¿Qué tipos de almacenamiento de energía existen y cuáles son sus ventajas y desventajas?
1. Almacenamiento de energía del supercondensador
Según la teoría electroquímica eléctrica de doble capa, también se le llama condensador eléctrico de doble capa. La distancia entre las dos capas de carga es muy pequeña (generalmente menos de 0,5 mm). La estructura especial del electrodo aumenta la superficie del electrodo diez mil veces y la capacitancia es extremadamente grande.
El desarrollo del almacenamiento de energía con supercondensadores tiene una historia de más de 50 años. En las últimas dos décadas, la tecnología ha progresado rápidamente. Su capacitancia ha aumentado considerablemente en comparación con los condensadores tradicionales, alcanzando el orden de varios miles de faradios. Y su densidad de potencia específica puede alcanzar diez veces la de los condensadores convencionales.
El almacenamiento de energía mediante supercondensador almacena directamente energía eléctrica en el campo eléctrico, sin conversión de forma de energía, y tiene tiempos de carga y descarga rápidos, por lo que es adecuado para mejorar la calidad de la energía. Debido a su baja densidad de energía, es adecuado para su uso en combinación con otros dispositivos de almacenamiento de energía.
2. Almacenamiento de energía superconductor
El sistema de almacenamiento de energía superconductor consta de bobinas y sistemas de acondicionamiento de energía (PCS) fabricados con materiales superconductores colocados en contenedores criogénicos (botellas Dewar) y un. Sistema de refrigeración de baja temperatura.
La energía se almacena en campos magnéticos en forma de corrientes continuas que circulan en bobinas superconductoras.
El almacenamiento de energía superconductor es adecuado para mejorar la calidad de la energía, aumentar la amortiguación del sistema y mejorar la estabilidad del sistema, y es especialmente adecuado para suprimir la oscilación de energía de baja frecuencia.
Sin embargo, debido a su alto costo y complicado mantenimiento, aunque existen productos comerciales de almacenamiento de energía superconductores de baja y alta temperatura, rara vez se utilizan en la red eléctrica y la mayoría de ellos son experimentales. La aplicación de las PYMES en sistemas de energía se basa en el desarrollo de tecnología superconductora (especialmente el desarrollo de materiales de bajo costo, refrigeración, electrónica de potencia y otras tecnologías).
3. Batería de plomo-ácido
La batería de plomo-ácido es una de las baterías más utilizadas en el mundo. El ánodo (PbO2) y el cátodo (Pb) de una batería de plomo-ácido se sumergen en el electrolito (ácido sulfúrico diluido) y se genera un potencial de 2 V entre los dos electrodos. Este es el principio de las baterías de plomo-ácido.
Las baterías de plomo-ácido se utilizan a menudo como fuentes de energía de emergencia o fuentes de energía de respaldo para sistemas eléctricos. En el pasado, la mayoría de las instalaciones fotovoltaicas independientes estaban equipadas con este tipo de células. Actualmente existe una tendencia a ser sustituidas paulatinamente por otras baterías (como las de iones de litio).
4. Batería de iones de litio
La batería de iones de litio es en realidad una batería concentrada de iones de litio. Los electrodos positivo y negativo están compuestos por dos compuestos intercalados de iones de litio diferentes.
Durante la carga, el Li se desintercala del electrodo positivo y se inserta en el electrodo negativo a través del electrolito. En este momento, el electrodo negativo está en un estado rico en litio y el electrodo positivo está en un estado rico en litio. Por el contrario, el Li se desintercala del electrodo negativo y se inserta en el electrodo positivo a través del electrolito, y el electrodo positivo está en un estado pobre en litio, el electrodo negativo está en un estado rico en litio y el electrodo negativo. se encuentra en un estado pobre en litio.
Las baterías de iones de litio casi se han convertido en las baterías más utilizadas en el mundo debido a su aplicación en dispositivos móviles portátiles como vehículos eléctricos, ordenadores y teléfonos móviles.
La alta densidad de energía y densidad de potencia de las baterías de iones de litio son las principales razones de su amplia aplicación y atención.
La tecnología se está desarrollando rápidamente. En los últimos años, debido a la producción a gran escala y a las aplicaciones en múltiples ocasiones, su precio ha bajado rápidamente, por lo que se ha utilizado cada vez más en sistemas de energía.
La tecnología de las baterías de iones de litio aún está en desarrollo y la investigación actual se centra en mejorar aún más su vida útil y seguridad, reducir costos y desarrollar nuevos materiales de electrodos positivos y negativos.
