10 Inovasi dalam Penyimpanan Tenaga

Tutup » teknologi » 10 Inovasi dalam Penyimpanan Tenaga

1. Penyimpanan tenaga: konsep asas

Sebelum kita menyelami inovasi terkini, adalah penting untuk memahami apa sebenarnya storan tenaga. Ringkasnya, simpanan tenaga merujuk kepada menangkap tenaga yang dihasilkan pada masa tertentu untuk kegunaan kemudian. Ini boleh dilakukan dalam pelbagai cara, daripada bateri kimia kepada sistem mekanikal atau haba.

Mengapa penyimpanan tenaga sangat penting? Jawapannya terletak pada sifat terputus-putus dari banyak sumber tenaga boleh diperbaharui. Matahari tidak selalu bersinar dan angin tidak selalu bertiup, tetapi kita memerlukan elektrik 24/7. Penyimpanan tenaga bertindak sebagai jambatan, mengimbangi bekalan dan permintaan elektrik.

Jenis utama penyimpanan tenaga termasuk:

1. Penyimpanan elektrokimia (bateri)
2. Penyimpanan mekanikal (pengepam hidraulik, udara termampat)
3. Penyimpanan haba
4. Penyimpanan kimia (hidrogen)

Setiap kaedah ini mempunyai kelebihan sendiri dan aplikasi khusus, dan bersama-sama ia membentuk ekosistem pelbagai penyelesaian penyimpanan tenaga.

2. Bateri litium-ion termaju

Bateri litium-ion telah lama menjadi tenaga kerja penyimpanan tenaga mudah alih, tetapi kemajuan terkini membawa teknologi ini ke tahap yang lebih tinggi. Menjelang 2024, kami melihat bateri dengan ketumpatan tenaga yang jauh lebih tinggi dan kitaran hayat yang lebih panjang.

Salah satu inovasi yang paling menarik ialah pembangunan bateri keadaan pepejal. Bateri ini menggunakan elektrolit pepejal dan bukannya cecair, menjadikannya lebih selamat dan berkemungkinan tahan lebih lama. Hasilnya? Kenderaan elektrik dengan jarak lebih daripada 1000 km pada satu cas dan peranti elektronik yang boleh beroperasi selama berhari-hari tanpa perlu dicas semula.

Tetapi penambahbaikan tidak terhad kepada kimia bateri sahaja. Kemajuan dalam proses pembuatan dan bahan yang digunakan menjadikan bateri litium-ion lebih mampan dan mesra alam. Sebagai contoh, sesetengah syarikat sedang membangunkan kaedah untuk mengitar semula hampir 100% bahan bateri terpakai, mewujudkan ekonomi bulat untuk teknologi penting ini.

Dalam bidang grid kuasa, bateri litium-ion berskala besar memainkan peranan yang semakin penting dalam penstabilan grid dan penyepaduan tenaga boleh diperbaharui. Projek seperti "Bateri Besar" 300 MW di Victoria, Australia, menunjukkan potensi teknologi ini untuk mengubah cara kami mengurus grid elektrik kami.

3. Penyimpanan tenaga haba

Penyimpanan tenaga terma (TES) muncul sebagai penyelesaian yang menjanjikan untuk menangani cabaran intermittency dalam tenaga boleh diperbaharui. Teknologi ini memanfaatkan haba atau sejuk untuk menyimpan tenaga, menawarkan alternatif yang cekap dan selalunya lebih murah kepada bateri tradisional.

Salah satu sistem yang paling menarik dalam bidang ini ialah penyimpanan tenaga haba menggunakan garam cair. Kaedah ini menggunakan garam bersuhu tinggi untuk menyimpan tenaga dalam bentuk haba. Bagaimana ia berfungsi? Pada siang hari, garam dipanaskan menggunakan tenaga suria pekat. Pada waktu malam, haba ini dibebaskan untuk menghasilkan wap dan, seterusnya, elektrik. Sistem ini telah pun digunakan dalam loji kuasa solar tertumpu di seluruh dunia, membolehkan penjanaan elektrik 24 jam sehari.

