ენერგიის შენახვის სხვადასხვა ფორმებზე დაყრდნობით,ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიებიშეიძლება დაიყოს ხუთ კატეგორიად: მექანიკური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია, ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია, ელექტროენერგიის შენახვის ტექნოლოგია, ქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია და თერმული ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია.
◇ელექტრო ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია
◇ქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია
მექანიკური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია
როგორც ცნობილია, ბუნებაში არსებობს კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის სხვადასხვა ფორმა, როგორიცაა მომდინარე წყალი, ბუნებრივი ქარი, მოქცევა და ტალღები; ადამიანის საქმიანობა ასევე წარმოქმნის დიდ კინეტიკურ და პოტენციურ ენერგიას, როგორიცაა ადამიანების გადაადგილება, მანქანები, გემები და სითხეები. ყველა ეს ენერგია, როგორც ბუნებაში წარმოქმნილი, ისე ადამიანის საქმიანობით წარმოქმნილი ენერგია, არის განახლებადი ენერგიის წყარო. მექანიკური ენერგია არის კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამი, ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც წარმოადგენს ობიექტის მოძრაობის მდგომარეობას და სიმაღლეს. ობიექტის კინეტიკური და პოტენციური ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას ერთმანეთში; კინეტიკურ და პოტენციურ ენერგიას შორის ურთიერთგადაქცევის პროცესში მექანიკური ენერგიის მთლიანი რაოდენობა მუდმივი რჩება, ანუ მექანიკური ენერგია შენარჩუნებულია.
მექანიკური ენერგიის შენახვა არის ტექნოლოგია, რომელიც გარდაქმნის ენერგიას მექანიკურ ენერგიად შესანახად და შემდეგ გარდაქმნის მას ისევ ელექტრო ენერგიად საჭიროების შემთხვევაში. მექანიკური ენერგიის შენახვის საერთო მეთოდები მოიცავს ტუმბოს ჰიდრო საცავს, შეკუმშული ჰაერის შენახვას და მფრინავის ენერგიის შენახვას. მექანიკური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიებს, როგორც წესი, აქვთ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე, სწრაფი რეაგირების შესაძლებლობები და ხანგრძლივი მომსახურების ვადა, რაც მათ შესაფერისს ხდის ქსელის რეგულირებისთვის და გადაუდებელი ელექტრომომარაგებისთვის. მათი შენახვის დრო და მასშტაბი განსხვავდება კონკრეტული ტექნოლოგიის მიხედვით, დაწყებული წუთიდან დღეებამდე და შეუძლია დააკმაყოფილოს ენერგიის შენახვის სხვადასხვა საჭიროებები.
სატუმბი ჰიდრო საცავი:
სატუმბი ჰიდროსაწყობი ამჟამად ყველაზე ფართოდ გამოყენებული დიდი-ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიაა. იგი იყენებს ელექტროენერგიას წყლის დაბალი-დონის რეზერვუარიდან მაღალი-რეზერვუარის გადასატანად და ინახავს მის პოტენციურ ენერგიას. ელექტროენერგიის პიკის მოთხოვნის პერიოდში წყალი გამოიყოფა ელექტროენერგიის წარმოებისთვის ტურბინების მეშვეობით. ამ მეთოდს აქვს შედარებით მაღალი კონვერტაციის ეფექტურობა (ჩვეულებრივ 70%-85%), შესაფერისია პიკური-ველის განსხვავებების დასარეგულირებლად ელექტრო ქსელში და გთავაზობთ დიდი შენახვის ტევადობას და სტაბილურ მუშაობას.
სატუმბი ჰიდროსაწყობი ხშირად გამოიყენება განახლებადი ენერგიის ქსელში ინტეგრაციის მხარდასაჭერად, მიწოდებისა და მოთხოვნის რყევების დასაბალანსებლად და გააჩნია შენახვის ხანგრძლივი ხანგრძლივობა და ძლიერი სარეზერვო სიმძლავრე. მისი პრინციპი ნაჩვენებია სურათზე 1-1.
