Table of Contents
הצורך הגדול באחסון אנרגיה בערים מודרניות
ככל שהאוכלוסייה העירונית צומחת, רשתות החשמל העירוניות ניצבות בפני מתח חסר תקדים.דור חשמל מרכזי וחלוקה חד-כיווי כבר לא מספיקות כדי להתמודד עם יכולת הגמישות המוצגת על ידי מקורות מתחדשים כמו השמש והרוח. אחסון האנרגיה העירונית התפתח כפתרון קריטי, המאפשר לערים לאזן ולביקוש בזמן אמת, להפחית את התלות בתחנות הדלק המאובנים, ולשפר את החיסרון הרשת הכולל על ידי אחסון עודף אנרגיה, כאשר היא פועלת במהירות של שעות אחסון אוויריות וצריכת אנרגיה וצריכת אנרגיה שחורה.
על פי נתוני משרד האנרגיה של הנדסת חשמל:0.U.S. Department of EnergyBuildalph1, אחסון אנרגיה הוא אמצעי מפתח של רשת מודרנית וגמישה. בערים, מגבלות חלל וצפיפות אוכלוסין גבוהות הופכות טכנולוגיות אחסון קומפקטיות, בעלות ערך במיוחד.
תפקיד אחסון האנרגיה בניהול כוח עירוני
אחסון אנרגיה עירונית מעבר פשוט לאחסון חשמל.זה מספק חבילה של שירותי רשת אשר משפרים את האמינות, יעילות וקיימות של מערכות כוח עירוני.מערכות אלה יכולות להיות פרוסות בקנה מידה של שירותים מסחריים, או אפילו בשכונות מגורים, יצירת רשת מבוזרת של משאבים גמישים.
גידור בלנק ותקנות תדירות
אחד התפקידים העיקריים של אחסון אנרגיה הוא שמירה על יציבות הרשת.כאשר עלייה פתאומית בביקוש או ירידה בדור מתרחשת, מערכות אחסון יכולות להזריק או לספוג כוח בתוך מילימטרים, שמירה על מתח ותדירות בטווחים הפעלה בטוח.
העלאה וביקוש
מתקנים מסחריים ותעשייתיים לעתים קרובות להתמודד עם תביעות ביקוש גבוהות בהתבסס על צריכת החשמל שלהם.על ידי אחסון אנרגיה בשעות מחוץ לפסאק וניתוק במהלך תקופות שיא, מערכות אחסון יכולות להוריד באופן משמעותי את העלויות האלה.פרקטיקה זו - הידועה בשם גילוח שיא - גם מפחיתה את המתח על הרשת, מעכבת את הצורך בשדרוגים יקרים.
גיבוי כוח וחוססן
אסונות טבע, מתקפות סייבר וכישלונות בציוד יכולים לשבש את אספקת החשמל העירונית.אחסון אנרגיה מספק כוח גיבוי מיידי למתקנים קריטיים כגון בתי חולים, מרכזי תגובה חירום ותחנות טיפול במים.כאשר בשילוב עם דור מתחדשים, אחסון יכול לשמור על שירותים חיוניים הפועלים גם במהלך הפסקות ממושכות.
סוגים של אנרגיה עירונית אחסון טכנולוגיות
טכנולוגיות שונות מופצות בהגדרות עירוניות, כל אחת מהן עם מאפיינים ייחודיים המתאימים ליישומים שונים.
סוללות אנרגיה אחסון מערכות (BESS)
סוללות ליתיום-יון שולטות בנוף האחסון העירוני בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהם, תגובה מהירה, וירידה בעלויות.הם משמשים בכל דבר מיחידות מגורים קטנות להתקנה בקנה מידה רב-בינוני של סוללות. Flow - כגון Vanadium Redox - מחוץ לטווח ארוך יותר אחסון ונחשב יותר ויותר עבור יישומים הדורשים 4-12 שעות של שחרור.
אחסון הידרו
למרות שבאופן מסורתי ממוקם באזורים הרריים, הידרוד משואב יכול להיות מותאם לסביבות עירוניות באמצעות מאגרים תת-קרקעיים או תשתיות מים קיימות.לדוגמה, ערים כמו סיאול להשתמש הידרוד משואבים סכרים הסמוכים לספק אחסון אנרגיה רב וייצוב רשת. בעוד הון-intensive ו- גיאוגרפית מחוספס, שואבת הידרו מספק יכולות אחסון גדולות מאוד ותוחלת חיים ארוכה.