5. Batería de sodio-azufre
El ánodo de una batería de sodio-azufre está compuesto de azufre líquido, el cátodo está compuesto de sodio líquido y hay un tubo de β-aluminio. hecho de material cerámico en el medio. La temperatura de funcionamiento de la batería debe mantenerse por encima de 300 °C para mantener los electrodos en estado fundido.
La empresa japonesa NGK es el único fabricante del mundo que puede fabricar baterías de sodio-azufre de alto rendimiento. Actualmente, se utilizan módulos de 50 kW y un módulo de batería de gran capacidad de nivel MW puede estar compuesto por varios módulos de 50 kW.
Se han construido más de 200 centrales eléctricas de almacenamiento de energía en Japón, Alemania, Francia, Estados Unidos y otros lugares. Se utilizan principalmente para equilibrar la carga, desplazar los picos y llenar los valles, mejorando la calidad de la energía y. Los precios de las baterías son aún más altos.
6. Batería de flujo totalmente de vanadio
En una batería de flujo, la energía se almacena en sustancias electroactivas disueltas en un electrolito líquido, y el electrolito líquido se almacena en un tanque fuera de la batería. . medio. El electrolito almacenado en el tanque se bombea a la pila de baterías y la energía eléctrica se convierte en energía química o energía química en energía eléctrica a través de electrodos y membranas.
Existen muchos sistemas de baterías de flujo, entre los cuales la batería de flujo redox de vanadio (VRFB) ha recibido la mayor atención.
Esta tecnología de batería fue inventada por primera vez por la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia y luego se transfirió a VRB en Canadá.
Después de 2010, fue adquirida por China Puneng Company. Los productos de China Puneng Company se han utilizado en algunos proyectos piloto en el país y en el extranjero.
La potencia y la energía de la batería no tienen nada que ver. La energía almacenada depende del tamaño del tanque de almacenamiento de energía. Por lo tanto, puede almacenar energía desde varias horas hasta varios días, y la capacidad también. alcanzar el nivel MW, que es adecuado para aplicaciones de sistemas de energía.
Ventajas y desventajas del almacenamiento de energía:
Entre varios sistemas de almacenamiento de energía, el almacenamiento de energía con baterías de iones de litio es actualmente un método de almacenamiento de energía relativamente maduro. Las baterías secundarias de iones de litio que utilizan fosfato de hierro, litio y olivino como material activo tienen muchas ventajas, como alta densidad de energía, bajo costo de fabricación y larga vida útil. Con el avance de la industria de los vehículos eléctricos, se han investigado amplia y profundamente aspectos como la estimación del estado de carga, la tecnología de integración de baterías y los sistemas de gestión relacionados con las baterías de fosfato de hierro y litio. Sin embargo, la mayoría de estos estudios se realizaron en el entorno de uso, las condiciones de operación y las condiciones de los vehículos eléctricos, y los resultados y conclusiones de sus investigaciones no son completamente aplicables a los sistemas de almacenamiento de energía de la red caracterizados por entrada/salida de energía a gran escala.
Definición de almacenamiento de energía:
A grandes rasgos, el almacenamiento de energía es el almacenamiento de energía, que se refiere al almacenamiento de una forma de energía en la misma forma, o a través de algún tipo de medio o equipo. Proceso cíclico que la convierte en otra forma de energía y la libera en una forma energética específica según las necesidades futuras de aplicación.
En un sentido estricto, para el almacenamiento de energía eléctrica, el almacenamiento de energía se refiere a una serie de tecnologías y medidas que utilizan métodos químicos o físicos para almacenar la energía generada y liberarla cuando sea necesario.
Comparación de las ventajas y desventajas de nueve tecnologías de baterías de almacenamiento de energía:
Primero, baterías de plomo-ácido
Principales ventajas:
1. Materias primas Fácil de obtener, el precio es relativamente bajo;
2. Buen rendimiento de descarga de alta velocidad;
3 Buen rendimiento de temperatura, puede funcionar a -40 ~ 60ºC. ℃;
4. Adecuado para carga flotante, larga vida útil, sin efecto memoria;
5. Las baterías usadas son fáciles de reciclar, lo que es beneficioso para la protección del medio ambiente.
Principales desventajas:
1. Baja energía específica, generalmente 30 ~ 40 Wh/kg
2. La vida útil no es tan buena como la del Cd/Ni. baterías;
3. El proceso de fabricación puede contaminar fácilmente el medio ambiente y debe estar equipado con tres equipos de tratamiento de residuos.
2. Baterías de hidruro metálico de níquel
Principales ventajas:
1. En comparación con las baterías de plomo-ácido, la densidad de energía mejora considerablemente, con un peso. densidad de energía de 65 Wh/kg. La densidad de energía volumétrica aumenta en 200 wh/L.
