Současné možnosti akumulace elektrické energie Ing. Lukáš Radil Ústav elektroenergetiky Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
Obsah 1. 2. 3.
4. 5. 6.
Úvod Momentální stav Současné možnosti Přehled metod Budoucí vývoj Závěr
1. Úvod Mají enviromentalisté pravdu s podporou OZE? Ano, v dlouhodobém měřítku je mix zdrojů nevyhnutelný Ne, stavět pouze na OZE
Co přinese rozvoj OZE v ČR? Vyšší požadavky na zálohování zdrojů Vyšší pravděpodobnost penalizace za nedodávku elektřiny
Jak můžeme ovlivnit průběh dodávky z OZE? Akumulací, predikcí počasí, zálohováním
Co je akumulace? Uchovávání energie ve vhodné formě pro budoucí použití
Má akumulace vliv nejen na ekologii? Ano, v budoucnu začlenění do Smart Grids
2. Momentální stav Akumulace elektrické energie v domovním prostředí
prakticky neexistuje Nasazování hybridních systémů FVE
Akumulace tepelné energie převážně v zásobnících tepla,
taktéž ve stěnách budov Případná rekuperace tepla
3. Současné možnosti akumulace
Rozdělení akumulačních systémů: na okamžitý vysoký výkon baterie. a)
3. Současné možnosti akumulace
Rozdělení akumulačních systémů: na velkou měrnou elektrickou kapacitu přečerpávací vodní elektrárny, systém stlačeného vzduchu (CAES), b)
Rozdělení akum. systémů Z pohledu periody cyklu Nepravidelný Denní Týdenní
Sezónní
Z pohledu kapacity Malá a střední (omezení technologicko-ekonomické) Velká kapacita
Formy ukládání Mechanické Kinetická –setrvačníky (E = ½ mv2 = ½ mr2w2) Potenciální – PVE Tlaková – tlakový vzduch
Elektrická Kondenzátory – malá kapacita Super kondenzátory – slušná kapacita, technologie Supravodivé technologie – SMES (Superconducting
magnetic energy storage) E = ½ LI2
Formy ukládání Elektrochemická Klasické akumulátory s elektrolyty Elektrochemické palivové články – REDOX systém. Palivové články
Chemické Vodík, biopaliva, syntézní plyny, syntetický metanol
Tepelné Přírodní materiály Moderní roztavené soli, kryogenika, eutektické materiály
Technologie akumulace elektrické energie
Mechanická
Baterie
Elektrochemická
Regenerativní
Olověné kyselinové
Vanadium Redox
AA-CAES
Lithium polymer
Zinc Bromine
Setrvačníky
Sodium Sulphur
Zinc cerium
Hybrid Cells
Sodium polysulfide Bromine
Nickel Cadmium
Elektromagnetická
Pevná tepelná akumulace (beton,..)
SMES
Vodík
Přečerpávací vodní el.
