Gigugol nako ang daghang oras sa pagbasa sa mga puti nga papel ug mga spec sheet bahin sapagtipig sa enerhiya. Ug ania ang akong nahibal-an: ang tibuuk nga talan-awon mas gubot ug labi ka makapaikag kaysa kadaghanan sa mga artikulo nga naghimo niini nga maayo.
Ang tanan naghisgot bahin sa mga baterya. Igo lang-anaa na sila bisan asa. Apan ang pagtipig sa enerhiya? Kana usa ka mas dako nga panag-istoryahanay. Naghisgot kami bahin sa tanan gikan sa daghang mga reservoir sa tubig nga naglingkod sa mga tumoy sa bukid hangtod sa nagtuyok nga mga piraso sa metal sa mga vacuum chamber. Ang uban niini nga mga teknolohiya anaa na sukad sa imong-mga apohan sa tuhod mga bata pa. Ang uban anaa kasagaran sa mga lab ug mga presentasyon sa PowerPoint.
Tudloi ko nimo kung unsa gyud ang naa didto.
Ang Old Workhorse Wala'y Gihisgotan
Pumped hydro storage. Morag boring, di ba? Duha ka reservoir sa lain-laing mga elevation, pipila ka mga turbine, tubig nga nagaagay pataas ug paubos. Simple nga pisika.
Apan ania ang butang-kining "kalaay" nga teknolohiya nagdumala sa halos 95% sa tanang grid-scale energy storage sa tibuok kalibutan. Nubenta{4}}singko porsyento. Kung ang mga tawo magdebate sa mga kemikal sa baterya ug maglalis bahin sa lithium batok sa sodium, ang pumped hydro hilom nga naghimo sa trabaho niini sa background.
Ang konsepto mao ang hapit makauulaw nga yano. Kung barato ang elektrisidad (kasagaran sa gabii, o kung nagsidlak ang adlaw ug nag-cranking ang mga solar panel), gibomba nimo ang tubig pataas sa usa ka reservoir. Kung motaas ang presyo o mosaka ang panginahanglanon, tugotan nimo ang tubig nga modagayday balik sa mga turbine. Ang episyente naglihok sa palibot sa 70-85%, nga dili perpekto, apan ang kapasidad sa pagtipig dako kaayo. Naghisgot kami bahin sa mga pasilidad nga makatipig gigawatt-mga oras sa kusog. Dili megawatt-oras. Gigawatt{11}}oras. Sulayi ang pagbuhat niana gamit ang lithium-ion.
Siyempre, adunay usa ka kuha. Kinahanglan nimo ang geograpiya. Kinahanglan nimo ang duha ka reservoir. Kinahanglan nimo ang husto nga kalainan sa elevation. Dili gyud nimo matukod ang usa niini sa Kansas. Ang pagtugot sa kalikopan lamang mokabat ug mga tuig. Ug ang mga gasto sa una? Astronomiko. Apan sa dihang matukod na kini, kini nga mga tanom modagan sulod sa 50, 60, usahay 80 ka tuig. Ang pasilidad sa Bath County sa Virginia nag-operate sukad pa niadtong 1985 ug walay timailhan sa paghunong.
Compressed Air: Ang Underground Approach
Ang compressed air energy storage (CAES) mao ang katingad-an nga ig-agaw sa hydro. Imbis nga mobalhin sa tubig, imong i-compress ang hangin ngadto sa ilalom sa yuta nga mga langob-salt domes, nahurot nga natural gas fields, aquifers, bisan unsa nga geological formation nga mahitabo nga anaa.
Atol sa-peak hours, ang mga electric compressor moduso og hangin ngadto niining mga luna sa ilalom sa yuta sa mga pressure nga makapakugang sa imong mga dalunggan sa paghunahuna lang niini. Kung kinahanglan nimo ang gahum, ang compressed air mapagawas, mapainit (kasagaran sa natural nga gas, nga dili kaayo-berde nga bahin), ug modagan sa mga turbine.
Adunay duha lamang ka komersyal nga planta sa CAES nga naglihok karon. Duha. Usa sa Germany nga nagdagan sukad sa 1978, ug usa sa Alabama gikan sa 1991. Ang teknolohiya nagtrabaho, klaro. Apan ang mga kinahanglanon sa geolohiya estrikto, ug ang ekonomiya wala masulat sa daghang mga lokasyon. Bisan pa, ang mga tigdukiduki nagpadayon sa pagtrabaho sa mga advanced nga bersyon-adiabatic nga sistema nga nagkuha ug naggamit pag-usab sa kainit gikan sa compression, nagwagtang sa panginahanglan alang sa natural nga gas. Kini kasagaran anaa sa mga pilot project sa pagkakaron.
