einen Speicherdruck von ca 1.015 psia (70bar). Standardmäßige mehrstufige Luftkompressoren verwenden Zwischen- und Nachkühler, um die Austrittstemperaturen auf 149/177 °C (300/350 °F) und die Kaverneneinblaslufttemperatur auf 43/49 °C (110/120 °F) zu senken.
Es gibt 3 Schlüsselparameter, die sowohl mit GIES als auch mit Nicht-GIES verbunden sind:
- der Speicherwirkungsgrad (von der Primärenergieform zur Speicherenergieform).
- Übertragungseffizienz (von der Primärenergieform zum Strom).
- die Durchsatzeffizienz (um die GIES- und Nicht-GIES-Gesamteffizienz zu untersuchen).
Daten zeigen, dass die wirtschaftliche und finanzielle Leistung von GIES und Nicht-GIES vergleichbar ist. Daher scheint es bei Überlegungen zur Energiepolitik einen Bedarf an verbesserten Planungsmechanismen für die Kolokalisierung von kohlenstoffarmer Stromerzeugung und Energiespeichersystemen zu geben. Die Regierungen müssen die Art und Höhe optimaler Anreize für eine kohlenstoffarme Stromerzeugung prüfen und dürfen die Notwendigkeit der Speicherung nicht vorwegnehmen. Dieser Bedarf hat zu Technologie geführt unter aktueller Erkundung in den Bereichen thermische, mechanische, elektrische, chemische und Hybridspeicher.
Energy Storage ist überparteilich
Auch weil die Speicherung das gesamte Stromnetz stärkt, hat sie in den USA breite politische Unterstützung gefunden.
Der Better Energy Storage Technology (BEST) Act – HR2986 / S.1602 gibt eine Richtung für die Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsbemühungen im Bereich Energiespeicherung beim US-Energieministerium (DOE) vor. BEST im Überblick bietet folgendes. Es:
- genehmigt jährlich 60 Millionen US-Dollar für RD&D-Projekte im Netzmaßstab über den Zeitraum der Geschäftsjahre 2020 bis 2024
- beauftragt das DOE, bis zum Ende des Geschäftsjahres 2023 bis zu fünf Energiespeicher-Demonstrationsprojekte im Netzmaßstab durchzuführen
- weist das DOE an, standardisierte Tests von Energiespeichersystemen im Netzmaßstab in Zusammenarbeit mit einem oder mehreren nationalen Labors zu beschleunigen
- verlangt vom DOE, einen 10-Jahres-Strategieplan für RD&D zur Energiespeicherung zu entwickeln
Das vorrangige Ziel der Dauer Ergänzung zum Stromspeicher (DAYS)-Programm ist die Entwicklung von Langzeit-Stromspeichersystemen (LDES), die Strom zu gestaffelten Speicherkosten (LCOS) von 5 Cent/kWh-Zyklus über den gesamten Bereich der Speicherdauer (10 bis etwa 100 Stunden) liefern. . Diese Anforderung führt zu Ziellebensdauerkosten, die mit zunehmender Speicherdauer sinken. Das DAYS-Programm umfasst zwei technische Kategorien:
- tägliches Radfahren: LDES-Systeme, die tägliches Radfahren zusätzlich zu länger andauerndem, weniger häufigem Radfahren ermöglichen
- Nicht tägliches Radfahren: LDES-Systeme, die kein tägliches Radfahren und nur weniger häufiges Radfahren ermöglichen
Das Energiegesetz 2020 überarbeitete die Politik in allen angewandten Energie- und Fusions-F&E-Programmen des Energieministeriums, unter anderem durch die Empfehlung, die Finanzierung zu erhöhen und die Bemühungen zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen auszuweiten. Eine Reihe von Kongressdemokraten bezeichnete die Tat als Auftakt für aggressivere Schritte. Der Vorsitzende des Wissenschaftsausschusses des Repräsentantenhauses, Eddie Bernice Johnson (D-TX), nannte es eine „Anzahlung“, während Senator Chuck Schumer (D-NY) es als klimapolitischen Sieg in einem „schwierigen politischen Umfeld“ begrüßte. Er argumentierte jedoch, dass die Gesetzgebung gegen die Bedrohungen des Klimawandels unzureichend sei.
Abschließende Gedanken zur Speicherung erneuerbarer Energien
Fossile Brennstoffe müssen nicht gelagert werden – sie sind ein prähistorischer Energiespeicher. Ihre Energie wird durch Verbrennen freigesetzt, und die Quelle schien endlos. Aber wir haben gelernt, dass fossile Brennstoffe eine existenzielle Krise schaffen, die das Feld der erneuerbaren Energien geöffnet hat.
Es zeichnen sich so viele Möglichkeiten ab, erneuerbare Energien durch erneuerbare Energiespeicher zu ergänzen. Könnten gemeinsame Energiespeicher zum Beispiel in Wohngemeinschaften funktionieren? EIN lernen hat festgestellt, dass Kosteneinsparungen und Verbesserungen der Energiespeicherauslastung von bis zu 13,82 % bzw. 38,98 % vorhanden sind, wenn ein gemeinsam genutzter Energiespeicher anstelle eines individuellen Energiespeichers verwendet wird.
Wie in vielen Dingen im Leben ist eine Mischung aus Speichersystemen für erneuerbare Energien die beste Wahl, um die Einführung erneuerbarer Energien allgegenwärtig zu machen.
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