אחסון אנרגיה Flyגלגל
גלגלות מאחסנות אנרגיה קינטית ברוטטור מסתובבות ויכולות לספק פלט חשמל גבוה למשך זמן קצר (שניים עד דקות) הן מצטיינים בתדירות הרגולציה ומציקות תנודות מהירות ממתחדשים. בערים, גלגלות לעתים קרובות מותאמות עם סוללות כדי ליצור מערכות היברידיות המשלבות תגובה מהירה עם משלוח אנרגיה מתמשך.
אחסון אנרגיה תרמית
אחסון תרמי לוכד חום או קר לשימוש מאוחר יותר, צמצום העומס על מערכות חימום חשמליות קירור. מערכות אחסון קרח במבנים מסחריים מייצרים קרח בלילה כאשר חשמל זול יותר ולהשתמש בו עבור מיזוג אווירי בשעות היום. בדומה, אחסון מלח מלוטש משמש בריכוז תחנות כוח סולאריות אבל יכול גם להשתלב ברשתות חימום מחוז באזורים עירוניים צפופים.
אחסון אוויר ו הידרוגן
אחסון אנרגיה אווירי קומפרס (CAES) משתמש בחשמל עודף כדי לדחוס אוויר במערות תת-קרקעיות או טנקים מחוננים, לשחרר אותו כדי לנהוג טורבינות.בעוד פחות נפוץ בערים בשל דרישות חלל, פרויקטים של טייסים הם חקרו מימן ירוק בקנה מידה קטן יותר CAES. מיוצר באמצעות אלקטרוליטיזה ניתן לאחסן ולהשתמש מאוחר יותר בתאי דלק או טורבינות בעירה, המציעה לטווח ארוך, אחסון עונתי - אפשרות מבטיחה עבור מערכות אנרגיה עירונית.
יתרונות מרכזיים בניהול כוח עירוני
אימוץ אחסון אנרגיה מספק יתרונות מרובים, מקושרים שמחזקים מערכות כוח עירוניות ותומכים במטרות קיימות.
שיפור אחריות וגמישות
על ידי מתן כוח גיבוי ותגובה מהירה, אחסון מפחית את תדירות ומשך של בחוץ. בערים נטייה למזג אוויר קיצוני, מערכות אחסון יכולות לטעון קריטי האי ולשמור על כוח עבור שירותים חיוניים. חוסן זה הוא עדיפות גבוהה עבור מתכננים עירוניים ומפעילי שירות.
אינטגרציה של אנרגיה מתחדשת
השמש והרוח הם משתנים מטבעם.אחסון חלק מהפסגות והעמקים, ומאפשר לערים לארח נתח גבוה יותר של מתחדשים ללא ייצוב הרשת.לדוגמה, עיר המופעלת על ידי השמש יכולה לאחסן עודף של ימי הביניים ולהפיץ אותו במהלך הביקוש לפסגה הערב, ובכך למעשה לשנות את הדור הסולארי לשעות הלילה.
היתרונות הכלכליים והפחתת עלויות
אחסון אנרגיה מקטין את הצורך בתחנות כוח שיא יקרות שבדרך כלל לרוץ רק כמה מאות שעות בשנה.זה גם מוריד עלויות חשמל סיטונאיות על ידי צמצום מחירי המחירים במהלך הביקוש הגבוה.עבור תשלומים, אחסון יכול להפחית את חשבונות החשמל באמצעות אופטימיזציה עתודה וזמן של שימוש.
יתרונות בריאותיים סביבתיים וציבוריים
על ידי הסרת צמחי שיא דלק מאובנים - אשר לעתים קרובות לשרוף גז טבעי או דיזל - ניתוח להפחית זיהום אוויר פליטת גזי חממה.זה מועיל במיוחד באזורים עירוניים מאוכלסים בצפיפות, שבו איכות אוויר ירודה מציבה סיכונים בריאותיים חמורים.אחסון גם תומך ברכב חשמלי (EV) תשתיות טעינה, המאפשר תחבורה נקייה.
