Uneori doi este mai bine decât unul. Cuplarea energiei solare și a tehnologiilor de stocare este un astfel de caz. Motivul: energia solară nu este întotdeauna produsă în momentul în care este cea mai necesară energie. Consum de putere maximă apare adesea pe după-amiezele și serile de vară când producerea de energie solară scade. Temperaturile pot fi cele mai ridicate în aceste perioade, iar oamenii care lucrează în timpul zilei ajung acasă și încep să folosească electricitatea pentru a-și răci casele, a găti și a rula electrocasnice.
Depozitarea ajută solarul să contribuie la alimentarea cu energie electrică chiar și atunci când soarele nu strălucește. De asemenea, poate ajuta la netezirea variațiilor în modul în care energia solară circulă pe rețea. Aceste variații sunt atribuite modificărilor cantității de lumină solară care strălucește fotovoltaice (PV) panouri sau concentrarea energiei solar-termice sisteme (CSP). Producția de energie solară poate fi afectată de anotimp, ora din zi, nori, praf, ceață sau obstacole precum umbre, ploaie, zăpadă și murdărie. Uneori, stocarea energiei este amplasată împreună cu un sistem de energie solară sau plasată lângă acesta, iar uneori sistemul de stocare este singur, dar în oricare dintre configurații, poate ajuta la integrarea mai eficientă a energiei solare în peisajul energetic.
Ce este stocarea energiei?
„Depozitare” se referă la tehnologiile care pot capta electricitatea, o pot stoca ca altă formă de energie (chimică, termică, mecanică) și apoi o pot elibera pentru utilizare atunci când este nevoie. Baterii litiu-ion sunt o astfel de tehnologie. Deși utilizarea stocării energiei nu este niciodată eficientă 100% – o parte din energie se pierde întotdeauna în transformarea energiei și recuperarea acesteia – stocarea permite utilizarea flexibilă a energiei în momente diferite de când a fost generată. Deci, stocarea poate crește eficiența și rezistența sistemului și poate îmbunătăți calitatea energiei prin potrivirea ofertei și a cererii.
Instalațiile de stocare diferă atât prin capacitatea energetică, care este cantitatea totală de energie care poate fi stocată (de obicei în kilowați-oră sau megawați-oră), cât și prin capacitatea de putere, care este cantitatea de energie care poate fi eliberată la un moment dat ( de obicei în kilowați sau megawați). Diferite capacități de energie și putere de stocare pot fi utilizate pentru a gestiona diferite sarcini. Stocarea pe termen scurt, care durează doar câteva minute, va asigura că o instalație solară funcționează fără probleme în timpul fluctuațiilor de producție din cauza norilor trecătoare, în timp ce stocarea pe termen mai lung poate ajuta la furnizarea de aprovizionare în zile sau săptămâni când producția de energie solară este scăzută sau în timpul unui eveniment meteorologic major. , de exemplu.
Avantajele combinării stocării și solare
Echilibrarea sarcinilor de energie electrică – Fără stocare, electricitatea trebuie să fie generată și consumată în același timp, ceea ce poate însemna că operatorii de rețea iau o parte din generație offline sau o „reduce”, pentru a evita supragenerarea și problemele de fiabilitate a rețelei. În schimb, pot exista alte momente, după apusul soarelui sau în zilele înnorate, când există o producție solară mică, dar o cerere mare de energie. Introduceți spațiul de stocare, care poate fi umplut sau încărcat atunci când generarea este mare și consumul de energie este scăzut, apoi distribuită când sarcina sau cererea sunt mari. Atunci când o parte din energia electrică produsă de soare este depozitată, acea electricitate poate fi utilizată ori de câte ori operatorii de rețea au nevoie de ea, inclusiv după ce soarele a apus. În acest fel, depozitarea acționează ca o poliță de asigurare pentru soare.
Generarea solară „întărită” – Stocarea pe termen scurt poate asigura că schimbările rapide ale producției nu afectează în mare măsură randamentul unei centrale solare. De exemplu, o baterie mică poate fi folosită pentru a trece printr-o întrerupere scurtă de generație de la un nor care trece, ajutând rețeaua să mențină o sursă electrică „firmă”, care este fiabilă și consecventă.
Asigurarea rezistenței – Solarul și stocarea pot furniza energie de rezervă în timpul unei întreruperi electrice. Ei pot menține instalațiile critice în funcțiune pentru a asigura servicii esențiale continue, cum ar fi comunicațiile. Solar și stocarea pot fi, de asemenea, utilizate pentru microrețele și aplicații la scară mai mică, cum ar fi unitățile de alimentare mobile sau portabile.
Tipuri de stocare a energiei
Cel mai comun tip de stocare a energiei în rețeaua electrică este hidroenergia pompată. Dar tehnologiile de stocare cel mai frecvent cuplate cu centralele solare sunt stocarea electrochimică (baterii) cu centrale fotovoltaice și stocarea termică (fluide) cu centrale CSP. Alte tipuri de stocare, cum ar fi stocarea aerului comprimat și volantele, pot avea caracteristici diferite, cum ar fi descărcarea foarte rapidă sau capacitatea foarte mare, care le fac atractive pentru operatorii de rețea. Mai multe informații despre alte tipuri de stocare sunt mai jos.
