Различные типы систем хранения энергии на основе аккумуляторных батарей (BESS)

Поскольку мир переходит к более чистым, возобновляемым энергетическим решениям, системы хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) становятся неотъемлемой частью энергетического ландшафта. BESS позволяют нам хранить избыточную энергию для последующего использования, стабилизируя сеть и повышая эффективность возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая. Независимо от того, являетесь ли вы домовладельцем, рассматривающим возможность интеграции солнечных панелей, бизнесом, стремящимся сократить расходы на электроэнергию, или поставщиком коммунальных услуг, понимание различных типов BESS и того, как они функционируют, имеет важное значение.

В этой статье будут рассмотрены типы систем хранения энергии на аккумуляторных батареях (BESS), проведено сравнение основных технологий и даны практические советы по выбору правильной системы для ваших нужд.

Что такое системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей (BESS)?

Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) — это устройства, которые хранят энергию в химической форме и высвобождают ее при необходимости. Эти системы могут сглаживать колебания в генерации возобновляемой энергии, снижать зависимость от сети и повышать энергетическую безопасность. BESS можно использовать в различных масштабах: от небольших жилых систем до крупных сетевых проектов хранения.

При выборе типов систем хранения энергии аккумуляторов крайне важно учитывать такие факторы, как энергоемкость, срок службы, стоимость и воздействие на окружающую среду. По мере развития технологий выбор в BESS расширяется, что позволяет более эффективно удовлетворять конкретные потребности в энергии.

Типы батарей (включая химические) для хранения энергии

Типы систем хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) в первую очередь определяются используемыми химическими составами аккумуляторов. Ниже мы обсудим наиболее распространенные и новые химические составы в отрасли:

Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion)

Литий-ионные аккумуляторы являются наиболее широко используемым типом BESS, особенно для бытовых приложений, таких как Tesla Powerwall. Они предлагают высокую плотность энергии, длительный срок службы (до 20 лет) и быстрое время зарядки/разрядки.

Плюсы: Высокая эффективность, длительный срок службы, масштабируемость для жилых и коммерческих помещений.

Минусы: Более высокие первоначальные затраты, чувствительность к экстремальным температурам.

Подтипы литий-ионных аккумуляторов:

Литий-ионные аккумуляторы бывают разных типов, каждый из которых имеет уникальные особенности:

• Литий-железо-фосфат (LFP): Известно, что оно более безопасно и имеет более длительный срок службы, но немного меньшую плотность энергии.
• Оксид лития, никеля, марганца и кобальта (NMC): Обеспечивает более высокую плотность энергии и лучшую эффективность, но, как правило, более дорогой.

Эти подтипы позволяют пользователям выбирать батарею, которая лучше всего соответствует их потребностям, будь то повышенная безопасность, более длительный срок службы или более высокая выходная мощность.

Свинцово-кислотные аккумуляторы (PbA)

Один из старейших типов перезаряжаемых батарей, свинцово-кислотные, до сих пор широко используются в таких приложениях, как системы автономного питания и резервные источники питания (ИБП). Они дешевле литий-ионных, но имеют более короткий срок службы и меньшую плотность энергии.

Плюсы: Низкая стоимость, широкая доступность, пригодность для вторичной переработки.

Минусы: Более короткий срок службы (5–10 лет), меньшая эффективность, более медленное время зарядки.

Проточные батареи

Проточные батареи используют жидкие электролиты для хранения энергии. Это делает их высокомасштабируемыми и способными к длительному хранению. Ванадий-редокс-проточная батарея (VRFB) является одним из самых популярных типов для хранения в масштабе сетки.

Плюсы: Длительный срок службы (до 25 лет), масштабируемость, повышенная безопасность за счет негорючих электролитов.

Минусы: Меньшая плотность энергии, более высокая начальная стоимость.

Натрий-ионные аккумуляторы

Натрий-ионные батареи появляются как альтернатива литий-ионным, особенно в областях, где натрий более распространен и экономически эффективен. Они лучше подходят для высокотемпературных сред и предлагают преимущества безопасности.

Плюсы: Безопаснее, экологичнее, экономически эффективнее.

Минусы: Все еще находится на ранней стадии разработки, более низкая плотность энергии, чем у литий-ионных.

Твердотельные батареи

Твердотельные батареи считаются следующим рубежом в технологии батарей. Они заменяют жидкий электролит твердым материалом, предлагая улучшенную плотность энергии, безопасность и скорость зарядки.

Плюсы: Более высокая плотность энергии, более быстрая зарядка, более высокая безопасность.

Минусы: Все еще на стадии разработки, высокая себестоимость производства.

Цинково-воздушные батареи

Цинк-воздушные батареи используют кислород из воздуха для реакции с цинком в батарее, производя электричество. Эти батареи становятся все более популярными из-за их высокой плотности энергии и экологически чистых характеристик.

Плюсы: Высокая плотность энергии (лучше, чем у многих традиционных батарей), меньшее воздействие на окружающую среду (изготовлены из широко распространенных материалов).

Минусы: Ограниченный срок службы, дороговизна производства.

Приложения: Обычно используется для узкоспециализированных приложений, таких как системы резервного питания и небольшие решения по хранению энергии.

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы хорошо известны своей прочностью и надежностью. Они хорошо работают при экстремальных температурах и имеют длительный срок службы, что делает их идеальными для определенных промышленных и автономных применений.

Плюсы: Превосходные характеристики при экстремальных температурах, длительный срок службы и цикличность.

