Хранение солнечной энергии в воде | Обман или реальность

Хранение солнечной энергии в воде стало одной из обсуждаемых тем в поисках способов её хранения. Так что же, хранение солнечной энергии в воде — это обман или реальность? В этой статье мы ответим на этот вопрос.

Солнечная энергия удовлетворяет некоторые из наших потребностей в электричестве, но не исключает необходимости в других источниках электроэнергии. А в некоторых случаях это может сделать сеть менее эффективной из-за отсутствия безопасности и использования пиковых магазинов, которые, как правило, являются более сильными загрязнителями.

Пиковые магазины — это лучший результат для грузов, следующих по сетке. Это более низкие, более ценные источники электроэнергии, которые работают только много часов в день, чтобы компенсировать разницу между базовым энергетическим грузом и вечерними пиками.

Другой интригующий результат этой проблемы называется работой по требованию, которая влияет на спрос на электроэнергию, чтобы уменьшить или сместить пики и больше соответствовать генерирующим мощностям.

Но святой Грааль в поставке электроэнергии в масштабе сети заключается в том, чтобы просто позволить углам спроса и генерации оставаться такими, какими они будут, сохраняя энергию, когда выработка превышает спрос, и используя эту накопленную энергию во время пиков спроса.

Существует множество захватывающих идей для хранения больших объемов энергии, от расплавленного тампона до повышения давления в воздухе в старых шахтах, но все современные хранилища в масштабе сетки рассчитаны на гравитационные возможности, которые используют избыточную энергию для подъема товара, также используйте эту штуку, чтобы индуцировать электричество, когда она падает обратно, в основном рассматривая земную серьезность как пружину.

И огромная зрелость нынешнего хранилища в масштабе сети делает это с использованием воды в схеме, называемой Насосной гидроэлектроаккумулирующей системой, методом хранения солнечной энергии в воде.

Технология аккумулирования гидроэлектроэнергии — это способ хранения солнечной энергии в воде. Это древний и хорошо зарекомендовавший себя метод, но широко не используемый. Хотя они могут быть доступными и хорошими устойчивыми решениями для хранения энергии и воды в больших и годовых масштабах.

Гидроаккумулирование – это технология хранения механической энергии, основанная на водном транспорте. В этом процессе вода закачивается вверх с использованием электроэнергии в резервуар, когда спрос на электроэнергию невелик.

Позже, когда спрос на электроэнергию высок, вода стекает вниз по склону и используется для вращения турбины для выработки электроэнергии. Хотя потребность в аккумулировании гидроэлектроэнергии возросла из-за ее использования для хранения возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, эта технология существует с начала 1900-х годов.

Солнечная энергия может храниться через насосную систему гидроэлектрохранилищ как способ хранения солнечной энергии в воде, включая другие возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра в воде, нарушая промежуток, когда солнце не светит или ветер не дует.

Солнечная энергия является источником энергии, который является прерывистым и переменным, поэтому необходимо иметь альтернативу хранения, чтобы гарантировать удовлетворение спроса на энергию в любое время.

Существуют доступные краткосрочные накопители энергии для солнечной энергии, такие как батареи, для решения проблем с перебоями, но долгосрочные накопители энергии, такие как технология накопления гидроэлектроэнергии, могут использоваться для сезонных колебаний выработки электроэнергии, например, в летний и зимний периоды.

Газообразный водород можно использовать в качестве долгосрочного хранилища энергии, но по сравнению с технологией хранения гидроэлектроэнергии с помощью насосов газообразный водород еще не является экономически конкурентоспособным.

Насосная гидроэлектростанция собирает и хранит воду в двух местах с крутым перепадом между ними. Воду можно перекачивать в гору, чтобы снова и снова тренироваться для выработки электроэнергии. Конечно, эта прокачка потребляет электроэнергию сама по себе, вот тут-то и приходит на помощь солнечная энергия.

Когда светит солнце, и люди не используют важную энергию, избыточная солнечная энергия доступна для перекачки воды обратно в хранилище, а в другое время, когда солнце не вырабатывает достаточно энергии для удовлетворения спроса, насосная гидроэлектростанция переключается на работу. действие и компенсирует пространство.

Вся система работает вместе, как гигантская возобновляемая батарея, обеспечивая надежность и гибкость хранилища, которые солнечная энергия не может предложить сама по себе.

