כוח הרוח חווה צמיחה אקספוננציאלית בשני העשורים האחרונים, תוך שהוא מהווה אבן הפינה של תיקי אנרגיה מתחדשת גלובליים.על פי מועצת האנרגיה העולמית של הרוח העולמית, יכולת רוח מותקנת הכוללת עלתה על 900 GW ב-2023, עם תחזיות המצדיקות המשך של טכנולוגיות הפעלה, ההתערבות הטמונות של פתרונות אנרגיה מתחדשת ומחזורי אחסון גבוהים יותר (CA) מעצימות את תהליכי אחסון אוויריים מתקדמים יותר, אשר מאפשרים למערכות אחסון אוויריות גבוהות יותר.

מערכות אחסון אנרגיה Flyגלגל

איך לטוס ולשחרר אנרגיה

מערכת אחסון אנרגיה גלגל פועל על עיקרון פשוט: היא מאיצה מסה מסתובבת (הרקטור) למהירויות גבוהות מאוד, אחסון אנרגיה קינטית באור המומנטום של הרוטור.כאשר אנרגיה נדרשת, התהליך הופך את הפעולות המסתובבות - מהירות רוטטור כמו גנרטור, המרת אנרגיה קינטית רוטטית במהירות גבוהה לתוך כוח חשמלי.

גלגלות מאופיין על ידי זמני התגובה המהירים שלהם - מילימטריים בעדינות לשנייה - להפוך אותם אידיאליים עבור תדירות רגולציה ויישומים איכות כוח. הם יכולים לספק התפרצויות גבוהות של כוח למשך זמן קצר (שניים עד דקות) ויש להם תוחלת חיים מבצעית כי הרבה יותר עולה על זה של סוללות אלקטרוכימיות, לעתים קרובות מעל 100,000 מחזורי מטען מלאים עם ירידה מינימלית של יחידות FES מודרני עכשיו מעל 85% תנאים אופטימליים.

חידושים אחרונים בטכנולוגיית Flywheel

העשור האחרון ראה פריצות דרך משמעותיות בעיצוב גלגל הגלגלים, מונעות על ידי התקדמות בתחום מדעי החומרים והנדסה אלקטרו-מכאית.

  • (FLT:0)Composite rotors:FLT:1ir פלדה מסורתית מסתובבים על ידי פחמן-פיבר מורכב, המציע יחס כוח עליון למשקל משקל. Composite rotors יכול לספין במהירויות גבוהות בהרבה ללא fracturing, עלייה דרמטית של צפיפות אנרגיה.חברות כגון אמבר Kinetics ו-Bud Power יש מטוסים מורכבים מסחריים עם יכולות החל מ 25h עד 100 קילוואט.
  • (FLT:0 Magneticנשאs: FLT:1verive ו פעיל שימור מגנטי מבטל מגע פיזי בין חלקים נעים, צמצום אובדן החיכוך קרוב אפס. גבוה-tempture superconducting (HTS) נושאים גם הם בפיתוח, מבטיח אפילו הפסדים נמוכים יותר ומאפשר עיצובים קומפקטיים ומהירים.
  • (FLT:0) מערכות מודורריות: יצרני כרטיסי טיסה 1:1 מציעים כעת יחידות מקוטבות, מודולריות שניתן לערעור במקביל להשגת דירוגי כוח רב-מגוואט.הדרגות הזו הופכת את FESS המתאימים ליישומים בקנה מידה רב, כגון מתקן גלגל ה- 20MW המופעל על ידי Beacon Power ב-Stephentown, ניו יורק, המספקת שירותי רגולציה ל-New York Systemtor עצמאי (NY).
  • (FLT:0) ממריצים מנועים משולבים:FLT:1 Advances in Power Electronics and Permanent מגנטי מכונות מאפשרות למכונה חשמלית לשמש גם מנוע (כדי להאיץ את הרוטב) ו גנרטור (לבטל אותו), צמצום מורכבות המערכת ועלות.

התפתחות מרגשת במיוחד היא השימוש בגלגלים עבור מערכות אחסון היברידיות בשילוב עם סוללות ליתיום-יון. גלגל הגלגלים מטפל בתנודות חולפות וצרכים של כוח סיבולת גבוהה, בעוד הסוללה מטפלת בשינויים אנרגיה ארוכים יותר.מערכות היברידיות כאלה הוכחו במספר פרויקטים של טייס, כולל שיתוף פעולה בין מחלקת האנרגיה של ארה"ב (DOE) לבין מכון הכוח החשמלי (PRI).

