Aplicatia clasica a inmagazinarii energiei, inainte de revolutia industriala, a inceput prin controlul cailor navigabile pentru a conduce morile de apa, folosite la prelucrarea cerealelor sau alimentarea masinilor. Au fost construite sisteme complexe de rezervoare si baraje pentru a stoca si a elibera apa (si energia potentiala pe care o continea) atunci cand era necesar.
Stocarea energiei la domiciliu
Se asteapta ca stocarea energiei la domiciliu sa devina din ce in ce mai frecventa, avand in vedere importanta crescanda a generarii distribuite de energii regenerabile (in special fotovoltaice) si ponderea importanta a consumului de energie in cladiri. Pentru a depasi o autosuficienta de 40% intr-o gospodarie dotata cu panouri fotovoltaice, este necesara stocarea energiei.
Mai multi producatori produc sisteme de baterii reincarcabile pentru stocarea energiei, in general pentru a retine surplusul de energie din generarea solara sau eoliana. Astazi, pentru stocarea energiei casnice, bateriile Li-ion sunt preferabile celor din plumb-acid, avand in vedere costul lor similar, dar performanta mult mai buna.
Tesla Motors produce doua modele de Tesla Powerwall. Una este o versiune cu ciclu saptamanal de 10 kWh pentru aplicatii de rezerva, iar cealalta este o versiune de 7 kWh, pentru aplicatii cu ciclu zilnic. In 2016, o versiune limitata a Tesla Powerpack 2 a costat 398 USD (SUA) / kWh pentru stocarea energiei electrice in valoare de 12,5 centi / kWh (pretul mediu al retelei din SUA), ceea ce face ca rentabilitatea pozitiva a investitiei sa fie indoielnica, cu exceptia cazului in care preturile energiei electrice sunt mai mari de 30 de centi / kWh.
RoseWater Energy produce doua modele ale „Sistemului de energie si stocare”, HUB 120 si SB20. Ambele versiuni ofera 28,8 kWh de putere, permitandu-i sa gestioneze case mai mari sau spatii comerciale de dimensiuni mici/medii si protejand instalatiile personalizate.
Sistemul ofera cinci elemente cheie intr-un singur sistem, inclusiv furnizarea unei unde sinusoidale de 60 Hz curate, timp de transfer zero, protectie la supratensiune industriala, revanzarea energiei regenerabile in retea (optional) si rezerva de baterie.
Enphase Energy a anuntat un sistem integrat care permite utilizatorilor casnici sa stocheze, sa monitorizeze si sa gestioneze electricitatea. Sistemul stocheaza 1,2 kWh de energie si putere de 275W / 500W.
Depozitarea energiei eoliene sau solare utilizand stocarea energiei termice, desi mai putin flexibila, este considerabil mai ieftina decat bateriile. Un simplu incalzitor electric de 52 de galoane poate stoca aproximativ 12 kWh de energie pentru suplimentarea apei calde sau incalzirea spatiului.
In scopuri pur financiare in zonele in care este disponibila masurarea retelei, electricitatea generata de acasa poate fi vanduta in retea printr-un invertor de retea, fara utilizarea bateriilor pentru stocare.
Energie regenerabila
Centrala solara Andasol de 150 MW din Spania este o centrala termica solara parabolica care stocheaza energie in rezervoare de sare topita, astfel incat sa poata continua sa genereze energie electrica atunci cand soarele nu straluceste.
Cea mai surse si depozite de energie regenerabila sunt furnizate de barajele hidroelectrice. Un rezervor mare in spatele unui baraj poate stoca suficienta apa pentru a mentine debitul anual al unui rau, intre anotimpurile uscate si umede.
Un rezervor foarte mare poate stoca suficienta apa pentru a mentine debitul unui rau intre anii secetosi si umezi. In timp ce un baraj hidroelectric nu stocheaza direct energia din surse intermitente, acesta echilibreaza reteaua prin scaderea productiei si retinerea apei, atunci cand energia este generata solar sau eolian. Daca productia eoliana sau solara depaseste capacitatea hidroelectrica a regiunii, atunci este necesara o sursa suplimentara de energie.
Multe surse de energie regenerabile (in special solare si eoliene) produc o putere variabila. Sistemele de stocare pot nivela dezechilibrele dintre cerere si oferta pe care aceasta le cauzeaza. Electricitatea trebuie utilizata deoarece este generata sau convertita imediat in forme stocabile.
