Ibland är två bättre än en. Att koppla samman solenergi och lagringsteknik är ett sådant fall. Anledningen: Solenergi produceras inte alltid vid den tidpunkt energi som behövs som mest. Högsta strömförbrukning sker ofta på sommar eftermiddagar och kvällar när solenergiproduktionen minskar. Temperaturerna kan vara som varmast under dessa tider, och människor som arbetar dagtid kommer hem och börjar använda el för att kyla sina hem, laga mat och driva apparater.
Förvaring hjälper solenergi att bidra till elförsörjningen även när solen inte skiner. Det kan också hjälpa till att jämna ut variationer i hur solenergi flödar på nätet. Dessa variationer beror på förändringar i mängden solljus som skiner på solceller (PV) paneler eller koncentrera solenergi (CSP) system. Solenergiproduktionen kan påverkas av årstid, tid på dygnet, moln, damm, dis eller hinder som skuggor, regn, snö och smuts. Ibland är energilagring samlokaliserad med, eller placerad bredvid, ett solenergisystem, och ibland står lagringssystemet ensamt, men i båda konfigurationerna kan det hjälpa till att mer effektivt integrera solenergi i energilandskapet.
Vad är energilagring?
"Lagring" avser teknik som kan fånga elektricitet, lagra den som en annan form av energi (kemisk, termisk, mekanisk) och sedan släppa den för användning när den behövs. Litiumjonbatterier är en sådan teknik. Även om energilagring aldrig är 100 % effektivt – viss energi går alltid förlorad när man omvandlar energi och hämtar den – tillåter lagring flexibel användning av energi vid olika tidpunkter från när den genererades. Så, lagring kan öka systemets effektivitet och motståndskraft, och det kan förbättra strömkvaliteten genom att matcha utbud och efterfrågan.
Lagringsanläggningar skiljer sig åt i både energikapacitet, vilket är den totala mängd energi som kan lagras (vanligtvis i kilowattimmar eller megawattimmar), och effektkapacitet, som är den mängd energi som kan frigöras vid en given tidpunkt ( vanligtvis i kilowatt eller megawatt). Olika energi- och effektkapaciteter för lagring kan användas för att hantera olika uppgifter. Korttidslagring som varar bara några minuter säkerställer att en solcellsanläggning fungerar smidigt under utgångsfluktuationer på grund av passerande moln, medan långtidslagring kan hjälpa till att ge tillgång över dagar eller veckor när solenergiproduktionen är låg eller under en större väderhändelse , till exempel.
Fördelar med att kombinera lagring och solenergi
Balansering av ellaster – Utan lagring måste el genereras och förbrukas samtidigt, vilket kan innebära att nätoperatörer tar en del generation offline, eller "begränsar" den, för att undvika överproduktion och nättillförlitlighetsproblem. Omvänt kan det finnas andra tider, efter solnedgången eller på molniga dagar, då det är lite solenergiproduktion men mycket efterfrågan på kraft. Gå in i lager, som kan fyllas eller laddas när produktionen är hög och energiförbrukningen är låg, och sedan matas ut när belastningen eller efterfrågan är hög. När en del av den el som solen producerar lagras kan den elen användas närhelst nätoperatörerna behöver den, även efter att solen har gått ner. På så sätt fungerar förvaring som en försäkring för solsken.
"Förstärkande" solgenerering – Korttidslagring kan säkerställa att snabba förändringar i produktionen inte i hög grad påverkar produktionen av ett solkraftverk. Till exempel kan ett litet batteri användas för att köra genom en kort generationsstörning från ett passerande moln, vilket hjälper nätet att upprätthålla en "fast" elförsörjning som är pålitlig och konsekvent.
Tillhandahålla motståndskraft – Solenergi och lagring kan ge reservkraft under ett elektriskt avbrott. De kan hålla kritiska anläggningar i drift för att säkerställa kontinuerliga viktiga tjänster, som kommunikation. Solenergi och lagring kan också användas för mikronät och mindre applikationer, som mobila eller bärbara kraftenheter.
Typer av energilagring
Den vanligaste typen av energilagring i elnätet är pumpad vattenkraft. Men de lagringstekniker som oftast kopplas till solkraftverk är elektrokemisk lagring (batterier) med PV-anläggningar och termisk lagring (vätskor) med CSP-anläggningar. Andra typer av lagring, såsom tryckluftsmagasin och svänghjul, kan ha andra egenskaper, såsom mycket snabb urladdning eller mycket stor kapacitet, som gör dem attraktiva för nätoperatörer. Mer information om andra typer av lagring finns nedan.
