En función das diferentes formas de almacenamento de enerxía,tecnoloxías de almacenamento de enerxíapódese dividir en cinco categorías: tecnoloxía de almacenamento de enerxía mecánica, tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica, tecnoloxía de almacenamento de enerxía eléctrica, tecnoloxía de almacenamento de enerxía química e tecnoloxía de almacenamento de enerxía térmica.
◇Tecnoloxía de almacenamento de enerxía eléctrica
◇Tecnoloxía de almacenamento de enerxía química
◇Tecnoloxía de almacenamento térmico
Tecnoloxía de almacenamento de enerxía mecánica
Como é sabido, na natureza existen diversas formas de enerxía cinética e potencial, como a auga corrente, o vento natural, as mareas e as ondas; as actividades humanas tamén xeran unha gran cantidade de enerxía cinética e potencial, como persoas en movemento, vehículos, barcos e fluídos. Todas estas enerxías, tanto as xeradas na natureza como as xeradas polas actividades humanas, son fontes de enerxía renovables. A enerxía mecánica é a suma da enerxía cinética e potencial, unha cantidade física que representa o estado de movemento e a altitude dun obxecto. A enerxía cinética e potencial dun obxecto pódense converter unha noutra; no proceso de conversión mutua entre enerxía cinética e potencial, a cantidade total de enerxía mecánica permanece constante, é dicir, a enerxía mecánica consérvase.
O almacenamento de enerxía mecánica é unha tecnoloxía que converte a enerxía en enerxía mecánica para o seu almacenamento e despois a converte de novo en enerxía eléctrica cando sexa necesario. Os métodos comúns de almacenamento de enerxía mecánica inclúen o almacenamento hidráulico por bombeo, o almacenamento de aire comprimido e o almacenamento de enerxía no volante. As tecnoloxías de almacenamento de enerxía mecánica adoitan ter unha alta densidade de enerxía, capacidades de resposta rápida e longa vida útil, polo que son adecuadas para a regulación da rede e a subministración de enerxía de emerxencia. O seu tempo e escala de almacenamento varían dependendo da tecnoloxía específica, que van desde minutos ata días, e poden satisfacer diversas necesidades de almacenamento de enerxía.
Almacenamento hidráulico por bombeo:
O almacenamento hidráulico por bombeo é actualmente a tecnoloxía de almacenamento de enerxía a gran-máis utilizada. Usa electricidade para bombear auga desde un depósito de baixo-nivel a un depósito de alto-nivel, almacenando a súa enerxía potencial. Durante os períodos de máxima demanda de electricidade, a auga é liberada para xerar electricidade a través de turbinas. Este método ten unha eficiencia de conversión relativamente alta (normalmente entre o 70 % e o 85 %), é axeitado para regular as diferenzas de pico-valle na rede eléctrica e ofrece unha gran capacidade de almacenamento e un funcionamento estable.
O almacenamento hidráulico por bombeo utilízase a miúdo para soportar a integración da rede de enerxía renovable, equilibrar as flutuacións da oferta e da demanda e posúe unha longa duración de almacenamento e unha forte capacidade de reserva. O seu principio móstrase na figura 1-1.
Almacenamento de enerxía de aire comprimido:
O almacenamento de enerxía do aire comprimido implica comprimir o aire mediante un compresor accionado eléctricamente e almacenalo en cavernas subterráneas, tanques ou recipientes a presión. Cando a demanda de electricidade aumenta, o aire comprimido almacenado é liberado, quéntase e utilízase para impulsar unha turbina para xerar electricidade. O almacenamento de enerxía de aire comprimido adoita ofrecer capacidades de almacenamento de enerxía a gran-escala-a longo prazo, con eficiencias que normalmente oscilan entre o 50 % e o 70 %. Estas eficiencias pódense mellorar aínda máis cando se combinan con tecnoloxías de recuperación de calor. É axeitado para a integración con centrais de enerxía renovables a gran-escala para mellorar a flexibilidade e a estabilidade da rede.
