Perustuu erilaisiin energian varastointimuotoihin,energian varastointitekniikatvoidaan jakaa viiteen luokkaan: mekaaninen energian varastointitekniikka, sähkökemiallinen energian varastointitekniikka, sähköenergian varastointitekniikka, kemiallinen energian varastointitekniikka ja lämpöenergian varastointitekniikka.
◇Sähköenergian varastointitekniikka
◇Kemiallinen energian varastointitekniikka
Mekaaninen energian varastointitekniikka
Kuten hyvin tiedetään, luonnossa on erilaisia kineettisen ja potentiaalisen energian muotoja, kuten virtaava vesi, luonnontuuli, vuorovesi ja aallot; ihmisen toiminta tuottaa myös paljon kineettistä ja potentiaalista energiaa, kuten ihmisten, ajoneuvojen, laivojen ja nesteiden liikkumista. Kaikki nämä energiat, sekä luonnossa että ihmisen toiminnassa tuotetut, ovat uusiutuvia energialähteitä. Mekaaninen energia on kineettisen ja potentiaalisen energian summa, fysikaalinen suure, joka edustaa kohteen liiketilaa ja korkeutta. Kohteen kineettinen ja potentiaalinen energia voidaan muuntaa toisikseen; kineettisen ja potentiaalisen energian keskinäisen muuntamisen prosessissa mekaanisen energian kokonaismäärä pysyy vakiona, eli mekaaninen energia säilyy.
Mekaaninen energian varastointi on tekniikka, joka muuntaa energian mekaaniseksi energiaksi varastointia varten ja muuntaa sen sitten takaisin sähköenergiaksi tarvittaessa. Yleisiä mekaanisia energian varastointimenetelmiä ovat pumppaava vesivarasto, paineilmavarasto ja vauhtipyörän energian varastointi. Mekaanisilla energian varastointitekniikoilla on tyypillisesti korkea tehotiheys, nopea reagointikyky ja pitkä käyttöikä, joten ne soveltuvat verkon säätelyyn ja hätävirransyöttöön. Niiden varastointiaika ja mittakaava vaihtelevat tietyn tekniikan mukaan minuuteista päiviin ja voivat vastata erilaisiin energian varastointitarpeisiin.
Pumpattu vesivarasto:
Pumppuvesivarastointi on tällä hetkellä eniten käytetty suuren mittakaavan{0}}energian varastointitekniikka. Se käyttää sähköä veden pumppaamiseen matalan -tason säiliöstä korkeatasoiseen-säiliöön ja varastoi potentiaalisen energiansa. Sähkön kysyntähuippujen aikana vesi vapautuu sähkön tuottamiseksi turbiinien kautta. Tällä menetelmällä on suhteellisen korkea muunnoshyötysuhde (tyypillisesti 70–85 %), se soveltuu sähköverkon huippu-laaksojen erojen säätelyyn ja tarjoaa suuren tallennuskapasiteetin ja vakaan toiminnan.
Pumppuvesivarastointia käytetään usein tukemaan uusiutuvan energian verkkointegraatiota, tasapainottamaan kysynnän ja tarjonnan vaihteluja, ja sillä on pitkä varastointiaika ja vahva reservikapasiteetti. Sen toimintaperiaate on esitetty kuvassa 1-1.
Paineilmaenergian varastointi:
Paineilmaenergian varastointi käsittää ilman puristamisen sähkökäyttöisellä kompressorilla ja sen varastoinnin maanalaisissa luolissa, säiliöissä tai paineastioissa. Kun sähkön kysyntä kasvaa, varastoitu paineilma vapautetaan, lämmitetään ja sitä käytetään turbiinin käyttämiseen sähkön tuottamiseksi. Paineilmaenergian varastointi tarjoaa tyypillisesti laajan -mittakaavan,-pitkän aikavälin energian varastointiominaisuudet, joiden hyötysuhteet vaihtelevat yleensä 50–70 %. Näitä tehokkuuksia voidaan parantaa edelleen, kun ne yhdistetään lämmön talteenottotekniikoihin. Se sopii integroitavaksi suurten-uusiutuvan energian voimaloiden kanssa verkon joustavuuden ja vakauden parantamiseksi.