Mga Flywheels: Putli nga Mekanikal nga Katahum
Angkunon ko nga-ang mga flywheel ang akong paborito. Adunay usa ka butang nga elegante mahitungod sa pagtipig sa enerhiya isip rotational motion.
Ang sistema sa flywheel usa ka bug-at nga rotor nga nagtuyok sa usa ka vacuum chamber, nga gisuspinde sa magnetic bearings aron mamenosan ang friction. Kung adunay sobra nga kuryente, ang mga motor mas paspas nga magtuyok sa flywheel. Kung kinahanglan nimo nga ibalik ang kuryente, kana nga nagtuyok nga masa nagmaneho sa usa ka generator. Ang pisika limpyo, intuitive.
Ang mga flywheel milabaw sa mga butang nga gidumtan sa mga baterya: paspas nga pag-charge-mga siklo sa pag-discharge, minilyon nga mga siklo sa tibuok nilang kinabuhi, dihadiha nga mga oras sa pagtubag nga gisukod sa millisecond. Perpekto sila para sa frequency regulation-kanang gagmay, makanunayon nga mga pag-adjust nga gikinahanglan sa grid nga magpabiling lig-on sa eksaktong 60 Hz (o 50 Hz, depende sa imong gipuy-an).
Unsa ang dili nila maayo? Pagtipig sa enerhiya sa taas nga panahon. Bisan pa sa labing maayo nga magnetic bearing ug duol sa{1}}perpektong mga vacuum, ang mga flywheel mawad-an og kusog tungod sa friction sa paglabay sa panahon. Biyai ang usa ka paglingkod sulod sa usa ka adlaw ug nawad-an ka ug dakong bahin sa imong gitipigan nga kusog. Biyai kini sulod sa usa ka semana ug, aw, ayaw pagsamok.
Busa ang mga flywheel nag-okupar sa usa ka piho nga dapit: mubo-gidugayon, taas-mga aplikasyon sa kuryente. Gigamit kini sa mga sentro sa datos isip gahum sa taytayan sulod sa pipila ka segundo nga gikinahanglan ang mga diesel generator aron makasulod. Ang ubang mga sistema sa transit nagbawi sa kusog sa pagpreno ngadto sa mga flywheel ug ipagawas kini balik sa ikatulo nga riles sulod sa mga segundo. Ang NASA nakigdula kanila alang sa spacecraft.
Mga Baterya: Ang Kategorya nga Giatiman sa Tanan
Okay, maghisgot ta bahin sa mga baterya. Ang mga kapilian sa electrochemical mibuto sa bag-ohay nga mga tuig, ug sa tinuud kini makalibog.
Lithium{0}}ionnagdominar sa panag-istoryahanay sa maayong rason. Ang taas nga densidad sa enerhiya nagpasabut nga daghang pagtipig sa gamay nga wanang. Maayo nga siklo sa kinabuhi, labi na sa bag-ong mga kemistriya. Ang mga gasto mius-os-sama sa, mius-os og 90% sukad niadtong 2010 nga matang sa pagkunhod. Ang imong telepono, imong laptop, mga de-koryenteng sakyanan, ug nagkadaghang, grid storage tanan nagdagan sa mga variation sa lithium-ion.
Apan ang "lithium-ion" dili usa ka butang. Kini usa ka pamilya. Ang Lithium iron phosphate (LFP) nagsakripisyo sa pipila ka densidad sa enerhiya alang sa mas maayong kaluwasan ug mas taas nga kinabuhi-walay cobalt, nga importante sa etika ug ekonomikanhon. Ang mga tiggamag Intsik miapil sa tanan-sa LFP, ug karon nagpuli na kini. Sa laing bahin, ang nickel-manganese-cobalt (NMC) nagputos ug dugang nga enerhiya kada kilo, nga importante kon ikaw naningkamot sa paghatag ug desenteng salakyanan sa de-koryenteng sakyanan.
Ang ngitngit nga bahin sa lithium-ion? Thermal runaway. Kini nga mga baterya mahimong masunog sa talagsaon nga paagi kung madaot, sobra ang bayad, o dili maayo. Ang paggama kay kusog-sa enerhiya. Ang mga kadena sa suplay alang sa lithium ug cobalt adunay kaugalingon nga etikal nga bagahe. Ug samtang nag-uswag ang imprastraktura sa pag-recycle, kadaghanan sa mga nagasto nga baterya naa pa sa mga landfill.