В технологии аккумулирования гидроэлектроэнергии, когда избыточная энергия, генерируемая солнечной энергией, используется для перекачки воды в гору, создается огромное количество потенциальной энергии.

В крайних случаях это работает так, чтобы иметь два жестких бюджета, разделенных большой разницей в высоте. Ночью, когда цены на электроэнергию низкие, вы используете эту дешевую энергию и насосы, чтобы заполнить верхнюю силу.

Тем не менее, аккумулирование гидроэлектроэнергии имеет некоторые естественные требования к подходящей производительности. Они включают; подходящие ландшафты и водоемы, которые могут быть озерами (природными или искусственными путем строительства дамб).

Кроме того, аккумулирование гидроэлектроэнергии требует длительных разрешений регулирующих органов и сроков реализации, которые могут быть очень длительными, не говоря уже о большом начальном капитале.

Кроме того, чтобы помочь человеку справиться с энергетическим арбитражем, технология аккумулирования гидроэлектроэнергии не способна оптимально интегрировать различные возобновляемые источники энергии, и это приводит к тому, что период финансовой окупаемости соответствует.

Это одна из различных причин, по которой технология накопления гидроэлектроэнергии сегодня не используется массово. Кроме того, только в определенных областях вы можете найти технологию хранения гидроэлектроэнергии с насосом, поскольку она требует высоких начальных затрат с некоторыми строгими и значительными препятствиями.

Имеет ли смысл использовать технологию гидроаккумулирования для хранения солнечной энергии в воде?

Тем не менее, идея хранения солнечной энергии в воде кажется запутанной и почти неразрешимой, если вы похожи на большинство людей. Кто когда-либо слышал о гидроаккумуляторах для солнечной энергии?

Тем не менее, «хранилище энергии» — это последнее модное выражение в индустрии возобновляемых источников энергии, и оно меняется так быстро, как никто, кроме тех, кто его проектирует.

«Но почему я должен искать место для хранения?» ты спрашиваешь. Отличный вопрос! В конце концов, речь идет о том, насколько важны деньги, которые вы хотите держать в своем кошельке. Наша способность более эффективно хранить энергию напрямую повлияет на цену, которую вы платите за электроэнергию.

За последнее десятилетие производство возобновляемой энергии, особенно солнечной и ветровой, стало настолько распространенным, что стало доступным и действительно конкурентоспособным по стоимости с традиционными источниками энергии, такими как нефть, уголь и газ. Тем не менее, возобновляемые источники энергии не являются идеальным прикрытием для ископаемых источников энергии, по крайней мере, с логистической точки зрения.

Хотя солнечные технологии быстро совершенствуют наши возможности использования энергии, которую мы получаем от солнца, одна из самых больших проблем, с которыми мы по-прежнему сталкиваемся, заключается в том, как продолжать использовать солнечную энергию, когда солнце больше не светит.

Большинство из нас живет в районах мира, где от нас требуется освещать наши дома до и после рабочего дня. В самом деле, если вам посчастливилось жить под 18-часовым солнечным светом, вам, по-видимому, все равно потребуется энергия для запуска посудомоечной машины или холодильника после захода солнца.

Тем не менее, в среднем солнечные лучи наиболее сильны во второй половине дня. Итак, вкратце, существует несоответствие графиков между средним американцем и энергией, которую солнце излучает нам, землянам.

Мы производим энергию, которую не можем использовать. Вот тут-то и приходит на помощь хранение. Нам нужно создавать стили для удержания этой солнечной энергии, чтобы мы могли использовать ее даже после того, как солнце перестанет светить.

Есть и другие способы хранения солнечной энергии, кроме использования батарей, один из которых может помочь нам в эти вечерние часы с высоким спросом. Аккумулирование гидроэлектроэнергии — это хорошо проверенная, зрелая технология, способная высвобождать большие устойчивые количества энергии за счет перекачки воды.

Для этого процесса требуются два резервуара с водой, один на низкой высоте, а другой на возвышенности. После подключения недорогое электричество (например, солнечное) используется для перекачки воды снизу вверх.

Когда требуется энергия, накопленная выше вода выпускается через турбины, производя электроэнергию. Когда спрос на энергию падает, передовые силы вяло пополняются для предстоящего раунда отправки энергии.

Стильный аспект насосной гидроэнергетики как системы накопления энергии заключается в том, что она довольно доступна и долговечна. Он имеет действительно высокую эффективность кругового обхода, что означает, что мало энергии тратится впустую, пока он вырабатывает электроэнергию.