Principala metoda de stocare a retelei electrice este hidroelectricitatea de stocare pompata. Anumite tari, cum ar fi Norvegia, Tara Galilor, Japonia si SUA, s-au folosit de caracteristicile geografice (zone muntoase) pentru rezervoare, folosind pompe alimentate electric pentru a le umple.
Cand este necesar, apa trece prin generatoare si transforma potentialul gravitational al apei care cade, in electricitate. Depozitarea pompata in Norvegia, care obtine aproape toata energia electrica din hidro, are in prezent o capacitate de 1,4 GW, dar din moment ce capacitatea totala instalata este de aproape 32 GW si 75% din aceasta este reglabila, poate fi extinsa semnificativ.
Unele forme de stocare care produc electricitate includ baraje hidroelectrice cu stocare pompata, baterii reincarcabile, stocare termica, inclusiv saruri topite care pot stoca si elibera in mod eficient cantitati foarte mari de energie termica si stocare a energiei aerului comprimat, volante, sisteme criogenice si supraconductoare-bobine magnetice.
Surplusul de energie poate fi, de asemenea, transformat in metan (proces sabatier) cu stoc in reteaua de gaze naturale.
In 2011, Bonneville Power Administration din nord-vestul Statelor Unite a creat un program experimental pentru a absorbi surplusul de energie eoliana si hidro generata, noaptea sau in perioadele furtunoase care sunt insotite de vanturi puternice. Sub control central, aparatele electrocasnice absorb surplusul de energie prin incalzirea caramizilor ceramice in incalzitoare speciale de spatiu la sute de grade si prin cresterea temperaturii rezervoarelor de incalzire a apei calde modificate.
Dupa incarcare, aparatele asigura incalzirea locuintei si apa calda, dupa cum este necesar. Sistemul experimental a fost creat ca urmare a unei furtuni severe din 2010 care a supraprodus energie regenerabila in masura in care toate sursele conventionale de energie au fost oprite sau, in cazul unei centrale nucleare, reduse la nivelul sau minim de functionare posibil, lasand o mare zona sa functioneze aproape complet cu energie regenerabila.
O alta metoda avansata utilizata la fostul proiect Solar Two din Statele Unite si Turnul Solar Tres Power din Spania, care foloseste sare topita pentru a stoca energia termica captata de la soare si apoi o converteste si o expediaza ca energie electrica. Sistemul pompeaza sare topita printr-un turn sau alte conducte speciale pentru a fi incalzite de soare. Rezervoarele izolate stocheaza solutia. Electricitatea este produsa prin transformarea apei in abur care este alimentat la turbine.
De la inceputul secolului al XXI-lea, bateriile au fost folosite datorita capacitatilor de reglare a sarcinii si de reglare a frecventei la scara utilitara.
In depozitarea vehiculului la retea, vehiculele electrice care sunt conectate la reteaua de energie pot livra energie electrica stocata din bateriile lor, in retea, atunci cand este necesar.
Aer conditionat
Stocarea energiei termice (TES) poate fi utilizata pentru aerul conditionat. Acest proces este cel mai utilizat pentru racirea cladirilor mari si / sau a grupurilor de cladiri mai mici. Sistemele comerciale de aer conditionat reprezinta cele mai importante contributii la sarcinile electrice de varf. In 2009, stocarea termica a fost utilizata in peste 3.300 de cladiri din peste 35 de tari. Functioneaza prin racirea materialului noaptea si utilizarea materialului racit pentru racire in perioadele mai calde din zi.
Cea mai populara tehnica este depozitarea ghetii, care necesita mai putin spatiu decat apa si este mai ieftina. In aceasta aplicatie, un racitor standard functioneaza noaptea pentru a produce o cantitate insemnata de gheata. Apa circula prin depozitul de gheata astfel format, in timpul zilei, pentru a se raci.
Un sistem de stocare partiala minimizeaza investitiile de capital prin rularea racitoarelor aproape 24 de ore pe zi. Noaptea, produc gheata pentru depozitare si in timpul zilei racesc apa. Apa care circula prin topirea ghetii mareste productia de apa racita. Un astfel de sistem produce gheata timp de 16 pana la 18 ore pe zi si topeste gheata timp de sase ore pe zi.