Almacenamento de enerxía do volante:
O almacenamento de enerxía do volante utiliza un motor para impulsar un volante a gran velocidade, convertendo a enerxía eléctrica en enerxía cinética para o seu almacenamento. Cando é necesario, o volante utiliza un xerador para converter a enerxía cinética de novo en enerxía eléctrica. A tecnoloxía de almacenamento de enerxía do volante de inercia é coñecida pola súa velocidade de resposta extremadamente rápida (normalmente no rango de milisegundos) e a súa alta vida útil (ata centos de miles de ciclos), polo que é adecuada para escenarios de almacenamento de enerxía a curto-termo e alta-potencia, como a regulación da frecuencia da rede e as fontes de alimentación ininterrompidas (UPS). O almacenamento de enerxía do volante adoita ter unha alta eficiencia de conversión, que chega ao 85 %-95 %, pero o seu tempo de almacenamento é relativamente curto, normalmente utilízase para equilibrar as flutuacións de enerxía a curto-termo. A figura 1-2 mostra o diagrama esquemático dun sistema de enerxía de almacenamento de enerxía do volante.
Tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica
O almacenamento de enerxía electroquímica é unha tecnoloxía que converte a enerxía eléctrica en enerxía química mediante reaccións electroquímicas, almacenándoa e converténdoa de novo en enerxía eléctrica cando sexa necesario. O seu núcleo é o almacenamento e liberación de enerxía mediante o proceso de carga e descarga das baterías. A tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica ten vantaxes como a velocidade de resposta rápida, a alta eficiencia, a instalación flexible e o deseño modular, polo que é adecuada para escenarios como a regulación de frecuencia conectada da rede de enerxía renovable-, a regulación de pico-val e a subministración de enerxía de emerxencia. Actualmente, as principais tecnoloxías de almacenamento de enerxía electroquímica inclúen baterías de chumbo-ácido, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de-ión de litio, baterías de-ión de sodio e baterías de fluxo, cada unha co seu rendemento, escenarios de aplicación e potencial de desenvolvemento únicos. Co aumento da proporción de enerxía renovable, o almacenamento de enerxía electroquímica xoga un papel crucial na transformación da estrutura enerxética global e é unha garantía importante para conseguir un sistema enerxético limpo, baixo-carbono e seguro.
Baterías de chumbo{0}ácido:
As baterías de chumbo-ácido son unha tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica de-longamente establecida e moi utilizada. O seu principio implica o uso de chumbo e os seus óxidos como materiais de electrodos positivos e negativos, e solución acuosa de ácido sulfúrico como electrólito, para cargar e descargar mediante unha reacción electroquímica. As baterías de chumbo-ácido teñen vantaxes como o baixo custo de produción, tecnoloxía madura, alta fiabilidade e gran resistencia á sobrecarga e a sobre-descarga, e utilízanse amplamente en baterías de arranque de automóbiles, fontes de alimentación de reserva e sistemas de almacenamento de enerxía. Non obstante, as baterías de chumbo-ácido teñen unha densidade de enerxía baixa, un ciclo de vida limitado e conteñen chumbo tóxico, que pode contaminar o medio ambiente se se elimina de forma inadecuada. A pesar diso, as baterías de chumbo-ácido seguen ocupando unha posición importante en certos campos, especialmente en aplicacións-sensibles ao custo. No futuro, a reciclaxe ecolóxica e a mellora do rendemento das baterías de chumbo-ácido serán as direccións fundamentais para o desenvolvemento desta tecnoloxía.
Baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH):
As baterías de NiMH son unha tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica que usa hidróxido de níquel como electrodo positivo e hidruro de níquel como electrodo negativo. Ofrecen vantaxes como a alta densidade enerxética, a compatibilidade co medio ambiente e o ciclo de vida longo. En comparación coas baterías tradicionais, as baterías de NiMH non presentan os riscos químicos asociados ao cadmio e o molibdeno, polo que son máis respectuosas co medio ambiente. Polo tanto, son amplamente utilizados en ferramentas eléctricas, vehículos híbridos e dispositivos electrónicos portátiles. Tamén teñen unha alta eficiencia de carga-descarga e poden funcionar de forma estable en diversos ambientes. Unha característica clave das baterías de níquel é a súa forte sobrecarga e a súa tolerancia á sobre{6}}descarga, polo que son excelentes en aplicacións que requiren carga e descarga frecuentes. Aínda que o aumento das baterías de-ións de litio nos últimos anos provocou un descenso da cota de mercado das baterías de NiMH, aínda manteñen un lugar en áreas de aplicación específicas.
Baterías de -ión de litio:
As baterías de-ións de litio son unha tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica que permite a carga e a descarga mediante a inserción e extracción de ións de litio entre os electrodos positivos e negativos. O peso lixeiro e a alta densidade de enerxía do litio provocaron a aplicación xeneralizada de baterías de iones de litio-en dispositivos electrónicos portátiles, vehículos eléctricos e almacenamento de enerxía renovable. As baterías de-ións de litio ofrecen vantaxes como un ciclo de vida longo e sen efecto de memoria, pero tamén teñen certos problemas de seguridade, como a fuga térmica causada pola sobrecarga e unha sobre{5}}descarga. Cos avances tecnolóxicos, a seguridade e o rendemento electroquímico das baterías de iones de litio-melloraron continuamente, mentres que os custos diminuíron, converténdoas nunha das baterías de almacenamento de enerxía máis utilizadas no mercado na actualidade. No futuro, espérase que o desenvolvemento de tecnoloxías como os electrólitos de estado sólido-e os ánodos-de silicio mellore aínda máis o rendemento electroquímico e a seguridade das baterías de ións de litio-.
Baterías de-ións de sodio:
As baterías de-ións de sodio son unha nova tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica en rápido desenvolvemento nos últimos anos. O seu principio de funcionamento é similar ao das baterías de iones de litio-, onde os ións de litio intercalan e desintercalan entre os electrodos positivo e negativo para cargar e descargar. As vantaxes das baterías de-ións de sodio residen na abundancia e o baixo custo dos recursos de sodio, e na súa independencia das limitacións dos recursos de litio, polo que son especialmente adecuadas para aplicacións de almacenamento de enerxía a gran-escala. Aínda que a súa densidade enerxética é menor que a das baterías de ións de litio-, as baterías de ións de sodio- presentan un bo rendemento en termos de estabilidade do ciclo, rendemento a baixa-temperatura e seguridade, o que é moi prometedor para o desenvolvemento futuro. Actualmente, a investigación sobre baterías de-ións de sodio céntrase en mellorar a densidade de enerxía, prolongar a vida útil do ciclo e reducir os custos de fabricación. Cos continuos avances tecnolóxicos, espérase que as baterías de-ións de sodio se convertan nunha das solucións importantes para o almacenamento de enerxía a gran-escala no futuro.
Batería de fluxo:
As baterías de fluxo son unha tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica onde o electrólito se almacena nun tanque externo. O seu principio implica o almacenamento e liberación de enerxía mediante reaccións electroquímicas entre dous electrólitos diferentes dentro da batería. Unha característica importante das baterías de fluxo é a súa enerxía e potencia de saída axustables de forma independente; a capacidade de almacenamento pódese ampliar aumentando a cantidade de electrólitos almacenados, polo que son especialmente adecuados para aplicacións de almacenamento de enerxía a gran-escala-a longo prazo. Os tipos comúns de baterías de fluxo inclúen baterías de fluxo redox de vanadio e baterías de fluxo de zinc/bromo. As baterías Flow ofrecen unha longa vida útil, boa seguridade e respeto ao medio ambiente, pero o seu investimento inicial é elevado e o sistema de baterías é complexo. Cos avances tecnolóxicos, o potencial das baterías de fluxo no almacenamento de enerxía a gran-escala está emerxendo paulatinamente, especialmente nas aplicacións de integración da rede de enerxía renovable e de regulación da rede.