შეკუმშული ჰაერის ენერგიის შენახვა:
შეკუმშული ჰაერის ენერგიის შენახვა გულისხმობს ჰაერის შეკუმშვას ელექტროძრავიანი კომპრესორის გამოყენებით და მის შენახვას მიწისქვეშა გამოქვაბულებში, ტანკებში ან წნევის ჭურჭელში. როდესაც ელექტროენერგიაზე მოთხოვნა იზრდება, შენახული შეკუმშული ჰაერი გამოიყოფა, თბება და გამოიყენება ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის ტურბინის გასატარებლად. შეკუმშული ჰაერის ენერგიის შენახვა, როგორც წესი, გვთავაზობს დიდი-მასშტაბიანი, გრძელვადიანი-ენერგიის შენახვის შესაძლებლობებს, ეფექტურობა, როგორც წესი, მერყეობს 50%-დან 70%-მდე. ეს ეფექტურობა შეიძლება კიდევ უფრო გაუმჯობესდეს სითბოს აღდგენის ტექნოლოგიებთან ერთად. იგი განკუთვნილია დიდი-განახლებადი ენერგიის ელექტროსადგურებთან ინტეგრაციისთვის, რათა გააძლიეროს ქსელის მოქნილობა და სტაბილურობა.
მფრინავის ენერგიის შენახვა:
მფრინავის ენერგიის შესანახი ძრავა იყენებს ძრავას, რომ მართოს ბორბალი მაღალი სიჩქარით, გარდაქმნის ელექტრო ენერგიას კინეტიკურ ენერგიად შესანახად. საჭიროების შემთხვევაში, მფრინავი იყენებს გენერატორს კინეტიკური ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევისთვის. Flywheel ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია ცნობილია თავისი უკიდურესად სწრაფი რეაგირების სიჩქარით (როგორც წესი, მილიწამის დიაპაზონში) და მაღალი ციკლის ხანგრძლივობით (ასიათასობით ციკლამდე), რაც შესაფერისს ხდის ხანმოკლე-, მაღალი-ენერგიის ენერგიის შენახვის სცენარებს, როგორიცაა ქსელის სიხშირის რეგულირება და უწყვეტი კვების წყაროები (UPS). მფრინავის ენერგიის შენახვას, როგორც წესი, აქვს მაღალი კონვერტაციის ეფექტურობა, რომელიც აღწევს 85%-95%-ს, მაგრამ მისი შენახვის დრო შედარებით ხანმოკლეა, ჩვეულებრივ გამოიყენება ხანმოკლე-ენერგიის რყევების დასაბალანსებლად. სურათი 1-2 გვიჩვენებს მფრინავის ენერგიის შესანახი ელექტროენერგიის სისტემის სქემატურ დიაგრამას.
ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია
ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვა არის ტექნოლოგია, რომელიც ელექტროენერგიას გარდაქმნის ქიმიურ ენერგიად ელექტროქიმიური რეაქციების მეშვეობით, ინახავს მას და საჭიროების შემთხვევაში აბრუნებს ელექტრო ენერგიად. მისი ბირთვი არის ენერგიის შენახვა და განთავისუფლება ბატარეების დატენვისა და განმუხტვის პროცესში. ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიას აქვს ისეთი უპირატესობები, როგორიცაა სწრაფი რეაგირების სიჩქარე, მაღალი ეფექტურობა, მოქნილი ინსტალაცია და მოდულური დიზაინი, რაც მას შესაფერისს ხდის ისეთ სცენარებს, როგორიცაა განახლებადი ენერგიის ქსელი-დაკავშირებული სიხშირის რეგულირება, პიკის-ველის რეგულირება და გადაუდებელი ელექტრომომარაგება. ამჟამად, ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ძირითადი ტექნოლოგიები მოიცავს ტყვიის-მჟავა ბატარეებს, ნიკელის-მეტალის ჰიდრიდის ბატარეებს, ლითიუმის-იონურ ბატარეებს, ნატრიუმის-იონურ ბატარეებს და ნაკადის ბატარეებს, თითოეულს თავისი უნიკალური ეფექტურობით, გამოყენების სცენარით და განვითარების პოტენციალით. განახლებადი ენერგიის მზარდი პროპორციით, ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვა გადამწყვეტ როლს ასრულებს გლობალური ენერგეტიკული სტრუქტურის ტრანსფორმაციაში და არის მნიშვნელოვანი გარანტია სუფთა,-დაბალნახშირბადიანი და უსაფრთხო ენერგეტიკული სისტემის მისაღწევად.