Daloy nga mga bateryapagkuha sa usa ka hingpit nga lahi nga pamaagi. Imbis nga magtipig og enerhiya sa solid nga mga electrodes, gigamit nila ang mga likido nga electrolyte sa mga tangke sa gawas. Gusto ug dugang nga kapasidad sa enerhiya? Pagkuha lang ug dagkong mga tangke. Ang gahum ug kusog gibuak, nga nagbag-o sa tibuuk nga pilosopiya sa disenyo.
Ang Vanadium redox flow batteries (VRFBs) mao ang labing hamtong nga bersyon. Molungtad sila halos hangtod sa kahangturan-naghisgot kita og 15,000 ngadto sa 20,000 ka mga siklo, tingali labaw pa. Walay degradation gikan sa lawom nga discharge. Ang electrolyte dili mahurot; nag-slosh lang kini balik-balik sa cell stack. Kaluhaan ka-singko ka tuig, mahimo nimong mahubas ang electrolyte, ipadala kini sa laing dapit, ug ipadayon kini sa paggamit.
Apan ang mga baterya sa pag-agay daghan kaayo. Ang ubos nga densidad sa enerhiya nagpasabot nga wala sila'y kahulogan alang sa mga sakyanan o madaladala nga mga aplikasyon. Ang vanadium dili usab barato. Para sa grid-scale storage diin ang footprint dili importante ug taas nga kinabuhi? Mas madanihon sila.
Tingga-acidmao ang orihinal nga rechargeable nga baterya, sa batakan wala mausab sukad sa 1859. Ang imong sakyanan nagsugod sa usa. Barato ra sila,-masabtan, ug 98% ma-recycle. Apan ang siklo sa kinabuhi kasarangan, ang densidad sa enerhiya dili maayo, ug kini bug-at. Alang sa mga aplikasyon sa grid, kadaghanan sila gipulihan, apan nagdominar gihapon sila sa mga backup nga sistema sa kuryente diin ang gasto labi ka hinungdanon kaysa sa tanan.
Sodium{0}}ionmao ang bag-ong nangabot nga seryoso nga pagtagad. Ang sodium anaa bisan asa-literal sa tubig-dagat-mao nga ang mga kabalaka sa kadena sa suplay nahanaw. Mahimong magamit pag-usab sa proseso sa paggama ang kasamtangan nga kagamitan sa pabrika sa lithium-ion. Ang pasundayag wala pa sa lebel sa lithium-ion, apan kini paspas nga nagsira sa gintang. Gisugdan sa CATL ang mass production niadtong 2023. Sulod sa lima ka tuig, ang sodium-ion mahimong makakulit og seryoso nga bahin sa merkado alang sa walay hunong nga pagtipig.
Ako unta maghisgotnickel-cadmium(gigamit gihapon sa pipila ka industriyal nga aplikasyon, bisan ang cadmium makahilo ug ang EU nagpugong niini),nickel-metal hydride(Hinumdomi ang Prius sa wala pa kini miadto sa lithium?), Ugsodium{0}}azufre(taas nga-temperatura nga sistema nga gipugos pag-ayo sa mga kompanya sa Japan niadtong 2000s). Apan niining puntoha ako naglista sa mga butang aron lang ilista kini. Ang praktikal nga reyalidad mao nga ang lithium-ion ug ang flow batteries naa diin ang aksyon, uban ang sodium-ion nga paspas nga mogawas.
Thermal Storage: Kainit isip Baterya
Ania ang usa ka kategorya nga dili makakuha og igong pagtagad: pagtipig sa enerhiya isip kainit (o katugnaw).
Pagtipig sa tinunaw nga asinmao kung giunsa ang mga concentrated solar power plant nga nagtrabaho sa gabii. Ang mga salamin nagpunting sa kahayag sa adlaw ngadto sa usa ka tore, nagpainit sa tinunaw nga asin ngadto sa 500-600 degrees. Kana nga asin matipigan sa insulated nga mga tangke, ug kung kinahanglan nimo ang elektrisidad, gamiton nimo kini sa paghimo og alisngaw ug pagpadagan sa usa ka turbine. Ang planta sa Gemasolar sa Spain makamugna og kuryente sulod sa 15 ka oras human sa pagsalop sa adlaw. Ang Crescent Dunes sa Nevada adunay igo nga kainit alang sa 10 ka oras nga henerasyon.