Vauhtipyörän energian varastointi:
Vauhtipyörän energian varastointi käyttää moottoria vauhtipyörän käyttämiseen suurella nopeudella, mikä muuntaa sähköenergian kineettiseksi energiaksi varastointia varten. Tarvittaessa vauhtipyörä käyttää generaattoria, joka muuttaa liike-energian takaisin sähköenergiaksi. Vauhtipyörän energian varastointitekniikka tunnetaan erittäin nopeasta vastenopeudestaan (tyypillisesti millisekunnin alueella) ja pitkästä käyttöiästä (jopa satoja tuhansia jaksoja), joten se soveltuu lyhytaikaisiin-tehokkaisiin-energian varastointiskenaarioihin, kuten verkon taajuuden säätöön ja UPS-skenaarioihin. Vauhtipyörän energian varastoinnin muunnostehokkuus on tyypillisesti korkea, ja se on 85–95 %, mutta sen varastointiaika on suhteellisen lyhyt, ja sitä käytetään yleensä tasapainottamaan lyhytaikaisia{7}}tehovaihteluita. Kuvassa 1-2 on kaavio vauhtipyörän energiaa varastoivasta voimajärjestelmästä.
Sähkökemiallinen energian varastointitekniikka
Sähkökemiallinen energian varastointi on tekniikka, joka muuntaa sähköenergian kemialliseksi energiaksi sähkökemiallisten reaktioiden kautta, varastoi sen ja muuntaa sen sitten takaisin sähköenergiaksi tarvittaessa. Sen ydin on energian varastointi ja vapauttaminen akkujen lataus- ja purkuprosessin kautta. Sähkökemiallisella energian varastointitekniikalla on etuja, kuten nopea vastenopeus, korkea hyötysuhde, joustava asennus ja modulaarinen rakenne, mikä tekee siitä sopivan sellaisiin skenaarioihin kuin uusiutuvan energian verkkoon{2}}liitetyn taajuuden säätö, huippu-laakson säätö ja hätävirtalähde. Tällä hetkellä tavanomaisia sähkökemiallisia energian varastointitekniikoita ovat lyijy-happoakut, nikkeli-metallihydridiakut, litium-ioni-akut, natrium-ioni-akut ja virtausakut, joilla kullakin on ainutlaatuinen suorituskyky, sovellusskenaariot ja kehityspotentiaali. Kun uusiutuvan energian osuus kasvaa, sähkökemiallinen energian varastointi on ratkaisevassa roolissa maailmanlaajuisessa energiarakenteen muutoksessa, ja se on tärkeä tae puhtaan,{10}}vähähiilisen ja turvallisen energiajärjestelmän saavuttamiselle.
Lyijy{0}}happoakut:
Lyijy-happoakut ovat pitkään-vakioitu ja laajalti käytetty sähkökemiallinen energian varastointitekniikka. Niiden periaatteena on käyttää lyijyä ja sen oksideja positiivisena ja negatiivisena elektrodimateriaalina ja rikkihapon vesiliuosta elektrolyyttinä varaamiseen ja purkamiseen sähkökemiallisen reaktion kautta. Lyijy-happoakuilla on etuja, kuten alhaiset tuotantokustannukset, kehittynyt tekniikka, korkea luotettavuus ja vahva kestävyys ylilataukselle ja yli{5}}purkaukselle, ja niitä käytetään laajalti autojen käynnistysakkuissa, varavirtalähteissä ja energian varastointijärjestelmissä. Lyijyakkujen -happoakkujen energiatiheys on kuitenkin pieni, niiden käyttöikä on rajoitettu ja ne sisältävät myrkyllistä lyijyä, joka voi saastuttaa ympäristöä, jos ne hävitetään väärin. Tästä huolimatta lyijyakuilla on edelleen merkittävä asema tietyillä aloilla, erityisesti kustannusherkissä sovelluksissa. Tulevaisuudessa ympäristöystävällinen kierrätys ja lyijyakkujen{12}}suorituskyvyn parantaminen ovat keskeisiä suuntaviivoja tämän tekniikan kehittämisessä.
Nikkeli{0}}metallihydridiakut (NiMH):
NiMH-akut ovat sähkökemiallista energian varastointitekniikkaa, joka käyttää nikkelihydroksidia positiivisena elektrodina ja nikkelihydridiä negatiivisena elektrodina. Ne tarjoavat etuja, kuten korkean energiatiheyden, ympäristöystävällisyyden ja pitkän käyttöiän. Perinteisiin akkuihin verrattuna NiMH-akuissa ei ole kadmiumiin ja molybdeeniin liittyviä kemiallisia vaaroja, mikä tekee niistä ympäristöystävällisempiä. Siksi niitä käytetään laajalti sähkötyökaluissa, hybridiajoneuvoissa ja kannettavissa elektronisissa laitteissa. Niillä on myös korkea lataus-purkausteho ja ne toimivat vakaasti eri ympäristöissä. Nikkeliakkujen keskeinen ominaisuus on niiden vahva ylilatauksen ja yli-purkauksen sietokyky, mikä tekee niistä erinomaiset sovelluksissa, jotka vaativat toistuvaa latausta ja purkamista. Vaikka litium-ioni-akkujen yleistyminen viime vuosina on johtanut NiMH-akkujen markkinaosuuden laskuun, niillä on edelleen paikkansa tietyillä sovellusalueilla.