ტყვიის-მჟავა ბატარეები:
ტყვიის-მჟავა ბატარეები არის დიდი ხანია-დამკვიდრებული და ფართოდ გამოყენებული ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია. მათი პრინციპი გულისხმობს ტყვიისა და მისი ოქსიდების გამოყენებას, როგორც დადებითი და უარყოფითი ელექტროდის მასალების, და გოგირდმჟავას წყალხსნარის ელექტროლიტის სახით, ელექტროქიმიური რეაქციის მეშვეობით დამუხტვისა და განმუხტვისთვის. ტყვიის-მჟავა ბატარეებს აქვთ ისეთი უპირატესობები, როგორიცაა წარმოების დაბალი ღირებულება, მომწიფებული ტექნოლოგია, მაღალი საიმედოობა და ძლიერი წინააღმდეგობა გადატენვისა და ზე-დამუხტვის მიმართ, და ფართოდ გამოიყენება ავტომობილების გაშვების ბატარეებში, სარეზერვო კვების წყაროებში და ენერგიის შესანახ სისტემებში. თუმცა, ტყვიის-მჟავა ბატარეებს აქვთ დაბალი ენერგეტიკული სიმკვრივე, შეზღუდული ციკლის სიცოცხლე და შეიცავს ტოქსიკურ ტყვიას, რომელსაც შეუძლია დააბინძუროს გარემო, თუ არასათანადოდ განადგურდება. ამის მიუხედავად, ტყვიის-მჟავა ბატარეები კვლავ მნიშვნელოვან ადგილს იკავებენ გარკვეულ სფეროებში, განსაკუთრებით ხარჯების{10}}მგრძნობიარე აპლიკაციებში. მომავალში, ეკოლოგიურად სუფთა გადამუშავება და ტყვიის{12}}მჟავა ბატარეების მუშაობის გაუმჯობესება იქნება ამ ტექნოლოგიის განვითარების ძირითადი მიმართულება.
ნიკელის-მეტალის ჰიდრიდის (NiMH) ბატარეები:
NiMH ბატარეები არის ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს ნიკელის ჰიდროქსიდს, როგორც დადებით ელექტროდს და ნიკელის ჰიდრიდს, როგორც უარყოფით ელექტროდს. ისინი გვთავაზობენ უპირატესობებს, როგორიცაა მაღალი ენერგიის სიმკვრივე, გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა და ხანგრძლივი ციკლის სიცოცხლე. ტრადიციულ ბატარეებთან შედარებით, NiMH ბატარეებს არ გააჩნიათ ქიმიური საფრთხეები, რომლებიც დაკავშირებულია კადმიუმთან და მოლიბდენთან, რაც მათ უფრო ეკოლოგიურად აქცევს. აქედან გამომდინარე, ისინი ფართოდ გამოიყენება ელექტრო ინსტრუმენტებში, ჰიბრიდულ მანქანებში და პორტატულ ელექტრონულ მოწყობილობებში. მათ ასევე აქვთ მაღალი დატენვის-გამონადენის ეფექტურობა და შეუძლიათ სტაბილურად იმუშაონ სხვადასხვა გარემოში. ნიკელის ბატარეების ძირითადი მახასიათებელია მათი ძლიერი გადატვირთვა და ზედმეტად{6}}დამუხტვის ტოლერანტობა, რაც მათ შესანიშნავს ხდის აპლიკაციებში, რომლებიც საჭიროებენ ხშირ დამუხტვასა და განმუხტვას. მიუხედავად იმისა, რომ ბოლო წლებში ლითიუმ-იონური ბატარეების ზრდამ გამოიწვია NiMH ბატარეების ბაზრის წილის შემცირება, ისინი მაინც ინარჩუნებენ ადგილს აპლიკაციის კონკრეტულ სფეროებში.
ლითიუმის-იონური ბატარეები:
ლითიუმის-იონური ბატარეები არის ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია, რომელიც აღწევს დატენვას და განმუხტვას დადებით და უარყოფით ელექტროდებს შორის ლითიუმის იონების ჩასმისა და ამოღების გზით. ლითიუმის მსუბუქმა წონამ და ენერგიის მაღალმა სიმკვრივემ განაპირობა ლითიუმის-იონური ბატარეების ფართო გამოყენება პორტატულ ელექტრონულ მოწყობილობებში, ელექტრო მანქანებში და განახლებადი ენერგიის შესანახად. ლითიუმის-იონური ბატარეები გვთავაზობენ უპირატესობებს, როგორიცაა ხანგრძლივი ციკლის სიცოცხლე და მეხსიერების ეფექტის არარსებობა, მაგრამ მათ ასევე აქვთ უსაფრთხოების გარკვეული შეშფოთება, როგორიცაა თერმული გაქცევა, რომელიც გამოწვეულია გადატვირთვისა და ზედმეტად-დამუხტვით. ტექნოლოგიური მიღწევებით, ლითიუმის-იონური ბატარეების უსაფრთხოება და ელექტროქიმიური მოქმედება მუდმივად გაუმჯობესდა, ხოლო ხარჯები შემცირდა, რაც მათ დღეს ბაზარზე ერთ-ერთ ყველაზე ფართოდ გამოყენებად ენერგო შესანახ ბატარეად აქცევს. მომავალში, ისეთი ტექნოლოგიების განვითარება, როგორიცაა მყარი-ელექტროლიტები და სილიკონის-დაფუძნებული ანოდები, სავარაუდოდ, კიდევ უფრო გააუმჯობესებს ლითიუმის-იონური ბატარეების ელექტროქიმიურ მუშაობას და უსაფრთხოებას.
