การจัดเก็บพลังงาน: คำจำกัดความและเส้นทางทางเทคนิค (แบบละเอียดมาก)

การจัดเก็บพลังงาน: คำจำกัดความและเส้นทางทางเทคนิค (แบบละเอียดมาก)

(1) คำจำกัดความของการจัดเก็บพลังงาน

การจัดเก็บพลังงานหมายถึงกระบวนการจัดเก็บพลังงานผ่านตัวกลางหรืออุปกรณ์และปล่อยออกมาเมื่อจำเป็น ด้วยการควบคุมการชาร์จและการคายประจุที่ยืดหยุ่น ทำให้ตระหนักถึงการผลิตและการใช้พลังงานที่ตรงกันในเวลาและพื้นที่ โดยทำหน้าที่เป็นรากฐานสำหรับความยืดหยุ่นของระบบ

การจัดเก็บพลังงานเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญและอุปกรณ์พื้นฐานที่สนับสนุนระบบไฟฟ้าใหม่ โดยสามารถให้บริการต่างๆ มากมายสำหรับการทำงานของโครงข่ายไฟฟ้า ได้แก่ การตัดยอดสูงสุด การควบคุมความถี่ แหล่งจ่ายไฟสำรอง การสตาร์ทสีดำ และการสนับสนุนการตอบสนองความต้องการ ซึ่งทำหน้าที่เป็นมาตรการสำคัญในการปรับปรุงความยืดหยุ่น ความประหยัด และความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าแบบเดิม โดยสามารถเพิ่มความสามารถในการดูดซับพลังงานหมุนเวียนได้อย่างมาก เช่น พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ รองรับการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายและไมโครกริด และทำหน้าที่เป็นเทคโนโลยีหลักที่ขับเคลื่อนการเปลี่ยนพลังงานปฐมภูมิจากเชื้อเพลิงฟอสซิลไปเป็นพลังงานหมุนเวียน นอกจากนี้ การจัดเก็บพลังงานยังอำนวยความสะดวกในการแบ่งปันอย่างเปิดกว้างและการแลกเปลี่ยนการผลิตและการใช้พลังงานอย่างยืดหยุ่น รวมถึงการประสานงานด้านพลังงานต่างๆ โดยถือเป็นรากฐานหลักสำหรับการสร้าง Energy Internet การปฏิรูประบบไฟฟ้าที่ก้าวหน้า และส่งเสริมอุตสาหกรรมพลังงานรูปแบบใหม่

(II) เส้นทางทางเทคนิคของการจัดเก็บพลังงาน

ตามวิธีการจัดเก็บพลังงาน การจัดเก็บพลังงานสามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภท: การจัดเก็บพลังงานกล การจัดเก็บพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี การจัดเก็บพลังงานความร้อน และการจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจน การจัดเก็บพลังงานกลส่วนใหญ่รวมถึงการจัดเก็บพลังน้ำแบบสูบ การจัดเก็บพลังงานลมอัด การจัดเก็บพลังงานมู่เล่และอื่น ๆ การจัดเก็บพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุยิ่งยวดและการจัดเก็บพลังงานแม่เหล็กยิ่งยวด การจัดเก็บพลังงานเคมีไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ไหล แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์และอื่น ๆ

แบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลัก ๆ ตามความต้องการการทำงานของสถานการณ์การใช้งาน: เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่มุ่งเน้นความจุ เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่มุ่งเน้นพลังงาน เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่มุ่งเน้นพลังงาน และเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานสำรอง โดยทั่วไป สี่ประเภท ได้แก่ เน้นความจุ (≥4ชม.) เน้นพลังงาน (ประมาณ 1–2 ชม.) เน้นพลังงาน (≤30นาที) และสำรอง (≥15นาที)

(III) ตัวชี้วัดทางเทคนิคของการจัดเก็บพลังงาน

ตัวชี้วัดทางเทคนิคที่สำคัญของเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานส่วนใหญ่ได้แก่ ความหนาแน่นของพลังงาน ความหนาแน่นของพลังงาน อัตราการปล่อยประจุ ประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงาน วงจรชีวิต เวลาตอบสนอง และอื่นๆ
ความหนาแน่นของพลังงาน (Wh/kg): หมายถึงพลังงานที่แบตเตอรี่เก็บไว้ต่อหน่วยมวล และ 1 Wh เท่ากับพลังงาน 3,600 จูล (J) ความหนาแน่นของพลังงานถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุของแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดธรรมดาคือประมาณ 40 Wh/kg
ความหนาแน่นของพลังงาน (W/kg): หมายถึงอัตราที่แบตเตอรี่ต่อมวลหน่วยสามารถส่งออกพลังงานได้ในระหว่างการคายประจุ ความหนาแน่นของพลังงานยังถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุ และไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นของพลังงาน ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นไม่ได้หมายความว่าความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ในความเป็นจริง ความหนาแน่นของพลังงานอธิบายถึงความสามารถด้านอัตราของแบตเตอรี่ ซึ่งก็คือกระแสสูงสุดที่แบตเตอรี่สามารถคายประจุได้ ความหนาแน่นของพลังงานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่และยานพาหนะไฟฟ้า ความหนาแน่นของพลังงานสูงทำให้รถยนต์ไฟฟ้าสามารถเร่งความเร็วได้อย่างรวดเร็ว ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดทั่วไปโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยวัตต์ต่อกิโลกรัม ซึ่งบ่งชี้ว่าประสิทธิภาพการคายประจุที่มีอัตราสูงต่ำ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันสามารถบรรลุความหนาแน่นของพลังงานได้หลายกิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม
อัตราการคายประจุ: อัตราการคายประจุ = กระแสประจุ-คายประจุ / ความจุพิกัด สัญลักษณ์ "C" ใช้เพื่อแสดงถึงความสามารถในการชาร์จและอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่ โดยที่ 1C แสดงถึงกระแสไฟที่ต้องใช้ในการคายประจุแบตเตอรี่จนหมดภายในหนึ่งชั่วโมง
ประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงาน: หมายถึงอัตราส่วนของปริมาณไฟฟ้าที่จัดเก็บโดยอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานต่อพลังงานอินพุต