CAES
Tepelná
Palivové články
Superkondenzátory Tekutá tepelná akumulace (horké soli…)
Zdroj: GATZEN, CH. The Economics of Power Storage. Oldenbourg Industrieverlag, München. (2008), 254 pages. ISBN 978-3-8356-3138-0
4. Přehled metod Aktuální možnosti skladování energie: Metoda Ruths a Marguerre Metody založené na uskladnění energie ve formě tepla do tepelné kapacity látek Metody CAES a AA-CAES Metody založené na uskladnění do plynného média (591$/kW) Přečerpávací vodní elektrárny Využívá potenciální tlakové energie Palivový článek založený na vodíko-kyslíkové konverzi Metoda založená na vodíkovém hospodářství Superkapacitory Uskladnění energie prostřednictvím elektrostatického pole (hustota energie až 10 Wh/kg) Setrvačníky (Flywheel) Metoda založená na energii setrvačných hmot Redox baterie Metoda založená na redukčně-oxidační vlastnosti prvků Baterie Sodium – Sulfur (NaS) Baterie založená na reaktivitě sodíku Lithiové baterie Baterie založená na reaktivitě Lithia Superconducting magnetic energy storage (SMES) Energie uchovaná ve formě magnetického pole
4. Přehled metod Tepelné soustavy Turbo Storage tank
GS Boiler
Renewable sources
Exchanger
GS
Pump
Pump
4. Přehled metod
4. Přehled metod
Solární komín vhodný pro klimatizaci, případně pro hybridní klimatizaci
Srovnání nejpoužívanějších typů průmyslových baterií: Typ Článku
Ni-Cd
Olověný
Ni-MH
Li-ion
45-80
60-120 90-120 30-50
AGM DC
Hustota energie (Wh/kg) Počet cyklů (při 80% hloubce vybití)
1500
300-500 >1500
Projektovaná životnost
5 let +
3-4 roky 10 let+ 10 let+
Doba nabíjení
1-2h
2-4h
½-4h
8-16h
20%
30%
5-10%
5%
1.2V
1.2V
3.3V
400-500
Samovybíjení/měsíc
(při cca 20°C) Nominální napětí článku
2V
Provozní teploty
(pro vybíjení) 20 ~60°C
-40~60°C
Požadavky na servis
30-60 dnů 60-90 dnů 6 měsíců6 měsíců
-20 ~ 60°C -20 ~60°C -
Přibližné náklady
(EUR/Wh)
0.33
0.65
0.33
0.11
4. Přehled metod Ultrakapacitory jsou vyráběny několika společnostmi. Jejich širšímu uplatnění stále překáží relativně vysoká cena
Kapacita dosahuje až 300 F
4. Přehled metod
4. Přehled metod
Zdroj: http://proatom.luksoft.cz/grafika/caes.jpg
4. Přehled metod Chemické metody:
4. Přehled metod
4. Přehled metod Setrvačníky Většinou ložiska jsou tvořena permanentními
magnety – B ~ 1.7 T Texturované bloky YBa2Cu3Oy - B ~ 17 T !!! Při 27K
4. Přehled metod
4. Přehled metod
NAS Baterie zatím vhodné převážně do DS, později i domovních aplikací
Vybíjecí čas [h]
Hodnocení akumulačních systémů z hlediska rychlosti vybíjení
Jmenovitý výkon [MW]
5. Partikulární řešení
Zdroj: ESA (2009), dostupné z URL:
, datum citace: 18.3.2010, datum aktualizace 4/2009
5. Partikulární řešení
Zdroj: GATZEN, CH. The Economics of Power Storage. Oldenbourg Industrieverlag, München. (2008), 254 pages. ISBN 978-3-8356-3138-0
Energetická hustota [Wh/l]
Porovnání některých baterií
Specifická energie [Wh/kg]
5. Partikulární řešení
Zdroj: ESA (2009), dostupné z URL:
, datum citace: 18.3.2010, datum aktualizace 4/2009
Použití pro domácnosti, stavby
Především slouží k zálohování hybridních systému
založených na FVE Baterie především gelové a trakční založené na Pb – doposud výborný poměr cena x výkon Baterie založené na Li – zde jde především o poměr hmotnost x výkon (kapacita), problémy s nabíjením a vybíjením, velká citlivost na změny napětí Mikro setrvačníky – nepoužitelné (komerční výkony od 100 kVA) Zálohování kogeneračními jednotkami – velice vhodné, mikro zdroje od cca 10 kWE – není akumulace Pouze tepelná akumulace prostřednictvím zásobníků na teplou vodu - nejefektivnější způsob
Použití pro domácnosti, stavby VRB baterie, příliš drahé (Pinst = 2 kW, E = 8 kWh,
cena ~ 800.000 Kč)
Děkuji za pozornost.
Zdroj: http://www.euroenergy.cz/prednasky07_cz/firt.ppt