Большинство из них предназначены для хранения от 6 до 20 часов энергии, при этом квант энергии зависит от размера системы.

Хранение солнечной энергии в воде с помощью гидроаккумулирующих насосов по сравнению с хранением солнечной энергии в батареях, что лучше?

Хотя существуют и другие варианты хранения возобновляемой энергии, такие как маховики, сжатый воздух, криогенное хранение энергии, приточные батареи и водород, давайте сосредоточимся на сравнении крупных литий-ионных аккумуляторов (используемых для питания всего города, а не одно домашнее использование) по сравнению с гидроаккумулирующим насосом.

В наши дни это горячий контент на рынке хранилищ, поскольку эти двое чувствуют себя лучшими поставщиками хранилищ как для государственных, так и для частных предприятий.

В последнее время в новостях много говорилось о новых крупных заводах по хранению аккумуляторов, возведенных в таких местах, как Южная Калифорния. Что в них особенного?

Что ж, в отличие от Tesla Powerwall, которая представляет собой хранилище аккумуляторов для работы в одиночном доме, Altagas LTD, Tesla и AES Corp создали три крупнейших в мире склада аккумуляторов.

Суммарная мощность этих крупномасштабных аккумуляторных хранилищ равна 15 от всех аккумуляторных хранилищ, установленных в мире в 2016 году. Это большая новость, поскольку ранее батареи появлялись только в небольшом количестве сетевых систем.

Эти складские установки доказали, что аккумуляторные батареи в больших масштабах вполне могут войти в кольцо с другими тяжелыми энергохранилищами. Но пока неясно, смогут ли они нанести достойный удар соперникам.

Сравнение затрат на хранение солнечной энергии в воде с помощью гидроаккумулирующих насосов и хранение солнечной энергии в батареях

Во многих отношениях сравнивать крупномасштабные гидроаккумуляторы с крупномасштабными литий-ионными батареями все равно, что сравнивать яблоко с огурцом, а не яблоко с апельсином.

Они оба находятся в разделе урожайности, но их вряд ли можно отнести к одной и той же пищевой группе. Они оба хранят энергию и возвращают ее обратно в сеть, но их сила совершенно различна.

Давайте взглянем на один из наиболее важных факторов стоимости строительства и эксплуатации этих объектов. Ведь десять раз назад между этими двумя не было бы конкуренции из-за исторически высокой цены на аккумуляторы.

Тем не менее, крупномасштабное производство батарей привело к тому, что цена упала более чем вдвое по сравнению с 2013 годом, что делает их гораздо более приемлемым вариантом для крупномасштабных операций.

На масштабной солнечной конференции в апреле 2017 года глава Arena Energy заявил, что масштабные аккумуляторные установки подешевели настолько, что стоимость 100 МВт энергомощности при 100 МВтч (один час хранения) составит около поровну между крупными аккумуляторными батареями и гидроаккумуляторами.

Тем не менее, если это число действительно немного увеличится, до 100 МВт с 200 МВтч энергии, гидроэнергетика сразу превзойдет аккумуляторные батареи.

Когда вы увеличиваете это число до 500 МВтч, для аккумуляторов игра окончена. Как я упоминал ранее, самая сильная сторона гидроаккумулирующих насосных станций — это их экономия на масштабах. Как только все оборудование для насосной гидроэнергетики будет готово, получить из нее электричество будет довольно дешево (вам просто нужно больше воды).

Однако с батареями чем больше электроэнергии вы хотите хранить, тем больше батарей вам нужно, поэтому цены растут в основном по мере увеличения системы.

Думайте о гидроаккумуляторе как о большом некоммерческом магазине, который всегда может предложить гораздо более низкие цены, чем оригинальные обменные магазины.

Они массово покупают и продают массово, что делает их цены действительно трудно превзойти. Таким образом, аккумулирующие гидроаккумуляторы становятся лучшим поставщиком энергии в периоды пикового спроса.

Будущее хранения солнечной энергии в воде с помощью гидроаккумулирующей системы

Поскольку спрос на возобновляемые источники энергии продолжает расти и развиваться, экономичные и эффективные стили хранилищ, такие как гидроаккумуляторы, сделают солнечную энергию не только более чистым прикрытием для ископаемой энергии, но и более надежным.