Pump-lagring vattenkraft
Pumplagrad vattenkraft är en energilagringsteknik baserad på vatten. Elektrisk energi används för att pumpa vatten uppför i en reservoar när energibehovet är lågt. Senare kan vattnet tillåtas rinna tillbaka nedför och vända en turbin för att generera el när efterfrågan är stor. Pumped hydro är en väl beprövad och mogen lagringsteknik som har använts i USA sedan 1929. Den kräver dock lämpliga landskap och reservoarer, som kan vara naturliga sjöar eller konstgjorda genom att bygga dammar, vilket kräver långa regulatoriska tillstånd, långa genomförandetider och stort startkapital. Förutom energiarbitrage realiseras inte pumpat vattens värde av tjänster för att integrera variabla förnybara energikällor, vilket kan göra den ekonomiska återbetalningsperioden lång. Detta är några av anledningarna till att pumpad vattenkraft inte har byggts nyligen, även om intresset framgår av förfrågningar till Federal Energy Regulatory Commission om preliminära tillstånd och licenser.
Elektrokemisk lagring
Många av oss är bekanta med elektrokemiska batterier, som de som finns i bärbara datorer och mobiltelefoner. När elektricitet matas in i ett batteri orsakar det en kemisk reaktion och energi lagras. När ett batteri laddas ur, reverseras den kemiska reaktionen, vilket skapar spänning mellan två elektriska kontakter, vilket gör att ström rinner ut ur batteriet. Den vanligaste kemin för battericeller är litiumjon, men andra vanliga alternativ inkluderar blysyra-, natrium- och nickelbaserade batterier.
Termisk energilagring
Termisk energilagring är en familj av teknologier där en vätska, såsom vatten eller smält salt, eller annat material används för att lagra värme. Detta värmelagringsmaterial lagras sedan i en isolerad tank tills energin behövs. Energin kan användas direkt för uppvärmning och kylning, eller den kan användas för att generera el. I termiska energilagringssystem avsedda för el används värmen för att koka vatten. Den resulterande ångan driver en turbin och producerar elektrisk kraft med samma utrustning som används i konventionella elproduktionsstationer. Termisk energilagring är användbar i CSP-anläggningar, som fokuserar solljus på en mottagare för att värma en arbetsvätska. Superkritisk koldioxid undersöks som en arbetsvätska som kan dra fördel av högre temperaturer och minska storleken på genererande anläggningar.
Svänghjulsförvaring
Ett svänghjul är ett tungt hjul fäst vid en roterande axel. Att förbruka energi kan få hjulet att snurra snabbare. Denna energi kan utvinnas genom att fästa hjulet till en elektrisk generator, som använder elektromagnetism för att sakta ner hjulet och producera elektricitet. Även om svänghjul snabbt kan ge kraft, kan de inte lagra mycket energi.
Tryckluftslagring
System för lagring av tryckluft består av stora kärl, som tankar, eller naturliga formationer, som grottor. Ett kompressorsystem pumpar kärlen fulla med tryckluft. Då kan luften släppas ut och användas för att driva en turbin som producerar el. Befintliga energilagringssystem för tryckluft använder ofta den frigjorda luften som en del av en naturgaskraftcykel för att producera el.
Solbränslen
Solenergi kan användas för att skapa nya bränslen som kan förbrännas (brännas) eller förbrukas för att tillhandahålla energi, vilket effektivt lagrar solenergin i de kemiska bindningarna. Bland de möjliga bränslen som forskare undersöker är väte, som produceras genom att separera det från syret i vattnet, och metan, som produceras genom att kombinera väte och koldioxid. Metan är huvudkomponenten i naturgas, som vanligtvis används för att producera el eller värma bostäder.
Virtuell lagring
Energi kan också lagras genom att ändra hur vi använder de enheter vi redan har. Till exempel, genom att värma eller kyla en byggnad innan en förväntad topp i elbehovet, kan byggnaden "lagra" den värmeenergin så att den inte behöver förbruka el senare på dagen. Själva byggnaden fungerar som en termos genom att lagra kall eller varm luft. En liknande process kan tillämpas på varmvattenberedare för att sprida efterfrågan över dagen.
I slutändan kan både privatkunder och kommersiella solenergikunder, såväl energibolag som storskaliga solcellsoperatörer, dra nytta av sol-plus-lagringssystem. När forskningen fortsätter och kostnaderna för solenergi och lagring minskar, kommer sol- och lagringslösningar att bli mer tillgängliga för alla amerikaner.
