Soms is twee beter dan één. De koppeling van zonne-energie en opslagtechnologieën is zo'n geval. De reden: zonne-energie wordt niet altijd geproduceerd op het moment dat de energie het meest nodig is. Piekstroomverbruik komt vaak voor op zomermiddagen en -avonden wanneer de opwekking van zonne-energie afneemt. De temperaturen kunnen in deze tijden het heetst zijn, en mensen die overdag werken, gaan naar huis en beginnen elektriciteit te gebruiken om hun huis te koelen, te koken en apparaten te laten werken.
Door opslag kunnen zonne-energie bijdragen aan de elektriciteitsvoorziening, zelfs als de zon niet schijnt. Het kan ook helpen variaties in de manier waarop zonne-energie op het elektriciteitsnet stroomt, glad te strijken. Deze variaties zijn toe te schrijven aan veranderingen in de hoeveelheid zonlicht die erop schijnt fotovoltaïsch (PV)panelen of het concentreren van thermische zonne-energie (CSP)-systemen. De productie van zonne-energie kan worden beïnvloed door het seizoen, het tijdstip van de dag, wolken, stof, nevel of obstakels zoals schaduwen, regen, sneeuw en vuil. Soms wordt energieopslag op dezelfde locatie geplaatst als of naast een zonne-energiesysteem geplaatst, en soms staat het opslagsysteem op zichzelf, maar in beide configuraties kan het bijdragen aan een effectievere integratie van zonne-energie in het energielandschap.
Wat is energieopslag?
“Opslag” verwijst naar technologieën die elektriciteit kunnen opvangen, opslaan als een andere vorm van energie (chemisch, thermisch, mechanisch) en deze vervolgens vrijgeven voor gebruik wanneer dat nodig is. Lithium-ion batterijen zijn zo'n technologie. Hoewel het gebruik van energieopslag nooit 100% efficiënt is (er gaat altijd een deel van de energie verloren bij het omzetten en terugwinnen van energie), maakt opslag het flexibele gebruik van energie mogelijk op verschillende tijdstippen dan toen deze werd opgewekt. Opslag kan dus de efficiëntie en veerkracht van het systeem vergroten, en de stroomkwaliteit verbeteren door vraag en aanbod op elkaar af te stemmen.
Opslagfaciliteiten verschillen zowel qua energiecapaciteit, de totale hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen (meestal in kilowattuur of megawattuur), als qua energiecapaciteit, de hoeveelheid energie die op een bepaald moment kan worden vrijgegeven ( meestal in kilowatt of megawatt). Verschillende energie- en stroomopslagcapaciteiten kunnen worden gebruikt om verschillende taken te beheren. Kortetermijnopslag van slechts een paar minuten zorgt ervoor dat een zonne-energiecentrale soepel blijft werken tijdens productiefluctuaties als gevolg van voorbijtrekkende bewolking, terwijl opslag op langere termijn kan zorgen voor een aanbod gedurende dagen of weken wanneer de productie van zonne-energie laag is of tijdens een grote weersgebeurtenis. , Bijvoorbeeld.
Voordelen van het combineren van opslag en zonne-energie
Het in evenwicht brengen van de elektriciteitsbelasting – Zonder opslag moet elektriciteit tegelijkertijd worden opgewekt en verbruikt, wat kan betekenen dat netbeheerders een deel van de opwekking offline halen of ‘inperken’ om overproductie en problemen met de betrouwbaarheid van het netwerk te voorkomen. Omgekeerd kunnen er ook andere momenten zijn, na zonsondergang of op bewolkte dagen, waarop er weinig zonneproductie is, maar wel voldoende vraag naar stroom. Denk aan de opslag, die kan worden gevuld of opgeladen wanneer de opwekking hoog is en het energieverbruik laag, en vervolgens kan worden vrijgegeven wanneer de belasting of de vraag hoog is. Wanneer een deel van de door de zon geproduceerde elektriciteit wordt opgeslagen, kan die elektriciteit worden gebruikt wanneer netbeheerders deze nodig hebben, ook nadat de zon is ondergegaan. Op deze manier fungeert opslag als een verzekering voor zonneschijn.
“Versteviging” van de opwekking van zonne-energie – Opslag op korte termijn kan ervoor zorgen dat snelle veranderingen in de opwekking geen grote invloed hebben op de opbrengst van een zonne-energiecentrale. Een kleine batterij kan bijvoorbeeld worden gebruikt om een korte opwekkingsonderbreking als gevolg van een passerende wolk te doorstaan, waardoor het elektriciteitsnet een ‘stevige’ elektriciteitsvoorziening in stand kan houden die betrouwbaar en consistent is.
Biedt veerkracht – Zonne-energie en opslag kunnen back-upstroom leveren tijdens een elektrische storing. Ze kunnen kritieke faciliteiten operationeel houden om continue essentiële diensten, zoals communicatie, te garanderen. Zonne-energie en opslag kunnen ook worden gebruikt voor microgrids en kleinschaligere toepassingen, zoals mobiele of draagbare energiecentrales.
Soorten energieopslag
Het meest voorkomende type energieopslag in het elektriciteitsnet is gepompte waterkracht. Maar de opslagtechnologieën die het vaakst worden gekoppeld aan zonne-energiecentrales zijn elektrochemische opslag (batterijen) met PV-installaties en thermische opslag (vloeistoffen) met CSP-installaties. Andere vormen van opslag, zoals persluchtopslag en vliegwielen, kunnen andere eigenschappen hebben, zoals een zeer snelle ontlading of een zeer grote capaciteit, waardoor ze aantrekkelijk zijn voor netbeheerders. Hieronder vindt u meer informatie over andere soorten opslag.