Поскольку стоимость батарей продолжает снижаться, у потребителей и создателей возобновляемой энергии светлое будущее. Для тех, кто говорит об инвестициях в солнечные батареи, более совершенная система хранения, подобная этой, стабилизирует рынок и инвестирует в более безопасную систему.

Преимущества хранения солнечной энергии в воде с помощью насосных гидроаккумулирующих систем

В течение дня, когда цены на энергию выше, вода в верхней силе используется для вращения турбин и выработки гидроэлектроэнергии. Это гигантская водяная батарея, и хранение энергии таким способом имеет много преимуществ, помимо того, что оно просто сглаживает пики требовательного ветра.

  1. Хранение солнечной энергии в воде с помощью насосной системы гидроаккумулирования является ценным в условиях крайней необходимости, обеспечивая быстрый доступ к энергии, когда другие источники могут выйти из строя.
  2. Хранение солнечной энергии в воде с помощью насосных гидроаккумулирующих систем имеет большое преимущество, поскольку эти системы могут дать много преимуществ в небольших сектантских энергосистемах (например, на островах), где у вас нет такой важной диверсификации в портфеле генерации. .

Основные проблемы, связанные с хранением солнечной энергии в воде с помощью насосных гидроаккумулирующих систем

1. Энергетическая вязкость

Термин, используемый для описания того, насколько важная энергия может поместиться в единицу объема, и это не лучший момент установки насосного хранилища. Чем меньше напор над турбинами, тем дальше генерирующая мощность для данного объема воды.

Достаточно легко увидеть разницу в энергетической вязкости между батареей и запасенной водой. Чтобы достичь той же вязкости, что и у типичной литий-ионной батареи, вам нужно было бы хранить воду на высоте примерно, которая не была бы доступна для электромобиля.

Один из основных недостатков насосных хранилищ заключается в том, что они имеют действительно специфический тип точки, где вы можете обнаружить два бассейна рядом друг с другом, а также разделить их как можно более важным перпендикулярным расстоянием.

И действительно также, из-за низкой вязкости энергии, это часто огромные бюджеты, которые являются основными системами гражданского строительства по сравнению с товарами, такими как батарея, которая может быть произведена на заводе.

2. Эффективность

Эффективность — это соотношение того, насколько важную энергию вы вкладываете, по сравнению с тем, насколько важной из нее вы можете воспользоваться. Ты все равно не поймешь. Это альтернативный закон термодинамики. Но вы надеетесь получить от этого максимум, иначе вы воздвигнете поистине большую и поистине драгоценную батарею, которая не работает.

Действительно, учитывая все неявные потери энергии от испарения или утечки воды до разъединения и беспорядков внутри министерства, многочисленные гидроаккумулирующие установки достигают предела 70 или выше.

Конечно, это означает, что они являются нетто-потребителями энергии, поскольку вы не можете восстановить всю энергию, используемую для перекачки воды наверх, но если стоимость потребляемой энергии ниже, чем цена, которую они могут получить от этой энергии ( недостаток) во время пикового спроса они все еще могут получать прибыль.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

  • Сколько энергии вы можете хранить в воде?

Представим себе объем воды в 1 см³ . Мы можем увеличить ее энергию, увеличив высоту. Увеличение энергии можно рассчитать, используя уравнение для гравитационной потенциальной энергии, которое представляет собой просто массу объекта, умноженную на ускорение свободного падения, умноженное на высоту объекта.

Здесь мы определяем высоту как разницу в высоте между нашей начальной и конечной точками. Масса одного кубического метра воды составляет 1000 кг, поэтому с каждым 1 м подъема мы добавляем 9810 джоулей энергии. Мы переведем в ватт-часы, так как это наиболее часто используемая единица измерения. Итак, 9810 джоулей = от 2.7 до 5 ватт-часов.

Этого было бы достаточно, чтобы питать 100-ваттную лампочку всего 98.1 секунды, но мы не можем идеально преобразовать эту энергию. Технология гидроаккумулирующих электростанций для хранения солнечной энергии в воде имеет КПД около 80%, поэтому это было бы ближе к 78.5 секундам. А если мы поднимем уровень верхнего водохранилища до 286 метров, как на холме Тёрлок в Ирландии, то 1 см³ воды мог бы питать ту же лампочку в течение 3 22,452 секунд или около 6.2 часов.

  • Какой вид энергии может храниться в воде?

Все формы электрической энергии могут храниться в воде, начиная от солнечной энергии и заканчивая энергией ископаемого топлива.

СОВЕТЫ