Ang bugnaw nga butang bahin sa tinunaw nga asin mao nga barato ang pagtipig sa init. Mas barato per kWh kaysa mga baterya. Ang dili-maayong butang mao ang round-episyente sa biyahe-nga mawad-an ka og dako sa pagkakabig gikan sa init ngadto sa elektrisidad ug balik.
Pagtipig sa yelomao ang thermal nga katumbas sa oras-pagbalhin. Ang mga komersyal nga bilding nag-freeze sa tubig sa tibuok gabii kung mubu ang presyo sa elektrisidad, unya gamita kana nga yelo aron mahatagan ang air conditioning sa oras sa peak nga hapon. Dili kini glamorous, apan kini molihok. Gigamit kini sa Disney World. Daghang mga bilding sa opisina sa init nga klima ang naggamit niini. Sa panguna gigamit nimo ang yelo ingon usa ka baterya alang sa panginahanglan sa pagpabugnaw.
Adunay usab bag-ong mga konsepto:Carnot nga mga bateryanga nagtipig sa elektrisidad isip kainit ug nag-usab niini gamit ang mga makina sa init, mga tangke sa init nga tubig nianang panahona-pagbalhin sa pagpainit sa kuryente, seasonal nga pagtipig sa init alang sa tibuok kasilinganan. Ang kainit nga uniberso katingad-an nga lawom.
Hydrogen: Ang Wildcard
Ang pagtipig sa enerhiya sa hydrogen adunay madasigon nga mga tigpasiugda ug mapintas nga mga kritiko, ug sa tinuud, ang duha adunay balido nga mga punto.
Ang pag-apelar yano ra: gamita ang sobra nga nabag-o nga kuryente aron mabahin ang tubig ngadto sa hydrogen ug oxygen (electrolysis). Tipigi ang hydrogen. Kung kinahanglan nimo ang gahum, padagana kini sa usa ka fuel cell o sunugon kini sa usa ka turbine. Ang hydrogen makatipig ug dagkong kantidad sa enerhiya sulod sa taas kaayo nga mga gidugayon-mga semana, mga bulan, bisan mga panahon.
Ang pagsaway parehas nga yano: ang round-episyente sa biyahe makalilisang. Mawala nimo ang 30% sa electrolysis. Mas mapildi ka sa compression o liquefaction. Mas mawad-an ka sa pagbag-o balik sa elektrisidad. Katapusan-ngadto sa-katapusan, mahimo nimong mabawi ang 30-40% sa imong orihinal nga kusog. Itandi kana sa 85-90% alang sa lithium-ion.
Busa kanus-a ang hydrogen makatarunganon? Kung kinahanglan nimo nga tipigan ang tinuud nga daghang kantidad sa enerhiya sa dugay nga panahon. Kung imong gi-decarbonize ang mga proseso sa industriya nga nanginahanglan taas nga kainit. Kung kinahanglan nimo ang usa ka carrier sa enerhiya nga mahimong madala sa layo. Kung ang ubang mga kapilian literal nga dili makahimo sa trabaho.
Ang Germany nagpusta pag-ayo sa hydrogen. Mao usab ang Japan. Nagtukod ang Australia og imprastraktura sa pag-eksport aron ipadala ang berde nga hydrogen sa Asya. Kung mabayran ba kini nga pusta nagdepende sa mas paspas nga pagkunhod sa gasto kaysa pag-uswag sa mga baterya-ug paspas nga pag-uswag sa mga baterya.
Ang Ultra-Mubo-Duration Stuff
Mga supercapacitormagtipig enerhiya electrostatically kay sa electrochemically. Mahimo nila nga ma-charge ug ma-discharge ang hapit dayon, pagdumala sa milyon-milyon nga mga siklo, ug maghatag kataw-anan nga density sa kuryente. Ang dili nila mahimo mao ang pagtipig sa daghang kusog. Ang usa ka supercapacitor nga bangko nga ang gidak-on sa usa ka sudlanan sa pagpadala mahimong magtipig kung unsa ang gihuptan sa usa ka pakete sa baterya nga sama kadako sa usa ka maleta.
Ang ilang sweet spot mao ang ultra-mubo nga pagbuto: regenerative braking sa transit system, pagpahapsay sa paghatod sa kuryente sa renewable installations, paghatag nianang split-segundo sa kuryente nga gikinahanglan sa UPS sa dili pa mopuli ang mga baterya.