Satu lagi pendekatan inovatif ialah penyimpanan tenaga kriogenik. Teknologi ini menggunakan elektrik untuk menyejukkan udara sehingga ia menjadi cair, menyimpannya dalam tangki bertebat. Apabila tenaga diperlukan, udara cecair dipanaskan dan mengembang, memacu turbin untuk menjana elektrik. Kelebihan utama kaedah ini ialah keupayaannya untuk memanfaatkan sisa "sejuk" untuk aplikasi penyejukan, seterusnya meningkatkan kecekapannya.

Penyepaduan storan haba dengan tenaga boleh diperbaharui membuka kemungkinan baharu untuk pengurusan grid kuasa. Sebagai contoh, di Denmark, tangki air panas yang besar digunakan sebagai "bateri" untuk menyimpan tenaga angin yang berlebihan, memberikan pemanasan kepada rumah apabila permintaan tinggi.

4. Hidrogen hijau: vektor tenaga masa depan

Hidrogen hijau muncul sebagai salah satu penyelesaian yang paling menjanjikan untuk penyimpanan tenaga jangka panjang dan penyahkarbonan sektor yang sukar untuk dielektrik. Tetapi apakah sebenarnya hidrogen hijau dan mengapa ia menjana begitu banyak keseronokan?

Hidrogen hijau dihasilkan melalui elektrolisis air, menggunakan elektrik daripada sumber yang boleh diperbaharui. Proses ini membahagikan molekul air kepada hidrogen dan oksigen, tanpa mengeluarkan CO2 dalam proses tersebut. Keindahan kaedah ini terletak pada kepelbagaiannya: hidrogen boleh disimpan, diangkut dan digunakan dalam pelbagai cara.

Salah satu aplikasi hidrogen hijau yang paling menarik ialah dalam sektor pengangkutan tugas berat. Trak hidrogen, kapal dan kapal terbang boleh merevolusikan logistik global, menawarkan alternatif bersih kepada bahan api fosil. Sebagai contoh, syarikat Norway Nel ASA sedang membangunkan stesen mengisi minyak hidrogen yang boleh menjadikan mengisi minyak kenderaan hidrogen secepat dan mudah seperti mengisi minyak petrol.

Dalam industri, hidrogen hijau berpotensi untuk menyahkarbon proses yang sebelum ini dianggap sukar untuk dielektrik, seperti pengeluaran keluli dan simen. Pengeluar keluli Sweden SSAB, sebagai contoh, telah menghasilkan keluli "bebas fosil" pertama di dunia menggunakan hidrogen hijau dan bukannya arang batu.

Tetapi penyimpanan hidrogen menimbulkan cabarannya sendiri. Beberapa penyelesaian sedang diterokai, daripada penyimpanan tekanan tinggi kepada penggunaan pembawa hidrogen organik cecair (LOHC). Teknologi ini boleh membolehkan penyimpanan sejumlah besar tenaga boleh diperbaharui untuk tempoh yang lama, bertindak sebagai sejenis "bateri bermusim" untuk grid kuasa.

5. Sistem udara termampat (CAES)

Sistem penyimpanan tenaga udara termampat (CAES) mewakili penyelesaian yang bijak untuk penyimpanan tenaga berskala besar. Teknologi ini, walaupun bukan baharu, sedang mengalami kebangkitan berkat inovasi yang menjadikannya lebih cekap dan serba boleh.

Bagaimanakah CAES berfungsi? Pada asasnya, ia menggunakan elektrik semasa permintaan rendah untuk memampatkan udara dan menyimpannya di dalam gua atau tangki bawah tanah. Apabila permintaan untuk elektrik meningkat, udara termampat ini dilepaskan dan dipanaskan, mengembang untuk memacu turbin yang menjana elektrik.

Salah satu kelebihan CAES yang paling ketara ialah keupayaannya untuk menyimpan sejumlah besar tenaga untuk tempoh yang lama. Sebagai contoh, projek Huntorf di Jerman, CAES komersial pertama di dunia, telah beroperasi sejak 1978, menunjukkan jangka hayat dan kebolehpercayaan teknologi ini.

Walau bagaimanapun, sistem CAES tradisional mempunyai kelemahan: mereka kehilangan tenaga dalam bentuk haba semasa pemampatan udara. Untuk menangani masalah ini, sistem CAES adiabatik canggih sedang dibangunkan yang menangkap dan menyimpan haba ini untuk kegunaan kemudian, meningkatkan kecekapan proses dengan ketara.