Cheltuielile de capital sunt reduse, deoarece dispozitivele de racire pot avea doar 40% – 50% din dimensiunea necesara pentru un design conventional, fara depozitare. Depozitarea suficienta pentru a stoca caldura disponibila pentru o jumatate de zi este de obicei adecvata.
Un sistem complet de stocare opreste racitoarele in timpul orelor de incarcare de varf. Costurile de capital sunt mai mari, deoarece un astfel de sistem necesita racitoare mai mari si un sistem mai mare de stocare a ghetii.
Aceasta gheata este produsa atunci cand tarifele de utilitate electrica sunt mai mici. Sistemele de racire de varf pot reduce costurile cu energia. Consiliul SUA pentru Cladiri Verzi a dezvoltat programul Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) pentru a incuraja proiectarea cladirilor cu impact redus asupra mediului.
Depozitarea termica pentru incalzire este mai putin obisnuita decat pentru racire. Un exemplu de stocare termica este stocarea caldurii solare pentru a fi utilizata pentru incalzirea pe timp de noapte.
Caldura latenta poate fi, de asemenea, stocata in materiale tehnice pentru schimbarea fazelor (PCM). Acestea pot fi incapsulate in panouri de perete si tavan, la temperaturi moderate ale camerei.
Transport
Combustibilii cu hidrocarburi lichide sunt cele mai utilizate forme de stocare a energiei pentru transport, urmate de o utilizare tot mai mare a vehiculelor electrice cu baterie si a vehiculelor electrice hibride. Alti purtatori de energie, cum ar fi hidrogenul, pot fi folositi pentru a evita producerea de gaze cu efect de sera.
Sistemele de transport public precum tramvaiele si troleibuzele necesita energie electrica, dar datorita variabilitatii lor in miscare, este dificila furnizarea constanta de energie electrica prin energie regenerabila.
Sistemele fotovoltaice instalate pe acoperisurile cladirilor pot fi utilizate pentru alimentarea sistemelor de transport public in perioadele in care exista o cerere crescuta de energie electrica si accesul la alte forme de energie nu este disponibil. Tranzitiile viitoare in sistemul de transport includ, de asemenea, de ex. feriboturi si avioane, in care alimentarea cu energie electrica este investigata ca o alternativa interesanta.
Electronica
Condensatoarele sunt utilizate pe scara larga in circuitele electronice pentru blocarea curentului continuu permitand in acelasi timp trecerea curentului alternativ. In retelele de filtre analogice, acestea atenueaza iesirea surselor de alimentare. In circuitele rezonante, acestea regleaza radiourile pe anumite frecvente. In sistemele de transmisie a energiei electrice stabilizeaza tensiunea si fluxul de putere.
Economie
Economia stocarii energiei depinde strict de serviciul de rezerva solicitat, iar mai multi factori de incertitudine afecteaza profitabilitatea stocarii energiei. Prin urmare, nu orice metoda de stocare este adecvata din punct de vedere tehnic si economic pentru stocarea mai multor MWh, iar dimensiunea optima a stocarii energiei depinde de piata si locatie.
Mai mult, ESS sunt afectate de mai multe riscuri, de exemplu:
- Riscuri tehnico-economice, care sunt legate de tehnologia specifica;
- Riscurile de piata, care sunt factorii ce afecteaza sistemul de alimentare cu energie electrica;
- Reglementarea si riscurile politice.
Prin urmare, tehnicile traditionale bazate pe fluxul de numerar actualizat (DCF) determinist pentru evaluarea investitiei nu sunt pe deplin adecvate pentru a evalua aceste riscuri sau incertitudini si flexibilitatea investitorului pentru a le face fata. Prin urmare, literatura recomanda evaluarea valorii riscurilor si incertitudinilor prin analiza optiunilor reale (ROA), care este o metoda valoroasa in contexte incerte.
O valoare a eficientei energetice a stocarii este stocarea energiei per energia investita (ESOI), care este cantitatea de energie ce poate fi stocata de o tehnologie, impartita la cantitatea de energie necesara pentru a construi acea tehnologie. Cu cat ESOI este mai mare, cu atat este mai buna tehnologia de stocare din punct de vedere energetic.
Pentru bateriile litiu-ion aceasta este de aproximativ 10, iar pentru bateriile cu plumb acid este de aproximativ 2. Alte forme de stocare, cum ar fi stocarea hidroelectrica pompata, au in general ESOI mai mare, cum ar fi 210.