השקעות תשתית
שדרוגים גריאד, כגון תת-תחלות חדשות וקווי שידור, יקרים ולוקחים שנים לתכנן ולבנות.אחסון מונחה אסטרטגית יכול להקל על עומס קווים קיימים ולדחות את הוצאות ההון.גישה זו "לא-חוטית" מאומץת יותר ויותר על ידי שירותים בערים כמו ניו יורק ולוס אנג'לס.
יישום אמיתי בעולם ו Case Studies
ערים רבות ברחבי העולם מפריסות אחסון אנרגיה כדי לחדש את מערכות הכוח שלהם.הדוגמאות הבאות ממחישות את היישומים המגוונים ואת ההשפעות המסוכנות.
לוס אנג'לס, קליפורניה: אחסון סוללות גדול-מכיל
לוס אנג'לס התחייבה ל-100% חשמל מתחדשים עד 2035.לתמוך במטרה זו, מחלקת המים והכוח לוס אנג'לס (LADWP) התקינה כמה פרויקטים גדולים לאחסון סוללות בקנה מידה גדול, כולל מתקן אחסון של 400 מגה-ה לונה ואת פרויקט 800 מגה-וואט באתר של מפעל גז לשעבר. אלה מסייעים לשלב מתקני שמש ורוח תוך שיפור האמינות במהלך גלי חום ושריפות בר.
ניו יורק: מפעל פסגות וספורט קהילתי
במסגרת חוק מנהיגות האקלים והגנת הקהילה שלה, מדינת ניו יורק שואפת לשלב את הצמחים של מאובנים של דלק גבוה יותר בניו יורק, אתר המפעל של ריינסווד מגובה צמח הוא הוחלף חלקית עם מערכת סוללות 316MWh.בנוסף, פרויקטים של השמש פלוס-שמשיתים בברוקלין לספק כוח גיבוי ולהפחית את הביקוש על הזנות ההזדקנות.
סיאול, דרום קוריאה: שואבת את הגלם ואת רשתות חכמות
סיאול ממנתח אחסון הידרוי ב סכר צ'ונג ומאגרים אחרים כדי לאזן את הרשת שלה.העיר מפעילה גם מיטת מבחן רשת חכמה על האי ג'אדג'ו שמשלבת סוללות, EVs ומונים מתקדמים.תוכנית האנרגיה של סיאול כוללת פריסת 10,000 מגה-וואט של אחסון עד 2030 כדי תמיכה בשינוי שלה להתחדשות.
סינגפור: Floating Solar and Battery Storage
סינגפור, עיר-מדינה עם אדמה מוגבלת, כבר הקימה חוות השמש צף 60 מ"ג'ה ריבור יחד עם מערכת סוללות 7.5MWh.הסוללה חלקה פלט סולארי ומספקת רגולציה תדר.
אמסטרדם, הולנד: רכב אל-גרידן ומחסן מקומי
אמסטרדם היא מובילה בטכנולוגיה של רכב-ל-גריד (V2G), באמצעות EVs כיחידות אחסון סלולריות.יוזמה "Amsterdam Smart City" של העיר כוללת מרכזי סוללות שכונתיים קולטים עודף כוח סולארי מגגות ומשתף אותו בין תושבים.
אתגרים ומגבלות של אחסון אנרגיה עירונית
למרות הבטחתו, פריסת אחסון אנרגיה בערים ניצבות בפני כמה מכשולים שיש לטפל בהם לאימוץ נרחב.
עלויות ויציבות כלכלית
בעוד עלויות הסוללה נפלו באופן דרמטי, ההון העליון נשאר משמעותי עבור פרויקטים גדולים.עלויות רך כגון היתר, חיבור, מימון להוסיף סך ההכנסות ממגוון רחב של שירותים ברשת - אנרגיה חרטה, תשלומים קיבולת, שירותים ימיים - לעתים קרובות לא מספיק כדי להחזיר השקעות ללא סובסידיות או מכס חיובי.
חלל ובטיחות
בערים צפופות, מציאת נדל"ן מתאימה לאחסון בקנה מידה של כלי רכב מאתגרת את ההתקנה או שילוב לתוך המרתף הבניין אפשרי אבל מעלה אוורור, בטיחות אש, ודאגות מבניות. סוללות ליתיום-יון מציבות סיכון אש אם לא מנוהל כראוי, מה שגורם לקודי אש קפדניים ודרישות ביטוח שיכולים להאט את הפריסה.