Минусы: Экологические проблемы из-за токсичности кадмия, более низкой плотности энергии по сравнению с литий-ионными.

Приложения: Часто используется в резервных системах электропитания, промышленных предприятиях и удаленных автономных местах.

Натрий-серные (NaS) батареи

Натрий-серные (NaS) батареи — это высокотемпературные батареи, работающие при температуре около 300°C (572°F). Эти батареи обеспечивают высокую плотность энергии и в основном используются для крупномасштабных приложений, таких как сетевое хранение и балансировка нагрузки.

Плюсы: Высокая плотность энергии, хорошо подходит для крупномасштабного хранения энергии.

Минусы: Требуются специальные системы нагрева для поддержания рабочей температуры, ограниченный срок службы по сравнению с литий-ионными.

Приложения: В основном используется для накопления энергии в масштабах коммунальных предприятий и балансировки электрических нагрузок в сети.

Факторы, которые следует учитывать при выборе BESS

Выбор правильной системы хранения энергии аккумулятора требует баланса между несколькими факторами. Вот что вам нужно учесть:

Потребности в энергии и ее мощность

Вам нужна система для хранения энергии от солнечных панелей для вашего дома или вы управляете колебаниями сети для коммунальной компании? Определите емкость хранилища (кВт·ч) и выходную мощность (кВт), необходимые для вашего приложения.

Жизненный цикл

Срок службы аккумулятора показывает, сколько раз аккумулятор может быть заряжен и разряжен, прежде чем он начнет терять производительность. Например, литий-ионные аккумуляторы служат около 5000 циклов, тогда как проточные аккумуляторы могут работать до 20 000 циклов.

Стоимость и бюджет

Стоимость BESS зависит от технологии, причем литий-ионные батареи являются самыми дорогими, за ними следуют проточные и натрий-ионные батареи. Тем не менее, существует несколько финансовых стимулов и скидок, которые помогут сократить эти первоначальные расходы, особенно для домовладельцев, устанавливающих системы хранения солнечной энергии.

Например, Закон о снижении инфляции (IRA) теперь предлагает 30% налоговую льготу для аккумуляторных батарей и систем хранения энергии, что значительно больше предыдущих 26%. Этот налоговый вычет также применяется, если вы модернизируете существующие солнечные панели с помощью решения по хранению энергии в аккумуляторных батареях, что упрощает модернизацию для домовладельцев.

В дополнение к федеральным стимулам местные программы также предоставляют финансовые льготы. Например, в Калифорнии, Программа экстренного снижения нагрузки компании PG&E позволяет домовладельцам зарабатывать деньги за хранение электроэнергии в своих аккумуляторах, что помогает снизить нагрузку на сеть в часы пик. Аналогичным образом, в Лонг-Айленде, Нью-Йорк, PSEG предлагает авансовые скидки на системы хранения аккумуляторов в рамках своей программы вознаграждений за хранение аккумуляторов. Эти инициативы помогают снизить финансовый барьер для внедрения систем хранения энергии, а также способствуют созданию более устойчивой энергетической сети.

Воздействие на окружающую среду

Рассмотрите экологический след аккумуляторной технологии. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют более высокий углеродный след, чем свинцово-кислотные или натрий-ионные. Кроме того, технологии переработки совершенствуются, но утилизация аккумуляторов остается проблемой.

Практические советы и рекомендации

Выбор подходящей BESS для ваших нужд может оказаться сложной задачей, но вот контрольный список, который поможет вам принять решение:

• Оцените свои потребности в энергии: Сколько энергии вам нужно хранить и как долго? Это поможет определить размер необходимой вам системы.
• Оцените доступное пространство: Рассмотрите доступное пространство для хранения аккумулятора. Такие системы, как ACE Battery, предлагают компактные конструкции, которые идеально подходят для жилых помещений с ограниченным пространством.
• Рассмотрите бюджет: Каков ваш бюджет и какие финансовые стимулы доступны? Не забудьте проверить местные скидки и налоговые льготы, чтобы сократить первоначальные расходы.
• Фактор масштабируемости: Можно ли расширить систему, если ваши потребности в энергии возрастут? Многие системы, включая ACE Battery, являются модульными, что позволяет вам легко масштабировать их по мере роста ваших потребностей в энергии.
• Отдайте приоритет безопасности: Выбирайте системы со встроенными функциями безопасности, особенно для жилых помещений. Например, ACE Battery включает в себя передовые системы терморегулирования для обеспечения безопасной эксплуатации.

Используя этот контрольный список и учитывая системы хранения энергии на основе домашних аккумуляторов как и ACE Battery, вы сможете сделать осознанный выбор, который будет соответствовать вашим потребностям в энергии и бюджету.

Заключение

Системы хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) имеют решающее значение для повышения энергоэффективности, улучшения интеграции возобновляемых источников энергии и содействия более устойчивому энергетическому будущему. Понимая различные типы аккумуляторов, их преимущества и факторы, которые следует учитывать при выборе системы, вы можете принять обоснованное решение, которое соответствует вашим конкретным энергетическим потребностям.

Поскольку технологии продолжают развиваться, новые решения, такие как твердотельные батареи и натрий-ионные батареи, обещают раздвинуть границы возможностей в области хранения энергии. С правильным BESS, будь то для дома, бизнеса или крупномасштабных сетевых приложений, мы можем двигаться к более чистому, более умному энергетическому будущему.