Akumulator magazynujący energię

Akumulator magazynujący energię

Akumulator energii, nazywany akumulatorem energii, to urządzenie elektrochemiczne specjalnie wykorzystywane do przechowywania energii elektrycznej wytwarzanej przez energię odnawialną (taką jak energia słoneczna i energia wiatru) lub energii elektrycznej poza godzinami szczytu sieci energetycznej oraz uwalniania energii elektrycznej w okresach szczytowego zużycia energii lub niedoborów mocy¹. Jako kluczowy element nowego systemu elektroenergetycznego akumulatory magazynujące energię realizują transfer energii elektrycznej w czasie i przestrzeni, skutecznie eliminując nieciągłość i zmienność energii odnawialnej. Mają one ogromne znaczenie dla poprawy stabilności sieci energetycznej, zwiększenia zużycia energii i osiągnięcia celów „Dual Carbon”.

Wraz z głęboką transformacją globalnego koszyka energetycznego, branża akumulatorów do magazynowania energii przeszła długą drogę rozwojową, od wczesnej dominacji akumulatorów ołowiowo-kwasowych do powszechnego zastosowania akumulatorów litowo-jonowych i dalej do współistnienia zróżnicowanych szlaków technicznych. Obecnie akumulatory litowo-jonowe (zwłaszcza akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe) zajmują dominującą pozycję na rynku ze względu na wysoką gęstość energii, długą żywotność i umiarkowane koszty. Tymczasem rozwiązania techniczne, takie jak akumulatory przepływowe i akumulatory sodowo-jonowe, wykazały wyjątkowe zalety w zakresie długotrwałego magazynowania energii i konkretnych scenariuszy zastosowań, zmuszając branżę do ewolucji w kierunku wyższego bezpieczeństwa, niższych kosztów i dłuższej żywotności.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe
Akumulatory kwasowo-ołowiowe reprezentują najstarszą technologię magazynowania energii. Ich elektrody zbudowane są z ołowiu i tlenków ołowiu, a elektrolitem jest roztwór kwasu siarkowego. Ich zalety obejmują dojrzałą technologię, wysoką niezawodność i niski koszt. Niemniej jednak akumulatory kwasowo-ołowiowe mają wady, takie jak niska gęstość energii, krótki cykl życia (około 1000 do 1500 cykli), mała prędkość ładowania i zanieczyszczenie metalami ciężkimi. Obecnie są one wdrażane głównie na wrażliwych kosztowo rynkach z niższej półki, w tym w małych systemach poza siecią i zasilaczach awaryjnych UPS, i są stopniowo zastępowane akumulatorami litowo-jonowymi.

Baterie litowo-jonowe
Baterie litowo-jonowe są obecnie najpowszechniej stosowaną technologią magazynowania energii. Ich podstawowa zasada działania opiera się na interkalacji i deinterkalacji jonów litu pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną w celu magazynowania energii. W sektorze magazynowania energii dominującą pozycję zajmują akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP). Nie zawierające metali szlachetnych, akumulatory LFP charakteryzują się wysokim bezpieczeństwem, długą żywotnością (od 6 000 do 12 000 cykli) i stosunkowo niskimi kosztami, co czyni je absolutnie głównym produktem na obecnym rynku magazynowania energii. Trójskładnikowe baterie litowe zapewniają wysoką gęstość energii i korzystną wydajność w niskich temperaturach, ale charakteryzują się stosunkowo niskim bezpieczeństwem i wyższymi kosztami, i są używane głównie w specjalnych scenariuszach, w których obowiązują rygorystyczne wymagania dotyczące gęstości energii.

Baterie przepływowe
Baterie przepływowe to technologie odpowiednie do magazynowania energii na dużą skalę i przez długi czas. Cechą charakterystyczną jest oddzielenie mocy od pojemności: materiały aktywne są przechowywane w zewnętrznych zbiornikach elektrolitu i pompowane do stosu w celu wywołania reakcji chemicznych. Baterie przepływowe w całości wanadowe są najbardziej zaawansowanym technicznie i komercyjnie typem baterii przepływowych. Oferując wyjątkowo długą żywotność cykli (15 000 do 20 000 cykli), najwyższe bezpieczeństwo i zerowy efekt pamięci, nadają się do scenariuszy długotrwałego magazynowania energii wymagających ponad czterech godzin rozładowania. Poza tym inne odmiany, takie jak baterie przepływowe żelazowo-chromowe, są w ciągłym rozwoju; cieszą się one zaletą niższych kosztów, ale są nieco opóźnione pod względem dojrzałości technicznej.

Baterie sodowo-siarkowe
W akumulatorach sodowo-siarkowych stosuje się ciekły sód jako elektrodę ujemną, siarkę jako elektrodę dodatnią, a rurki ceramiczne jako separatory elektrolitu. Charakteryzują się dużą gęstością energii, dużą wydajnością i długą żywotnością, jednak muszą pracować w wysokich temperaturach (powyżej 300°C), stawiając niezwykle rygorystyczne wymagania w zakresie izolacji termicznej i kontroli bezpieczeństwa systemu. Akumulatory sodowo-siarkowe, ograniczone specjalnymi warunkami pracy, mają stosunkowo ograniczone scenariusze zastosowań, głównie skoncentrowane w określonych projektach oszczędzania szczytów sieci.

Baterie sodowo-jonowe
Baterie sodowo-jonowe mają podobny mechanizm działania jak baterie litowo-jonowe, zastępując jednocześnie zasoby litu zasobami sodu. Ich mocne strony leżą w dużych rezerwach surowców, dużym potencjale redukcji kosztów, doskonałej wydajności w niskich temperaturach i zwiększonym bezpieczeństwie w porównaniu z bateriami litowymi. Obecnie akumulatory sodowo-jonowe znajdują się wciąż na wczesnym etapie komercjalizacji i oczekuje się, że będą uzupełnieniem akumulatorów litowych w scenariuszach długotrwałego magazynowania energii i zastosowań w niskich temperaturach.