Hidroenergie cu stocare prin pompare
Hidroenergie cu acumulare prin pompare este o tehnologie de stocare a energiei bazată pe apă. Energia electrică este folosită pentru a pompa apă în sus într-un rezervor atunci când cererea de energie este scăzută. Mai târziu, apa poate fi lăsată să curgă înapoi în jos și să rotească o turbină pentru a genera electricitate atunci când cererea este mare. Hidropomparea este o tehnologie de stocare bine testată și matură, care a fost folosită în Statele Unite din 1929. Cu toate acestea, necesită peisaje și rezervoare adecvate, care pot fi lacuri naturale sau create de om prin construirea de baraje, necesitând autorizații de reglementare îndelungate, lungi timpii de implementare și un capital inițial mare. În afară de arbitrajul energetic, valoarea serviciilor hidropompate pentru a integra surse regenerabile variabile nu este pe deplin realizată, ceea ce poate face ca perioada de rambursare financiară să fie lungă. Acestea sunt câteva dintre motivele pentru care hidrocentrala nu a fost construită recent, deși interesul este evident din cererile către Comisia Federală de Reglementare a Energiei pentru permise și licențe preliminare.
Depozitare electrochimică
Mulți dintre noi sunt familiarizați cu bateriile electrochimice, precum cele găsite în laptopuri și telefoane mobile. Când electricitatea este alimentată într-o baterie, aceasta provoacă o reacție chimică și energia este stocată. Când o baterie este descărcată, acea reacție chimică este inversată, ceea ce creează tensiune între două contacte electrice, determinând curgerea curentului din baterie. Cea mai comună chimie pentru celulele bateriei este litiu-ion, dar alte opțiuni comune includ bateriile pe bază de plumb-acid, sodiu și nichel.
Stocarea energiei termice
Stocarea energiei termice este o familie de tehnologii în care un fluid, cum ar fi apa sau sare topită, sau alt material este folosit pentru a stoca căldura. Acest material de stocare termică este apoi stocat într-un rezervor izolat până când este nevoie de energie. Energia poate fi utilizată direct pentru încălzire și răcire sau poate fi folosită pentru a genera energie electrică. În sistemele de stocare a energiei termice destinate energiei electrice, căldura este folosită la fierberea apei. Aburul rezultat antrenează o turbină și produce energie electrică folosind același echipament care este utilizat în stațiile de generare a energiei electrice convenționale. Stocarea energiei termice este utilă în instalațiile CSP, care concentrează lumina soarelui pe un receptor pentru a încălzi un fluid de lucru. Dioxidul de carbon supercritic este explorat ca un fluid de lucru care ar putea profita de temperaturile mai ridicate și ar putea reduce dimensiunea centralelor generatoare.
Depozitare volantă
Un volant este o roată grea atașată la un arbore care se rotește. Cheltuirea energiei poate face roata să se întoarcă mai repede. Această energie poate fi extrasă prin atașarea roții la un generator electric, care folosește electromagnetismul pentru a încetini roata și pentru a produce electricitate. Deși volantele pot furniza rapid putere, ele nu pot stoca multă energie.
Depozitarea aerului comprimat
Sistemele de stocare a aerului comprimat constau din vase mari, cum ar fi rezervoarele, sau formațiuni naturale, cum ar fi peșterile. Un sistem de compresor pompează vasele pline cu aer sub presiune. Apoi aerul poate fi eliberat și folosit pentru a antrena o turbină care produce energie electrică. Sistemele existente de stocare a energiei cu aer comprimat folosesc adesea aerul eliberat ca parte a unui ciclu de alimentare cu gaz natural pentru a produce electricitate.
Combustibili solari
Energia solară poate fi folosită pentru a crea noi combustibili care pot fi arși (arși) sau consumați pentru a furniza energie, stocând eficient energia solară în legăturile chimice. Printre combustibilii posibili pe care cercetătorii îi examinează se numără hidrogenul, produs prin separarea acestuia de oxigenul din apă, și metanul, produs prin combinarea hidrogenului și a dioxidului de carbon. Metanul este componenta principală a gazelor naturale, care este folosită în mod obișnuit pentru a produce energie electrică sau a încălzi locuințe.
Stocare virtuală
Energia poate fi stocată și modificând modul în care folosim dispozitivele pe care le avem deja. De exemplu, prin încălzirea sau răcirea unei clădiri înainte de un vârf anticipat al cererii de electricitate, clădirea poate „înmagazina” acea energie termică, astfel încât să nu fie nevoie să consume energie electrică mai târziu în cursul zilei. Clădirea în sine acționează ca un termos prin stocarea aerului rece sau cald. Un proces similar poate fi aplicat încălzitoarelor de apă pentru a distribui cererea pe parcursul zilei.
În cele din urmă, clienții solari rezidențiali și comerciali, precum și utilitățile și operatorii solari la scară largă deopotrivă pot beneficia de sisteme solar-plus-stocare. Pe măsură ce cercetările continuă și costurile energiei solare și stocării scad, soluțiile solare și de stocare vor deveni mai accesibile tuturor americanilor.
