Солнечная энергия — это чистый и обильный возобновляемый источник энергии, который может помочь сократить выбросы парниковых газов и бороться с изменением климата. Однако солнечная энергия также непостоянна и неопределенна, а это означает, что она зависит от погоды и времени суток. Это создает проблему для регионов с нехваткой электроэнергии, где надежная и доступная электроэнергия имеет важное значение для развития и благополучия человека.
Технологии хранения энергии: ключевое решение
Один из способов преодолеть изменчивость и неопределенность солнечной энергии — хранить ее, когда ее много, и использовать, когда она необходима. Хранение энергии может помочь сгладить пики и спады спроса и предложения электроэнергии, а также обеспечить резервное питание в случае сбоев в сети или чрезвычайных ситуаций.
Существуют различные типы технологий хранения энергии, которые можно использовать с солнечной энергией, такие как:
Батареи: Эти устройства преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую. Их можно использовать в разных масштабах: от домашнего хозяйства до уровня сети, и в последние годы они стали дешевле и эффективнее. Например, установка по хранению энергии Мох Посадка в Калифорнии, США, на данный момент является крупнейшей в мире аккумуляторной системой хранения энергии, ее мощность составляет 300 мегаватт.
Насосная гидросистема: Этот метод включает в себя перекачку воды вверх в периоды низкого спроса на энергию и выпуск ее через турбины для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса. Это наиболее широко используемый вид хранения энергии, особенно в крупномасштабных приложениях. Ожидается, что гидроэнергетика, включая гидроаккумуляторы, останется крупнейшим в мире источником производства возобновляемой электроэнергии.
Хранение тепловой энергии: Этот метод предполагает сохранение тепла или холода в таких материалах, как вода, расплавленная соль, лед или материалы с фазовым переходом. Его можно использовать для обогрева или охлаждения зданий или промышленных процессов, а также для производства электроэнергии с помощью паровых турбин или тепловых двигателей. По прогнозам, к 2030 году объем запасов тепловой энергии утроится.
Хранение механической энергии: этот подход использует движение или гравитацию для хранения электричества. Примеры включают маховики, системы сжатого воздуха и гравитационные системы. Эти технологии могут обеспечить быстрое и гибкое реагирование на колебания сети и проблемы с качеством электроэнергии.
Технологии хранения энергии: ключевая задача
Хотя хранение энергии может предложить множество преимуществ для интеграции солнечной энергии в районы с нехваткой электроэнергии, оно также сталкивается со многими проблемами. Некоторые из них включают в себя:
Расходы: Технологии хранения энергии по-прежнему дороги по сравнению с традиционными электростанциями, работающими на ископаемом топливе. Стоимость хранения энергии зависит от различных факторов, таких как тип, размер, местоположение и применение технологии. Нормированная стоимость хранения (LCOS), которая измеряет среднюю стоимость единицы электроэнергии, поставляемой системой хранения в течение срока ее службы, широко варьируется в зависимости от технологии и региона.
Производительность: Технологии хранения энергии имеют различные характеристики с точки зрения мощности, энергетической мощности, эффективности, срока службы и воздействия на окружающую среду. Это влияет на их пригодность для различных целей и сценариев. Например, батареи могут обеспечивать высокую выходную мощность в течение короткого времени, тогда как гидроэлектростанция с насосом может обеспечивать низкую выходную мощность в течение длительного времени. Более того, некоторые технологии хранения энергии могут со временем ухудшиться или потерять эффективность из-за циклического включения или саморазряда.
Надежность: Технологии хранения энергии должны быть достаточно надежными, чтобы удовлетворить спрос на электроэнергию в районах с дефицитом электроэнергии, где перебои в подаче электроэнергии могут иметь серьезные последствия для здравоохранения, образования и экономической деятельности. Однако надежность хранения энергии зависит от наличия и качества солнечного ресурса, а также от конструкции и работы системы. Например, исследование Тонг и др. аль. обнаружили, что даже при идеальной передаче и годовой выработке, равной годовому спросу, но без хранения энергии, системы с интенсивным использованием солнечной энергии могут удовлетворить спрос страны на электроэнергию только в течение 48–79% часов (по сравнению с 72–91% для систем с интенсивным использованием ветра ). Добавление 12 часов хранения может увеличить этот диапазон до 65–88% для систем с интенсивным использованием солнечной энергии (и 83–94% для систем с интенсивным использованием энергии ветра), но при этом ежегодно оставлять сотни часов неудовлетворенного спроса.
Заключение
Солнечная энергия и хранение энергии могут сыграть важную роль в обеспечении экологически чистой и устойчивой энергии в районах с дефицитом электроэнергии. Однако они также сталкиваются со многими техническими, экономическими и социальными проблемами, которые необходимо решить. Поэтому необходим целостный и комплексный подход, учитывающий не только солнечные и ветровые ресурсы, но и другие возобновляемые источники, такие как гидроэлектроэнергия, геотермальная энергия и биомасса; а также другие решения, такие как управление спросом, сокращение и региональная агрегация. Более того, развитие систем хранения энергии должно быть согласовано с потребностями и предпочтениями местных сообществ, а также с экологическими и социальными последствиями этих технологий.