שילוב של זבובים עם רוחות

פלט טורבינות הרוח יכול להשתנות על ידי 50% או יותר בתוך שניות בשל גורים, lulls, ואת פגמי רשת. Flywheels הם ייחודי מתאים כדי להחליק את התנודות המהירות האלה, מתנהג כמו buffer מהיר כי מייצב את הכוח המסופק לרשת. כאשר גורסט מגביר מהירות רוח, גלגל הטיס סופג את האנרגיה העולה על ידי מהירות מעלה; כאשר רוח טיפות פתאום, את הכוח מועברים על מנת לשמור על דרישות תנועה חלקה.

מעבר לחלק, גלגלות יכולות לספק תגובה ראשונית לתדירות, אינרציה סינתטית, וחילוץ חשמל מתכווץ. כמו הדור מבוסס-על (כגון רוח ושמש) מתפזרים גנרטורים סינכרוניים, הרשת מאבדת את האינרציה הטבועה הטבועה אשר שומרת על תדירות יציבה.טיסים יכולים לחקות את האינטרטי הזו על ידי הזרקת או לספוג כוח אמיתי בתוך שניות, כך שמירה על רשת של 10 מרוקאים ויציבות בצפון אירופה.

הגבלות ומחקר מתמשך

למרות היתרונות שלהם, גלגלות יש מגבלות. צפיפות האנרגיה שלהם נמוכה בהשוואה סוללות - באופן חד משמעי 5-50 Wh / ק"ג לעומת 100-250 Wh / ק"ג עבור כימאים ליתיום-יון.זה הופך אותם ללא מתאימים לאחסון אופטימיזציה לטווח ארוך (שעות עד ימים) תוספת של אובדן אנרגיה עצמי יכול להיות גבוה כמו 2–5% לשעה בשל חיכוך חי והפסדים חשמליים, למרות שעדיין לא מאוחסנים זמן רב יותר עבור תחזוקה גבוהה יותר של מערכות תחזוקה.

אחסון אנרגיה אווירית (CAES)

עקרונות מבצע CAES

אחסון אווירי קומפרסד משתמש באנרגיה חשמלית כדי לדחוס אוויר ולאחסן אותו במערה תת-קרקעית, צינורות או מיכל מעל הקרקע.כאשר חשמל נדרש, האוויר הדחוס מחומם ומתרחב באמצעות טורבינת לנהוג גנרטור.בניגוד סוללות, CAES decouples כוח פלט מקיבולת אנרגיה; האנרגיה המאוחסן תלויה בנפח המערה והלחץ, בעוד שהכוח תלוי בגודל של טורבינות, מדרגת 4 שעות אחסון חד-עוצמה.

ישנם שלושה גרסאות עיקריות של CAES: FLT:0diabaticFLT:1 (קונבנציונאלי), FLT:2adiabaticph 3, ו-FLT:4isothermalFLT:52 לנטרל את ההתרחבות של דלק קבוע, אך סוג היחיד פרוס באופן מסחרי, שורף גז טבעי לחימום האוויר הדחוס לפני ההתרחבות, אשר מוריד את היעילות התרמית של עדי-25% לאחר מכן, הוא מייצר חומצה פוליבית גבוהה יותר של חום (R25%).

התקדמות ב CAES טכנולוגיה

שני הצמחים המסחריים הוותיקים ביותר CAES - Huntorf (גרמניה, 1978, 290MW) ו- McIntosh (Alabama, 1991, 110MW) – משתמשים בטכנולוגיה דיאביטית ופועלים עם אחסון מערות.