Contoh inovasi yang menarik dalam CAES ialah projek Hydrostor di Kanada. Syarikat ini telah membangunkan sistem yang menggunakan gua bawah tanah yang diisi dengan air untuk menyimpan udara termampat. Apabila tenaga diperlukan, udara dibebaskan, menyesarkan air dan menjana elektrik. Pendekatan ini bukan sahaja lebih cekap, tetapi juga membolehkan pembinaan kemudahan CAES di lokasi di mana pembentukan geologi yang sesuai tidak tersedia secara semula jadi.

6. Bateri aliran

Bateri aliran mewakili pendekatan yang unik dan menjanjikan untuk penyimpanan tenaga berskala besar. Tidak seperti bateri konvensional, di mana tenaga disimpan dalam elektrod pepejal, bateri aliran menggunakan dua tangki elektrolit cecair yang dipam melalui sel elektrokimia untuk menjana elektrik.

Apakah kelebihan sistem ini? Pertama, kapasiti penyimpanan bateri aliran boleh ditingkatkan hanya dengan menambahkan lebih banyak elektrolit, menjadikannya sangat berskala. Selain itu, bateri ini mempunyai jangka hayat yang sangat panjang, mampu menahan puluhan ribu kitaran cas dan nyahcas tanpa degradasi yang ketara.

Terdapat beberapa jenis bateri aliran, tetapi bateri aliran vanadium-redox (VRFB) adalah yang paling canggih dan dikomersialkan pada masa ini. Bateri ini menggunakan keadaan pengoksidaan berbeza vanadium dalam larutan asid sebagai elektrolit. Salah satu kelebihan utama VRFB ialah dengan menggunakan elemen yang sama dalam kedua-dua elektrolit, risiko pencemaran silang, masalah biasa dalam jenis bateri aliran lain, dihapuskan.

Contoh inspirasi penggunaan bateri aliran ialah projek di Dalian, China, di mana sistem VRFB 200 MW/800 MWh, yang terbesar di dunia, telah dipasang. Sistem ini membantu untuk mengintegrasikan tenaga angin dan solar ke dalam grid elektrik, menunjukkan potensi bateri aliran untuk penyimpanan tenaga skala grid.

Perkembangan terkini dalam aliran bateri memfokuskan pada meningkatkan ketumpatan tenaga dan mengurangkan kos. Sebagai contoh, penyelidik di Makmal Kebangsaan Barat Laut Pasifik telah membangunkan kimia bateri aliran baharu berdasarkan elektrolit organik, yang menjanjikan lebih murah dan lebih mampan daripada bateri aliran tradisional.

7. Superkapasitor

Supercapacitors, juga dikenali sebagai ultracapacitors, muncul sebagai teknologi penyimpanan tenaga pelengkap kepada bateri tradisional. Peranti ini menduduki niche unik dalam ekosistem storan tenaga, menawarkan gabungan kuasa tinggi dan pengecasan/penyahcasan pantas yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi tertentu.

Tetapi apa yang membezakan supercapacitors daripada bateri konvensional? Perbezaan utama antara supercapacitors dan bateri konvensional ialah cara ia menyimpan tenaga. Walaupun bateri menggunakan tindak balas kimia, supercapacitors menyimpan tenaga dalam medan elektrik. Ini membolehkan mereka mengecas dan menyahcas dengan lebih cepat dan menahan bilangan kitaran yang lebih tinggi tanpa degradasi.

Di manakah supercapacitors digunakan? Contoh yang menarik ialah dalam pengangkutan awam. Di China, bas elektrik yang dilengkapi dengan supercapacitors boleh dicas sepenuhnya dalam beberapa saat di setiap perhentian, menghapuskan keperluan untuk rehat pengecasan yang lama. Sistem ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan pengangkutan awam, tetapi juga mengurangkan keperluan untuk bateri yang besar dan berat.

Dalam dunia elektronik pengguna, superkapasitor sedang mencari jalan ke peranti yang memerlukan letupan tenaga berkuasa tinggi. Sebagai contoh, sesetengah telefon pintar sudah menggunakan superkapasitor untuk menghidupkan denyar kamera, membolehkan lebih banyak foto denyar tanpa menghabiskan bateri utama.