Waterkracht met pompopslag
Waterkrachtcentrale met pompaccumulatie is een technologie voor energieopslag op basis van water. Elektrische energie wordt gebruikt om water bergopwaarts in een reservoir te pompen wanneer de energievraag laag is. Later kan het water bergafwaarts stromen en een turbine laten draaien om elektriciteit op te wekken als de vraag groot is. Gepompte waterkrachtcentrales zijn een beproefde en volwassen opslagtechnologie die al sinds 1929 in de Verenigde Staten wordt gebruikt. Er zijn echter geschikte landschappen en reservoirs voor nodig, dit kunnen natuurlijke meren zijn of door de mens aangelegd door de bouw van dammen. implementatietijden en een groot startkapitaal. Afgezien van energiearbitrage wordt de waarde van gepompte waterkrachtdiensten voor de integratie van variabele hernieuwbare energiebronnen niet volledig gerealiseerd, waardoor de financiële terugverdientijd lang kan zijn. Dit zijn enkele van de redenen waarom pompwaterkracht recentelijk niet is gebouwd, ook al blijkt er belangstelling uit verzoeken aan de Federal Energy Regulatory Commission voor voorlopige vergunningen en licenties.
Elektrochemische opslag
Velen van ons zijn bekend met elektrochemische batterijen, zoals die in laptops en mobiele telefoons. Wanneer elektriciteit in een batterij wordt gevoerd, veroorzaakt dit een chemische reactie en wordt energie opgeslagen. Wanneer een batterij wordt ontladen, wordt die chemische reactie omgekeerd, waardoor er spanning ontstaat tussen twee elektrische contacten, waardoor er stroom uit de batterij vloeit. De meest voorkomende chemie voor batterijcellen is lithium-ion, maar andere veel voorkomende opties zijn loodzuur-, natrium- en nikkelgebaseerde batterijen.
Thermische energieopslag
Thermische energieopslag is een familie van technologieën waarbij een vloeistof, zoals water of gesmolten zout, of ander materiaal wordt gebruikt om warmte op te slaan. Dit thermische opslagmateriaal wordt vervolgens opgeslagen in een geïsoleerde tank totdat de energie nodig is. De energie kan direct worden gebruikt voor verwarming en koeling, maar kan ook worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. In thermische energieopslagsystemen die bedoeld zijn voor elektriciteit, wordt de warmte gebruikt om water te koken. De resulterende stoom drijft een turbine aan en produceert elektrische stroom met behulp van dezelfde apparatuur die wordt gebruikt in conventionele elektriciteitscentrales. Thermische energieopslag is nuttig in CSP-fabrieken, die zonlicht op een ontvanger richten om een werkvloeistof te verwarmen. Superkritische kooldioxide wordt onderzocht als een werkvloeistof die zou kunnen profiteren van hogere temperaturen en de omvang van elektriciteitscentrales zou kunnen verkleinen.
Vliegwiel opslag
Een vliegwiel is een zwaar wiel dat op een roterende as is bevestigd. Door energie te verbruiken kan het wiel sneller gaan draaien. Deze energie kan worden gewonnen door het wiel aan een elektrische generator te bevestigen, die elektromagnetisme gebruikt om het wiel te vertragen en elektriciteit te produceren. Hoewel vliegwielen snel stroom kunnen leveren, kunnen ze niet veel energie opslaan.
Persluchtopslag
Persluchtopslagsystemen bestaan uit grote vaten, zoals tanks, of natuurlijke formaties, zoals grotten. Een compressorsysteem pompt de vaten vol met perslucht. Vervolgens kan de lucht worden vrijgegeven en gebruikt om een turbine aan te drijven die elektriciteit produceert. Bestaande energieopslagsystemen met perslucht gebruiken de vrijkomende lucht vaak als onderdeel van een aardgasstroomcyclus om elektriciteit te produceren.
Zonnebrandstoffen
Zonne-energie kan worden gebruikt om nieuwe brandstoffen te creëren die kunnen worden verbrand (verbrand) of verbruikt om energie te leveren, waarbij de zonne-energie effectief wordt opgeslagen in de chemische bindingen. Tot de mogelijke brandstoffen die onderzoekers onderzoeken behoren waterstof, geproduceerd door het te scheiden van de zuurstof in water, en methaan, geproduceerd door waterstof en koolstofdioxide te combineren. Methaan is het hoofdbestanddeel van aardgas, dat vaak wordt gebruikt om elektriciteit te produceren of huizen te verwarmen.
Virtuele opslag
Energie kan ook worden opgeslagen door de manier te veranderen waarop we de apparaten gebruiken die we al hebben. Door bijvoorbeeld een gebouw te verwarmen of te koelen vóór een verwachte piek in de vraag naar elektriciteit, kan het gebouw die thermische energie 'opslaan', zodat het later op de dag geen elektriciteit hoeft te verbruiken. Het gebouw zelf fungeert als thermoskan door koele of warme lucht op te slaan. Een soortgelijk proces kan worden toegepast op waterverwarmers om de vraag over de dag te spreiden.
Uiteindelijk kunnen particuliere en commerciële klanten op het gebied van zonne-energie, maar ook nutsbedrijven en grootschalige exploitanten van zonne-energie hiervan profiteren zonne-plus-opslagsystemen. Naarmate het onderzoek voortduurt en de kosten van zonne-energie en opslag dalen, zullen zonne-energie- en opslagoplossingen toegankelijker worden voor alle Amerikanen.