  • (FLT:0) A-CAES (A-CAES): פיילוט ומפעלי הדגמה 1:1 נבנו כעת.פרויקט A-CAES על ידי RWE בגרמניה (ADELFI) משתמש במערכת אחסון תרמי ארוזה עם יכולת של כמה מאות מגה-וואטה.המערכת צפויה להשיג יעילות של 65–70% עם אפס פליטות בולטות.
  • (FLT:0) עיצוב טורבינות מתקדם: 1FLT:1 Turbines שיכול להתמודד עם טמפרטורות גבוהות יותר ולחצים מפותחים באמצעות חומרים כמו איקונל וציפוי קרמיקה.
  • (FLT:0) החידושים לאחסון שטח: FLT:1hil מלבד מערות מלח, חוקרים לחקור היווצרות סלע ⁇ (למשל, ממאגרי גז מדולקים, חבלה אקוויפרים) עבור CAES. Shell's CAES בהולנד משתמשת שדה גז מרוקן, והמעבדה הלאומית של האוקיינוס השקט העריך את הפוטנציאל של היווצרות של אולמות מעל פני השטח.
  • (FLT:0) בשילוב עם פעילות חקלאית רוח: FIRLT:1 למערכות בקרה חכמות יכול לייעל את התזמון של דחיסה המבוססת על תחזיות כוח הרוח, אחסון אנרגיה כאשר הרוח בשפע ומחירים נמוכים, ומייצרת כאשר הרוח היא בקושי והמחירים גבוהים.

הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA) הדגישה את CAES כאחת מטכנולוגיות אחסון לטווח ארוך מסוגלות לתמוך ב- 80-100% רשתות מתחדשות.הסוכנות פרויקטים שמתקדמים CAES יכולים להגיע לעלויות מותקנות של מתחת ל-100 דולר /kWh עד 2030 אם תפחת הייצור.

סינרגיה בין CAES ו- Wind Power

התזמון המשתנה ולעתים קרובות המנוגד של אנרגיית הרוח וביקוש לחשמל הופך את CAES לשותפה טבעית. באזורים רבים, רוח מפוצץ חזק בלילה כאשר הביקוש נמוך; לעומת זאת, בימים רגועים, הביקוש עשוי להיות גבוה. CAES מאפשר חוות רוח להעביר אנרגיה מ off-peak כדי להגיע שעות שיא, לכידת מחירים גבוהים יותר ולהפחית את הצורך בתחנות גיבוי.

בטקסס, מועצת האחריות החשמלית של טקסס (ERCOT) חוותה צמצום רוח עקב מגבלות שידור ועומס יתר בלילה.מחקרים על ידי המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) הראו כי הוספת 500 MW של CAES יכול לספוג מעל 90% של אנרגיה מחוספסת רוח ולספק כוח אמין במהלך תקופות שיא.

שיקולים כלכליים ומעמד של הפרדה

CAES יש היסטוריה ארוכה יותר מאשר גלגלות בקנה מידה של תועלת, אבל אימוץ נשאר מוגבל.החסמים העיקריים כוללים התאמת גיאולוגי (מערות אל-וואט הם אופטימליים אבל לא כל-כך), זמני בנייה ארוכים, ויעילות עגולה יחסית נמוכה יחסית בהשוואה ל הידרו-וואטוור (עם זאת, העלות של צריכת אנרגיה מאוחסנת עבור CAES היא בין הנמוך ביותר של כל טכנולוגיה לאחסון - לעתים קרובות $ 120 דולר עבור מערכות אנרגיה מתקדמות של קנדה) עבור צריכת חשמל.

ניתוח השוואתי: גלגלי טיסה מול CAES לשילוב הרוח

תפקידים משותפים ברשת

גלגלות ו CAES תופסים נישות שונות אך משלימים בנוף אחסון אנרגיית הרוח. Flywheels מצטיינים ביישומים קצרים, High Power - מלתות שניות עד דקות - מה שהופך אותם אידיאליים עבור תדירות רגולציה, אינרציה סינתטית, וחלק של תנודות תת-רגעות. CAES, לעומת זאת, מותאם לאחסון אנרגיה רב-עוצמה במשך שעות רבות, ומאפשרת זמן של אנרגיה מאופקת של תגובה נמוכה של זמן טיפול מהיר, עשוי להיות אופייני עבור CAES, עם יחידת זמן טיפול יומיומי, עם זמן רב-זמן, עם אימון קבוע עבור אימון קבוע עבור זמן-זמן, עם CAES, עם סוללה גבוהה, עם CAES, עם זמן-זמן, כולל אימון קבוע עבור אימון קבוע עבור אימון קבוע עבור אימון קבוע עבור אימון קבוע, עם זמן רב-זמן, עם זמן רב-זמן, עם יחידת זמן-זמן-זמן, עם סוללה גבוהה, עם סוללה גבוהה, עם זמן-זמן, עם זמן-דרישה גבוהה, עם זמן-זמן, עם יחידת זמן-דרישה גבוהה, עם סוללה גבוהה, עם CAES, עם זמן-זמן טיפול קבוע עבור אימון, עם טיפול רפואי מתאים עבור אימון קבוע עבור אימון קבוע עבור אימון, עם זמן-זמן, עם זמן-זמן, לעומת זאת, לעומת זאת, עם יחידת