Litium{0}}ioni-akut:
Litium-ioni-akut ovat sähkökemiallista energian varastointitekniikkaa, joka mahdollistaa latauksen ja purkamisen asettamalla ja poistamalla litiumioneja positiivisen ja negatiivisen elektrodin väliin. Litiumin kevyt paino ja suuri energiatiheys ovat johtaneet litiumioniakkujen laajaan käyttöön kannettavissa elektronisissa laitteissa, sähköajoneuvoissa ja uusiutuvan energian varastoinnissa. Litium-ioni-akut tarjoavat etuja, kuten pitkän käyttöiän ja ilman muistiefektiä, mutta niillä on myös tiettyjä turvallisuusongelmia, kuten ylilatauksen ja yli{5}}purkautumisen aiheuttama lämpökarkailu. Teknologisen kehityksen myötä litiumioniakkujen turvallisuus ja sähkökemiallinen suorituskyky ovat jatkuvasti parantuneet, ja kustannukset ovat laskeneet, mikä tekee niistä yhden markkinoiden laajimmin käytetyistä energian varastointiakuista. Tulevaisuudessa tekniikoiden, kuten solid-state-elektrolyyttien ja pii{10}pohjaisten anodien, kehityksen odotetaan edelleen parantavan litiumioniakkujen sähkökemiallista suorituskykyä ja turvallisuutta.
Natrium{0}}ioni-akut:
Natrium-ioni-akut ovat nopeasti kehittyvä uusi sähkökemiallinen energian varastointitekniikka viime vuosina. Niiden toimintaperiaate on samanlainen kuin litium-ioni-akkujen, joissa litiumionit interkaloituvat ja deinterkaloituvat positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä lataamista ja purkamista varten. Natrium-ioniakkujen edut ovat natriumresurssien runsaus ja alhainen hinta sekä niiden riippumattomuus litiumresurssien rajoituksista, mikä tekee niistä erityisen soveltuvia suuriin-energian varastointisovelluksiin. Vaikka niiden energiatiheys on litium-ioniakkuja pienempi, natrium-ioni-akkujen suorituskyky on hyvä syklin vakauden, alhaisen-lämpötilojen ja turvallisuuden suhteen, mikä lupaa paljon tulevaa kehitystä. Tällä hetkellä natrium-ioniakkuja koskeva tutkimus keskittyy energiatiheyden parantamiseen, käyttöiän pidentämiseen ja valmistuskustannusten alentamiseen. Jatkuvan teknologisen kehityksen myötä natrium-ioniakuista odotetaan tulevan yksi tärkeimmistä ratkaisuista laajamittaiseen energian varastointiin.
Flow-akku:
Flow-akut ovat sähkökemiallista energian varastointitekniikkaa, jossa elektrolyytti varastoidaan ulkoiseen säiliöön. Niiden periaatteena on varastoida ja vapauttaa energiaa sähkökemiallisten reaktioiden kautta kahden eri elektrolyytin välillä akussa. Flow-akkujen merkittävä ominaisuus on niiden itsenäisesti säädettävä energia ja teho; varastointikapasiteettia voidaan laajentaa lisäämällä varastoidun elektrolyytin määrää, mikä tekee niistä erityisen sopivia suuriin-pitkäaikaisiin-energian varastointisovelluksiin. Yleisiä virtausakkutyyppejä ovat vanadiini-pelkistysvirtausakut ja sinkki/bromivirtausakut. Flow-akut tarjoavat pitkän käyttöiän, hyvän turvallisuuden ja ympäristöystävällisyyden, mutta niiden alkuinvestointi on suuri ja akkujärjestelmä monimutkainen. Teknologisen kehityksen myötä virtausakkujen potentiaali suuressa mittakaavassa{7}}energian varastoinnissa on vähitellen nousemassa esiin, erityisesti uusiutuvan energian verkkointegraatio- ja verkonsäätösovelluksissa.