Baterie znają wszyscy, większość używa ich na co dzień. Są obecne we wszelkiego rodzaju elektronice użytkowej, od zegarków, laptopów i telefonów komórkowych. Kiedy większość ludzi myśli o baterii, na myśl przychodzi zwykła bateria chemiczna AA, taka, którą można włożyć do latarki lub pilota telewizora. Jednak tego rodzaju technologia jest znacznie bardziej rozpowszechniona. Baterie mogą występować w wielu postaciach i są szeroko stosowane w przemyśle wytwarzania i magazynowania energii do zarządzania energią elektryczną w sieciach. W rzeczywistości technologia akumulatorów będzie prawdopodobnie kluczowym czynnikiem rozwoju technologii energii odnawialnej w nadchodzących latach.
To wynik dziwactwa związanego z energią odnawialną. W przeciwieństwie do innych źródeł energii, które można włączać i wyłączać w zależności od potrzeb, wytwarzanie energii odnawialnej zależy od pogody; w przypadku złych warunków pogodowych nie jest wytwarzana żadna energia elektryczna. Dotyczy to w szczególności energii słonecznej, która wytwarza energię tylko w dzień i nie wytwarza jej w nocy. Prowadzi to do problemu z bilansowaniem mocy, energia elektryczna jest wykorzystywana w dzień i w nocy, dlatego musi być wytwarzana przez sieć, aby zaspokoić zapotrzebowanie.
System całkowicie odnawialny nie spełniałby tego wymogu w miarę pojawiania się i znikania wytwarzania energii. Niezbędny jest system gromadzenia energii wytworzonej w ciągu dnia i jej dystrybucji w razie potrzeby. W tym miejscu z pomocą przychodzą akumulatory. Duże zestawy akumulatorów mogą magazynować energię elektryczną i uwalniać ją w razie potrzeby. Systemy tego typu są już w użyciu. W ramach australijskiej sieci zbudowano duże banki akumulatorów litowo-jonowych w celu magazynowania nadmiaru energii. Banki są obecnie w okresie próbnym, mającym na celu sprawdzenie ich efektywności.
Baterie litowo-jonowe są obecnie najpopularniejszą formą baterii w przemyśle, są to baterie powszechnie stosowane w telefonach komórkowych, elektronice użytkowej, a także pojazdach elektrycznych. Dzieje się tak dlatego, że są one obecnie najlepszym dostępnym rozwiązaniem dla tych zastosowań. Mają one jednak pewne wady, szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę ich zastosowanie w wielkoskalowych magazynach energii elektrycznej w sieci, o czym mowa dzisiaj. Materiały potrzebne do produkcji akumulatorów są trudne do zdobycia, ponieważ wydobywa się je głównie w krajach afrykańskich, w których obowiązują złe praktyki etyczne w pracy, co prowadzi do znacznej eksploatacji w przemyśle wydobywczym litu.
https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work
Te obawy związane z pozyskiwaniem materiałów powodują również, że produkcja akumulatorów litowo-jonowych jest droga, więc jednostka magazynowania energii elektrycznej na wydany funt, innymi słowy efektywność kosztowa, jest niska. Wreszcie, akumulatory te mogą mieć pewne problemy ze stabilnością, ponieważ kilka akumulatorów powoduje pożary na dużą skalę w australijskich centrach testowania akumulatorów, gdy akumulatory się przegrzeją. Tak więc, chociaż baterie te doskonale nadają się do wielu konsumenckich urządzeń elektronicznych, nie nadają się już do magazynowania energii elektrycznej na dużą skalę.
Jakie zatem są dostępne alternatywy? Istnieje oczywiście tradycyjny sposób magazynowania energii elektrycznej… wody! Zapory wodne są obecne na całym świecie i stanowią sprawdzoną metodę magazynowania i uwalniania energii elektrycznej. W szczytowym okresie wytwarzania energii woda jest pompowana do zbiornika, a w miarę zapotrzebowania na energię elektryczną jest ona uwalniana ze zbiornika i przechodzi przez turbinę, wytwarzając energię elektryczną. System ten jest używany w tej czy innej formie od setek lat, dlatego jest bardzo niezawodnym sposobem magazynowania dużych ilości energii. Ma to jednak dużą wadę, a mianowicie przestrzeń i inwestycje wymagane do realizacji tak dużego projektu. Tego rodzaju projekty są również ograniczone do określonego obszaru geograficznego wymagającego dużych wzniesień i górskich krajobrazów.
Technologia akumulatorów potrzebuje innowacji. Na szczęście opracowywanych jest wiele nowych pomysłów na technologię akumulatorów, które mają wypełnić tę lukę na rynku. Ekscytujący nowy start-up z siedzibą w Edynburgu rozwija technologię podobną do elektrowni wodnych napędzanych grawitacją, o których właśnie rozmawialiśmy, podnosząc duży ciężar zamiast wody. Firma Gravitricity zbudowała stanowisko testowe dla tej nowej technologii w Prince Albert Dock w Forth, uzyskując obiecujące wyniki! Ostatecznym celem firmy jest modernizacja nieczynnych kopalni węgla w Wielkiej Brytanii w celu uzyskania długich szybów do podnoszenia i opuszczania dużych ciężarów w celu magazynowania i uwalniania energii elektrycznej.
https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/
A teraz inny rodzaj energii… Termiczna! Naukowcy z wielu instytucji na całym świecie badają rozwój baterii termicznych. Baterie te podgrzewają materiał, gdy jest nadmiar energii elektrycznej i przekształcają to samo ciepło w energię elektryczną, którą można wykorzystać, gdy jest mniej dostępnej energii. Wersje tej technologii o wysokich parametrach wykorzystują stopione sole podgrzane do temperatury ponad 1000 stopni Celsjusza jako materiał magazynujący ciepło. Systemy takie jak ten okazały się bardzo obiecujące jako metoda magazynowania energii, ale nadal napotykają problemy z przemieszczaniem stopionych soli w celu wytwarzania z nich energii elektrycznej.
W Finlandii zainstalowano wersję tej technologii o niższej specyfikacji. System, we współpracy z lokalną wioską, podgrzewa zwykły piasek do 500 stopni Celsjusza, korzystając z odnawialnych źródeł energii. Tę zmagazynowaną energię można następnie wykorzystać przez cały rok do ciągłego ogrzewania lokalnych domów (jest to szczególnie ważny czynnik w przypadku mroźnych fińskich zim). Ta pilotażowa weryfikacja koncepcji instalacji jest szczególnie ekscytująca, ponieważ jest to niezwykle tani sposób magazynowania energii elektrycznej i można go łatwo zintegrować z lokalnymi społecznościami, zapewniając możliwość rozwoju lokalnych mikrosieci.
https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520
Mamy nadzieję, że teraz widzisz, jak ważna jest technologia akumulatorów dla zielonej przyszłości Ziemi i jak różne technologie są na zaawansowanym etapie rozwoju, aby zapewnić, że energia odnawialna będzie skuteczniejsza i tańsza niż kiedykolwiek!