2. Alta densidad de potencia, capaz de cargar y descargar con grandes corrientes. Buenas características de descarga a baja temperatura;
4. Ciclo de vida (aumentado a 1000 veces);
5. Respetuoso con el medio ambiente y libre de contaminación. La tecnología es más madura que las baterías de iones de litio.
Principales desventajas:
1. El rango de temperatura de funcionamiento normal es de -15 a 40 ℃ y el rendimiento a alta temperatura es deficiente;
2. el voltaje es bajo y el rango de voltaje de funcionamiento es de 1,0 ~ 1,4 V;
3. El precio es más caro que el de las baterías de plomo-ácido y el de hidruro metálico de níquel, pero el rendimiento es peor que el de iones de litio. baterías.
Tres. Baterías de iones de litio
Principales ventajas:
1. Alta energía específica;
2. Plataforma de alto voltaje;
3. rendimiento Bueno;
4. Sin efecto memoria;
5. Respetuoso con el medio ambiente y libre de contaminación; actualmente es una de las baterías de vehículos eléctricos más prometedoras.
Cuarto, supercondensador
Principales ventajas:
1. Alta densidad de potencia;
2. Corto tiempo de carga.
Principales desventajas: baja densidad de energía, solo 1-10 Wh/kg, el rango de crucero del supercondensador es demasiado corto y no se puede utilizar como fuente de alimentación principal para vehículos eléctricos.
Verbo (abreviatura del verbo) pila de combustible
Principales ventajas:
1. Alta energía específica, largo kilometraje del vehículo;
2 , Alta densidad de potencia, capaz de cargar y descargar alta corriente;
3. Respetuoso con el medio ambiente, sin contaminación.
Principales desventajas:
1. El sistema es complejo y la madurez tecnológica es deficiente;
2. La construcción del sistema de suministro de hidrógeno está retrasada; /p>
3. Tienen altos requerimientos de dióxido de azufre en el aire. Los vehículos de pila de combustible tienen una vida útil corta en China debido a la grave contaminación del aire del país.
6. Batería de sodio-azufre
Ventajas:
1. Alta energía específica (teórica 760 wh/kg; real 390 wh/kg);
2. Alta potencia (la densidad de corriente de descarga puede alcanzar 200 ~ 300ma/cm2);
3. Carga rápida (carga completa en 30 minutos); Larga vida útil (15 años; o 2500~4500 veces);
5. Sin contaminación, reciclable (la tasa de recuperación de Na y S es casi 100). Sin fenómeno de autodescarga, alta tasa de conversión de energía); ;
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Desventajas:
1. La temperatura de trabajo es alta y su temperatura de trabajo es de 300 ~ 350 grados. La batería requiere cierto calentamiento y aislamiento durante el funcionamiento. y el inicio es lento;
2. El precio es caro, 10.000 yuanes/grado
3.
7. Batería de flujo (batería de vanadio)
Ventajas:
1. Descarga profunda segura
2. El tamaño del tanque de almacenamiento no está limitado;
3. Tiene una gran tasa de carga y descarga;
4. Larga vida útil y alta confiabilidad;
5. Ninguno Bajas emisiones y bajo nivel de ruido;
6. Cambio rápido de carga y descarga, solo 0,02 segundos;
7.
Desventajas:
1. Contaminación cruzada de electrolitos positivos y negativos;
2. Algunos utilizan costosas membranas de intercambio iónico;
3. Las dos soluciones tienen grandes volúmenes y baja energía específica;
4. La eficiencia de conversión de energía no es alta.
8. Batería de litio-aire
Defecto fatal: El óxido de litio (Li2O), producto de la reacción en estado sólido, se acumulará en el electrodo positivo, dificultando el contacto entre el electrolito. y el aire, provocando que se detenga la descarga. Los científicos creen que las baterías de litio-aire son 10 veces más potentes que las de iones de litio y pueden proporcionar la misma energía que la gasolina. Las baterías de litio-aire absorben oxígeno del aire para cargarse, por lo que pueden ser más pequeñas y ligeras. Muchos laboratorios de todo el mundo están trabajando en esta tecnología, pero sin un gran avance, puede llevar 10 años lograr su comercialización.
9. Batería de litio-azufre (la batería de litio-azufre es un sistema de almacenamiento de energía de gran capacidad con grandes perspectivas de desarrollo)
Ventajas:
1. densidad Alta, la densidad de energía teórica puede alcanzar 2600 wh/kg;
2. Bajo costo de materia prima
3. Baja toxicidad.