ნატრიუმის-იონური ბატარეები:
ნატრიუმის-იონური ბატარეები არის ბოლო წლებში სწრაფად განვითარებადი ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ახალი ტექნოლოგია. მათი მუშაობის პრინციპი მსგავსია ლითიუმ-იონური ბატარეების, სადაც ლითიუმის იონები ურთიერთქმედებენ და დეინტერკალირდებიან დადებით და უარყოფით ელექტროდებს შორის დამუხტვისა და განმუხტვისთვის. ნატრიუმის-იონური ბატარეების უპირატესობები მდგომარეობს ნატრიუმის რესურსების სიუხვესა და დაბალ ღირებულებაში, და მათ დამოუკიდებლობაში ლითიუმის რესურსების შეზღუდვებისგან, რაც მათ განსაკუთრებით შესაფერისს-მასშტაბიანი ენერგიის შესანახი აპლიკაციებისთვის ხდის. მიუხედავად იმისა, რომ მათი ენერგეტიკული სიმკვრივე ლითიუმის-იონური ბატარეების სიმკვრივეზე დაბალია, ნატრიუმის-იონური ბატარეები ავლენენ კარგ შესრულებას ციკლის სტაბილურობის, დაბალი-ტემპერატურით მუშაობისა და უსაფრთხოების თვალსაზრისით, რაც დიდ პერსპექტივას აჩვენებს მომავალი განვითარებისთვის. ამჟამად, ნატრიუმის{11}}იონური ბატარეების კვლევა ფოკუსირებულია ენერგიის სიმკვრივის გაუმჯობესებაზე, ციკლის სიცოცხლის გახანგრძლივებაზე და წარმოების ხარჯების შემცირებაზე. უწყვეტი ტექნოლოგიური მიღწევებით, ნატრიუმის-იონური ბატარეები, სავარაუდოდ, მომავალში გახდება ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი გამოსავალი დიდი-ენერგიის შენახვისთვის.
ნაკადის ბატარეა:
ნაკადის ბატარეები არის ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ტექნოლოგია, სადაც ელექტროლიტი ინახება გარე ავზში. მათი პრინციპი გულისხმობს ენერგიის შენახვას და განთავისუფლებას ელექტროქიმიური რეაქციების გზით ბატარეის შიგნით ორ სხვადასხვა ელექტროლიტს შორის. ნაკადის ბატარეების მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მათი დამოუკიდებლად რეგულირებადი ენერგია და სიმძლავრე; შენახვის ტევადობა შეიძლება გაიზარდოს შენახული ელექტროლიტების რაოდენობის გაზრდით, რაც მათ განსაკუთრებით შესაფერისი-მასშტაბიანი, გრძელვადიანი ენერგიის შესანახი აპლიკაციებისთვის გახდება. ნაკადის ბატარეების საერთო ტიპები მოიცავს ვანადიუმის რედოქსის ნაკადის ბატარეებს და თუთიის/ბრომის ნაკადის ბატარეებს. ნაკადის ბატარეები გვთავაზობენ ხანგრძლივ სიცოცხლეს, კარგ უსაფრთხოებას და გარემოსდაცვით კეთილგანწყობას, მაგრამ მათი საწყისი ინვესტიცია მაღალია და ბატარეის სისტემა რთულია. ტექნოლოგიური მიღწევებით, ნაკადის ბატარეების პოტენციალი თანდათანობით ჩნდება-დიდი მასშტაბის ენერგიის შესანახად, განსაკუთრებით განახლებადი ენერგიის ქსელში ინტეგრაციისა და ქსელის რეგულირების აპლიკაციებში.