מערכות היברידיות המשלבות את שתי הטכנולוגיות נחקרות.לדוגמה, חוות רוח של 100 מגה-וואט עשוי להיות משותף עם 10 מגה-ו-ו-ו-ו-ואט MW5 MWh MWh צמח 50-MW/400 MWh CAES. גלגל העוף סופג תנודות כוח טרנספורמטיביות, בעוד יחידת CAES עולה על התחזיות וההפרשות במהלך פסגות הערב.

התחדשות גריידית וצמצום

שתי הטכנולוגיות תורמות לאמינות גבוהה יותר ברשת על ידי צמצום יכולת הרוח נטו.במחקר של אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, הוספת שילוב של גלגלות (2% מקיבולת הרוח) ו CAES (20% מיכולת הרוח) לתריש רוח גבוהה אפשר לחווה הרוח לעמוד ב -90% מאמינות הכוח המוקצבה שלה, בהשוואה ל -60% ללא אחסון.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

העשור הבא יראה המשך של שתי הטכנולוגיות.עבור גלגלות, המחקר מתמקד בצמצום הטעינה עצמית באמצעות מערכות ריק משופרות ונושאות על-ידי דחיסות אנרגיה באמצעות רוטורים מורכבים יותר, והורדת עלויות באמצעות ייצור המוניות של Plug-and-play מודולי של יחידות גלגל-טיס עם אלקטרוניקה כוח שיכול להשתלב ישירות עם ממיר טורבינות כבר בפיתוח CAES, הגבול המסחרי של טיפול תרופתי הוא 102x-Ficdia שימוש ב-Voltenoltragen יעיל עם יעילות דחיסה של צריכת דלק דחיסה עם דחיסה יעילה עם דחיסה יעילה עם דחיסה פולינזירית עם דחיסה של דחיסה של דחיסה של דחיסה 10.

הדיגיטליזציה והאינטליגנציה המלאכותית ישחקו תפקיד גובר.אלגוריתמים חיזוי מזג אוויר, מחירי שוק ואבטחת מצב טעינה יכולים לשלוח גם גלגלי זבובים וגם CAES באופן מותאם, למקסם את ההכנסות תוך תמיכה ביציבות הרשת.מודלים של למידת מכונות מאומנים לחיזוי שטף כוח הרוח וטעינה מוקדמת או אחסון לפני כמה דקות קדימה, צמצום כמות הסחף הדרוש.

מסגרות מדיניות מתפתחות גם. בארצות הברית, המסדר של ועדת האנרגיה הפדרלית 841 והזמנות עוקבות דורשות מפעילי רשת לאפשר אחסון אנרגיה להשתתף בשוקי חשמל סיטונאיים ברמה משחק עם דור.זה פתח זרמי הכנסות חדשים עבור גלגלי זבובים ו CAES. באירופה, האנרגיה הנקייה עבור כל החבילה האירופית מחייבת גישה דומה לשוק לאחסון, וכמה מדינות החברות כולל תוכניות אנרגיה לאומית ואקלים.

מסקנה

אחסון אנרגיה Flywheel ואחסון אווירי דחוס הם שתי טכנולוגיות משלימים מאוד שמטפלים לאתגר הליבה של כוח הרוח שכנוע. Flywheels לספק כוח חיי מיידי, מחזור גבוה לייצוב ותקנה; CAES מציעה אחסון רחב, נמוך בעלות גבוהה עבור זמן רב יותר, שמירה על כמויות גדולות של אנרגיה מתחדשת - כולל פיתוח אנרגיה מתקדמת, אשר ממשיך לפתח את מרכזי של מערכות אחסון אנרגיה מתחדשת, אשר נמשך פיתוח אנרגיה מתקדמת, כמו גם פיתוח אנרגיה מתקדמת, פיתוח אנרגיה מתחדשת של מערכות אנרגיה מתחדשת של אנרגיה מתחדשת.