Superconducting magnetic nga pagtipig sa enerhiya(SMES) mas exotic pa. Tipigi ang enerhiya sa magnetic field nga gihimo sa mga superconducting coils nga gipabugnaw sa cryogenic nga temperatura. Duol sa-kalit nga tubag, walay degradasyon, esensya walay kinutuban nga siklo sa kinabuhi. Apan ang mga gasto ug kakomplikado sa pagmentinar sa superconducting nga mga temperatura nagpugong sa SMES sa mga niche nga aplikasyon-kadaghanan sa kalidad sa kuryente alang sa semiconductor fab ug uban pang pasilidad diin bisan ang kadiyot nga pag-ubos sa boltahe nagkantidad ug milyon-milyon.
Pagtipig sa Gravity: Ang Bag-ong Daang Ideya
Usa pa ka kategorya nga angay hisgotan: gravity-based system nga dili pumped hydro.
Enerhiya Vaultnagtukod og mga sistema sa crane nga nagtapok ug nagtangtang sa dagkong mga bloke nga konkreto. Ipataas ang mga bloke kung barato ang enerhiya, ipaubos kini pinaagi sa mga generator kung kinahanglan nimo ang kuryente. Kini pumped hydro nga walay tubig, sa esensya.
Ang ubang mga kompanya nagsuhid sa mga giabandonar nga minahan-mas ubos nga gibug-aton ubos sa shaft, ipataas kini balik. O katuyuan -pagtukod og mga tore. O bisan ang mga konsepto nga naglambigit sa mga riles nga puno sa mga bato sa hilig nga mga riles.
Ang hurado wala pa kung mahimo ba kini nga makigkompetensya sa ekonomiya. Ang densidad sa enerhiya sa pagtipig sa grabidad kay ubos ra-kinahanglan nimo ug daghang masa ug gitas-on aron makatipig ug makahuloganong enerhiya. Apan ang mga tigpasiugda nangatarongan nga ang paggamit sa barato nga mga materyales (konkreto, graba) ug yanong mga mekaniko makapildi sa mga baterya sa gasto sa taas nga-mga aplikasyon.
Busa Unsay Tinuod nga Importante?
Kung nabasa na nimo kini hangtod karon, tingali nahibulong ka: unsang teknolohiya ang nakadaog?
Sayop nga pangutana.
Ang pagtipig sa enerhiya dili usa ka mananaog-pagkuha-tanan nga merkado. Ang lainlaing mga teknolohiya mohaum sa lainlaing mga niches base sa gidugayon, oras sa pagtubag, lokasyon, istruktura sa gasto, ug aplikasyon.
Nagkinahanglan ug frequency regulation sa milliseconds? Mga flywheel o baterya. Nagkinahanglan ug upat ka oras nga backup alang sa usa ka solar nga tanum? Lithium{1}}ion o flow nga mga baterya. Kinahanglang ibalhin ang seasonal renewable surplus? Tingali ang hydrogen, o pumped hydro kung itugot sa geograpiya. Kinahanglan ba nga pabugnawan ang usa ka bilding sa panahon sa peak nga panginahanglan? Pagtipig sa yelo.
Ang grid sa umaabot dili modagan sa usa ka teknolohiya sa pagtipig. Mag-layer kini og daghang teknolohiya-mga supercapacitor alang sa instant response, mga baterya sulod sa mga minuto ngadto sa mga oras, pumped hydro para sa adlaw-adlaw nga pagbisikleta, hydrogen o thermal sa mas taas nga gidugayon. Ang matag slot sa gidugayon nga spectrum lagmit mapuno sa bisan unsang teknolohiya nga nagtanyag sa labing kaayo nga ekonomiya alang sa piho nga aplikasyon.
Ang kulbahinam nga bahin mao nga ang mga gasto nahulog sa hapit tanan niini nga mga kategorya. Lithium{1}}ion nga gasto sa baterya mius-os. Ang mga electrolyzer nagsunod sa parehas nga kurba sa pagkat-on. Ang dagan sa produksiyon sa baterya nagkadako. Bisan ang pumped hydro nakakita og kabag-ohan sa mga closed{5}}loop system ug underground reservoir.
Napulo ka tuig na ang milabay, walay usa niini nga daw ekonomikanhong mabuhi sa sukod. Karon? Ang pagtipig mao ang pinakapaspas nga-pagtubo nga bahin sa sektor sa enerhiya.