Kemajuan terkini dalam bahan membawa supercapacitors ke tahap yang lebih tinggi. Graphene, sebagai contoh, sedang disiasat sebagai bahan yang menjanjikan untuk elektrod supercapacitor kerana luas permukaannya yang besar dan kekonduksian yang sangat baik. Penyelidik di Universiti Surrey telah membangunkan superkapasitor berasaskan graphene yang boleh mengecas peranti elektronik dalam beberapa saat dan berpotensi merevolusikan kenderaan elektrik dengan mendayakan masa pengecasan ultra pantas.

8. Penyimpanan graviti

Penyimpanan graviti adalah salah satu idea yang paling inovatif dan, pada masa yang sama, konsep mudah dalam bidang penyimpanan tenaga. Teknologi ini memanfaatkan daya graviti untuk menyimpan dan membebaskan tenaga, menawarkan penyelesaian yang berpotensi untuk penyimpanan tenaga jangka panjang.

Bagaimana sebenarnya ia berfungsi? Bayangkan sebuah menara blok konkrit. Apabila terdapat lebihan tenaga dalam grid, ia digunakan untuk mengangkat blok ini. Apabila tenaga diperlukan, blok dijatuhkan, menukar tenaga berpotensi kepada elektrik melalui penjana. Kedengaran mudah, bukan? Tetapi kesederhanaan inilah yang menjadikan teknologi ini begitu menarik.

Satu syarikat yang mengetuai pertuduhan dalam bidang ini ialah Energy Vault. Sistem mereka menggunakan kren untuk menyusun blok konkrit 35 tan ke dalam menara. Apabila kuasa diperlukan, perisian mengawal penurunan blok, menukar tenaga berpotensi kepada tenaga kinetik dan kemudian menjadi elektrik. Perkara yang menarik tentang pendekatan ini ialah ia boleh menyediakan penyimpanan jangka panjang tanpa memerlukan bahan eksotik atau proses kimia yang kompleks.

Satu lagi konsep inovatif dalam penyimpanan graviti melibatkan penggunaan kereta api. Syarikat AS Advanced Rail Energy Storage (ARES) telah membangunkan sistem yang menggunakan kereta api bermuatan berat di cerun. Kereta api mendaki cerun apabila terdapat lebihan kuasa dan turun apabila elektrik diperlukan. Sistem ini boleh membekalkan ratusan megawatt kuasa dan menyimpan tenaga untuk beberapa hari atau minggu.

Apakah kelebihan simpanan graviti? Pertama, ia mempunyai jangka hayat yang sangat panjang kerana tiada degradasi kimia seperti dalam bateri. Selain itu, ia menggunakan bahan yang banyak dan murah, yang boleh menjadikannya sangat menguntungkan secara besar-besaran. Akhirnya, sistem ini boleh dibina hampir di mana-mana, menjadikannya sangat serba boleh.

9. Integrasi sistem storan ke dalam grid pintar

Revolusi sebenar dalam storan tenaga bukan hanya tentang membangunkan teknologi individu, tetapi mengenai penyepaduan secara bijak ke dalam grid kuasa kami. Grid pintar, yang menggunakan teknologi digital untuk mengurus permintaan dan bekalan elektrik, berada di tengah-tengah transformasi ini.

Bagaimanakah grid pintar dengan storan bersepadu ini berfungsi? Bayangkan sebuah bandar di mana bateri rumah, kenderaan elektrik dan sistem storan berskala besar semuanya disambungkan ke grid. Perisian pengurusan tenaga lanjutan menyelaraskan sumber ini, mengecasnya apabila terdapat lebihan tenaga boleh diperbaharui dan menyahcasnya apabila permintaan tinggi.

Contoh menarik bagi penyepaduan ini ialah projek Loji Kuasa Maya Tesla di Australia Selatan. Projek ini menghubungkan beribu-ribu panel solar dan bateri rumah Powerwall untuk mencipta "loji kuasa maya" yang boleh membekalkan kuasa kepada grid apabila diperlukan. Ia bukan sahaja telah membantu menstabilkan grid, tetapi ia juga telah mengurangkan kos elektrik untuk peserta.