מחסומים וגדרות שוק
שוקי חשמל רבים עדיין חסרים כללים המאפשרים אחסון להתחרות בצורה הוגנת עם הדור המסורתי.תקנות מחוץ לחוק עשויים לסווג אחסון הן דור והן עומס, מה שגורם לחיבור בין לבין מבני מכס.בתחומים מסוימים, אחסון לא יכול להשתתף בשווקים או להרוויח הכנסות עבור הימנעות פליטות.
בעיות מחזור חיים וקיימות
ייצור סוללות מבוסס על מינרלים קריטיים כמו ליתיום, cobalt, ניקל, אשר החילוץ שלו מעלה חששות סביבתיים ואתיים. תהליכי מחזור חיים עדיין מתפתחים.ללא פרקטיקות כלכלה מעגלית חזקות, אחסון בקנה מידה גדול יכול ליצור זרמי פסולת משמעותיים.מפתחים הופכים יותר ויותר סוללות EV חיים שני וכימאים חלופיים (למשל, נתרן, ברזל-אוויר) לכתובת נושאים אלה.
עתיד אחסון אנרגיה עירונית
במבט קדימה, כמה מגמות וחדשנות מעצבות את האופן שבו ערים מתפשטות ומרוויחות מאחסון אנרגיה.
שילוב עם רשתות חכמות ו-AI
מערכות בקרה מתקדמות באמצעות בינה מלאכותית (AI) ולמידה של מכונות יכולות להתאים את אחסון האחסון בהתבסס על תחזית מזג האוויר, תמחור בזמן אמת ותנאי רשת.מערכות אחסון "חכם" אלה יכולות להשתתף באופן אוטונומי בשווקים אנרגיה, לספק שירותי רשת ולתאם עם מיליוני סוללות מבוזרות, EVs ומכשירים חכמים.
התרחבות רכב ל-Grid (V2G)
ככל שאימוץ EV גדל, יכולת הסוללה החודרת בערים מדי לילה תהפוך למשאב אחסון מבוזר מסיבי.V2G טכנולוגיה מאפשרת טעינה דו-כי-צדדית, המאפשרת ל- EV למכור חשמל בחזרה לרשת במהלך הביקוש לטייס באמסטרדם, לונדון וסן דייגו הוכיחו את יכולת הכדאיות הטכנית ואת היתרונות הכלכליים של בעלי EV.
סולידריות-מדינה ו- Next-Generation Batteries
סוללות מוצקות של המדינה מבטיח צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, טעינה מהירה יותר, ושיפור הבטיחות בהשוואה ליתיום-יון. הם יכולים לאפשר מתקני אחסון קומפקטיים יותר באזורים עירוניים מאומנים בחלל.קווי ייצור הטייסים מוגדלים, ופריסה מסחרית צפויה בתוך העשור הזה.
פתרונות אחסון לטווח ארוך
עבור פחמן עמוק, ערים יצטרכו אחסון שיכולה ל 10-100 שעות כדי לכסות אירועי מזג אוויר רב-יומיים או נדנדה עונתית.טכנולוגיות כגון סוללות זרימה, סוללות אוויר ברזל, ומימן ירוק מתעוררים למלא את הפער הזה.
מדיניות ורפורמות שוק
ערים ומדינות מחוקקות מדיניות להאיץ את פריסת האחסון, כגון מנדט רכש, תמריצים במס ורישיון מפלט. "התקנה הבין-לאומית" של האיחוד האירופי מציבה דרישות קיימות, בעוד תוכנית ה-Incentive של קליפורניה (SGIP) מציעה ריבאונדים לאחסון מאחורי המערכת.
מסקנה
אחסון אנרגיה עירונית הוא יותר מאשר שדרוג טכנולוגי - הוא מרכיב בסיסי לבניית ערים יעילות, בר קיימא ויעילות של העתיד.על ידי חלקת ריקנות מתחדשת, צמצום הביקוש לפסגה, מתן כוח גיבוי, ו deferring Infrastructure השקעות, פתרונות אחסון כבר משנים את האופן שבו ערים לנהל חשמל.כפי שעלויות ממשיכות ליפול וטכנולוגיות חדשות, אחסון יהיה אפילו חלק בלתי נפרד של תשתיות עירוניות, שירותים גמישים, שירותים לא חייבים להתגבר על אופניים בטוחים, כמו גם על אופניים עתידיים.