Satu lagi kajian kes yang menarik ialah tentang pulau El Hierro di Kepulauan Canary. Pulau kecil ini telah mencapai kemandirian tenaga dengan menggabungkan kuasa angin dengan sistem penyimpanan yang dipam. Apabila terdapat lebihan kuasa angin, air dipam ke dalam takungan altitud tinggi. Apabila angin tidak bertiup, air dibebaskan untuk menjana hidroelektrik. Sistem hibrid ini telah membolehkan pulau itu berjalan hampir secara eksklusif pada tenaga boleh diperbaharui.

Penyepaduan sistem storan ke dalam grid pintar juga membuka kemungkinan baharu untuk penyertaan pengguna dalam pasaran tenaga. Sebagai contoh, di sesetengah tempat, pemilik kenderaan elektrik boleh menjana wang dengan membenarkan bateri mereka digunakan untuk mengimbangi grid, konsep yang dikenali sebagai "kenderaan-ke-grid" (V2G).

10. Cabaran dan peluang masa depan

Walaupun terdapat kemajuan yang menarik dalam storan tenaga, cabaran penting masih perlu diatasi. Salah satu halangan utama ialah kos. Walaupun harga bateri telah jatuh secara mendadak sepanjang dekad yang lalu, kami masih memerlukan pengurangan selanjutnya untuk menjadikan storan tenaga berdaya maju secara ekonomi pada skala besar.

Satu lagi cabaran penting ialah kemampanan. Walaupun teknologi seperti penyimpanan graviti sememangnya mampan, yang lain, seperti bateri litium-ion, bergantung pada bahan yang terhad dan proses pengekstrakan yang boleh membahayakan alam sekitar. Pembangunan kaedah kitar semula yang cekap dan pencarian bahan alternatif adalah bidang utama penyelidikan.

Dari segi dasar dan peraturan, kami memerlukan rangka kerja yang menggalakkan pelaburan dalam storan tenaga dan memudahkan penyepaduannya ke dalam grid. Beberapa negara mendahului dalam hal ini. Sebagai contoh, California telah menetapkan matlamat bercita-cita tinggi untuk penggunaan storan tenaga, yang telah mendorong inovasi dan penggunaan teknologi ini.

Tinjauan pasaran untuk penyimpanan tenaga sangat menjanjikan. Menurut laporan oleh Bloomberg New Energy Finance, pasaran simpanan tenaga global dijangka berkembang kepada 942 GW / 2,857 GWj menjelang 2040, menarik $620 bilion dalam pelaburan. Pertumbuhan ini akan didorong oleh kejatuhan kos bateri, peningkatan penembusan tenaga boleh diperbaharui dan keperluan yang semakin meningkat untuk daya tahan grid.

Kesimpulan penyimpanan tenaga

Penyimpanan tenaga adalah nadi kepada peralihan kepada masa depan tenaga yang lebih bersih dan lebih mampan. Daripada bateri litium-ion termaju kepada sistem storan graviti yang inovatif, teknologi yang telah kami terokai dalam artikel ini mengubah cara kami menjana, mengedar dan menggunakan tenaga.

Penyelesaian ini bukan sahaja menjadikan tenaga boleh diperbaharui lebih berdaya maju dan boleh dipercayai, ia juga memperkasakan pengguna, meningkatkan daya tahan grid elektrik kami dan membuka kemungkinan baharu untuk pengurusan tenaga.

Sambil kita melihat ke arah 2024 dan seterusnya, adalah menarik untuk membayangkan bagaimana teknologi penyimpanan tenaga ini akan terus berkembang dan apakah inovasi baharu yang akan muncul. Satu perkara yang pasti: penyimpanan tenaga akan memainkan peranan penting dalam membentuk masa depan tenaga kita.

Dan anda, apakah pendapat anda tentang inovasi dalam storan tenaga ini? Adakah anda fikir mereka akan mengubah cara kita menggunakan dan memikirkan tenaga dengan ketara? Kongsi artikel ini dengan rakan dan keluarga anda untuk memulakan perbualan tentang masa depan tenaga dan cara kami boleh menyumbang kepada dunia yang lebih mampan.