Tuginedes erinevatele energia salvestamise vormidele,energia salvestamise tehnoloogiadvõib jagada viide kategooriasse: mehaaniline energiasalvestustehnoloogia, elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia, elektrienergia salvestamise tehnoloogia, keemilise energia salvestamise tehnoloogia ja soojusenergia salvestamise tehnoloogia.
◇Elektrienergia salvestamise tehnoloogia
◇Keemilise energia salvestamise tehnoloogia
Mehaaniline energia salvestamise tehnoloogia
Teadupärast eksisteerib looduses mitmesuguseid kineetilise ja potentsiaalse energia vorme, nagu voolav vesi, looduslik tuul, looded ja lained; inimtegevus tekitab ka palju kineetilist ja potentsiaalset energiat, näiteks inimeste, sõidukite, laevade ja vedelike liikumine. Kõik need energiad, nii looduses kui ka inimtegevusest saadavad, on taastuvad energiaallikad. Mehaaniline energia on kineetilise ja potentsiaalse energia summa, füüsikaline suurus, mis tähistab objekti liikumisseisundit ja kõrgust merepinnast. Objekti kineetiline ja potentsiaalne energia saab teisendada üksteiseks; kineetilise ja potentsiaalse energia vastastikuse muundamise protsessis jääb mehaanilise energia koguhulk konstantseks, see tähendab, et mehaaniline energia säilib.
Mehaaniline energiasalvestus on tehnoloogia, mis muundab energia salvestamiseks mehaaniliseks energiaks ja seejärel muundab selle vajaduse korral tagasi elektrienergiaks. Levinud mehaanilised energiasalvestusmeetodid hõlmavad pumbaga hüdroakumulatsiooni, suruõhusalvestust ja hooratta energiasalvestust. Mehaanilistel energiasalvestustehnoloogiatel on tavaliselt suur võimsustihedus, kiire reageerimisvõime ja pikk kasutusiga, mistõttu need sobivad võrgu reguleerimiseks ja avariitoiteallikaks. Nende säilitusaeg ja ulatus varieeruvad olenevalt konkreetsest tehnoloogiast, ulatudes minutitest päevadeni ning võivad rahuldada erinevaid energiasalvestusvajadusi.
Pumbaga hüdrosalvesti:
Pumbaga hüdrosalvesti on praegu kõige laialdasemalt kasutatav{0}}suurenergia salvestamise tehnoloogia. See kasutab elektrit vee pumpamiseks madalal-tasemel reservuaarist kõrgel-tasemel veehoidlasse, salvestades selle potentsiaalse energia. Elektrinõudluse tippperioodidel vabaneb vesi turbiinide kaudu elektrienergia tootmiseks. Sellel meetodil on suhteliselt kõrge konversioonitõhusus (tavaliselt 70–85%), see sobib elektrivõrgu tippude{8}}erinevuste reguleerimiseks ning pakub suurt mälumahtu ja stabiilset tööd.
Pumbaga hüdroakumulatsiooni kasutatakse sageli taastuvenergia võrku integreerimise toetamiseks, pakkumise ja nõudluse kõikumiste tasakaalustamiseks ning sellel on pikk säilitusaeg ja suur reservvõimsus. Selle põhimõte on näidatud joonisel 1-1.
Suruõhu energia salvestamine:
Suruõhu energia salvestamine hõlmab õhu kokkusurumist elektriajamiga kompressoriga ja selle säilitamist maa-alustes koobastes, mahutites või surveanumates. Kui elektrinõudlus suureneb, vabastatakse salvestatud suruõhk, kuumutatakse ja kasutatakse turbiini käitamiseks elektri tootmiseks. Suruõhuenergia salvestamine pakub tavaliselt laiaulatuslikku-pikaajalist-energia salvestamise võimalust, mille tõhusus on tavaliselt vahemikus 50% kuni 70%. Neid efektiivsust saab veelgi parandada, kui neid kombineerida soojuse taaskasutamise tehnoloogiatega. See sobib integreerimiseks suuremahuliste-taastuvenergia elektrijaamadega, et suurendada võrgu paindlikkust ja stabiilsust.
Hooratta energiasalvesti:
Hooratta energiasalvesti kasutab mootorit hooratta suurel kiirusel käitamiseks, muutes elektrienergia salvestamiseks kineetiliseks energiaks. Vajadusel kasutab hooratas generaatorit, et muuta kineetiline energia tagasi elektrienergiaks. Hooratta energiasalvestustehnoloogia on tuntud oma ülikiire reageerimiskiiruse (tavaliselt millisekundite vahemikus) ja pika tsükli eluea (kuni sadu tuhandeid tsükleid) poolest, mistõttu sobib see lühiajaliste, suure-võimsusega energiasalvestusstsenaariumide jaoks, nagu võrgusageduse reguleerimine ja katkematu toiteallikad (UPS). Hooratta energiasalvestil on tavaliselt kõrge konversioonitõhusus, ulatudes 85–95%-ni, kuid selle salvestusaeg on suhteliselt lühike, seda kasutatakse tavaliselt lühiajaliste võimsuse kõikumiste tasakaalustamiseks. Joonisel 1-2 on kujutatud hooratta energiasalvestava toitesüsteemi skemaatiline diagramm.
Elektrokeemiline energia salvestamise tehnoloogia
Elektrokeemiline energia salvestamine on tehnoloogia, mis muudab elektrienergia elektrokeemiliste reaktsioonide kaudu keemiliseks energiaks, salvestab selle ja muundab selle seejärel vajadusel tagasi elektrienergiaks. Selle tuumaks on energia salvestamine ja vabastamine akude laadimise ja tühjenemise käigus. Elektrokeemilisel energiasalvestustehnoloogial on sellised eelised nagu kiire reageerimiskiirus, kõrge kasutegur, paindlik paigaldus ja modulaarne disain, mistõttu sobib see selliste stsenaariumide jaoks nagu taastuvenergia võrguga ühendatud sageduse reguleerimine, tipptaseme-oru reguleerimine ja avariitoiteallikas. Praegu hõlmavad peamised elektrokeemilised energiasalvestustehnoloogiad plii-happeakusid, nikkel-metallhüdriidakusid, liitium-ioonakusid, naatrium-ioonakusid ja vooluakusid, millest igaühel on ainulaadne jõudlus, rakendusstsenaariumid ja arenduspotentsiaal. Taastuvenergia osakaalu suurenemisega mängib elektrokeemiline energia salvestamine ülemaailmses energiastruktuuri ümberkujundamises üliolulist rolli ning on oluline tagatis puhta, vähese süsinikdioksiidiheitega ja ohutu energiasüsteemi saavutamisel.
Plii{0}}happeakud:
Plii-happeakud on pikka aega-kasutatud ja laialdaselt kasutatav elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia. Nende põhimõte hõlmab plii ja selle oksiidide kasutamist positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjalidena ning väävelhappe vesilahust elektrolüüdina laadimiseks ja tühjendamiseks elektrokeemilise reaktsiooni kaudu. Plii-happeakudel on eelised, nagu madal tootmiskulu, arenenud tehnoloogia, kõrge töökindlus ning tugev vastupidavus ülelaadimisele ja tühjenemisele, ning neid kasutatakse laialdaselt autode käivitusakudes, varutoiteallikates ja energiasalvestussüsteemides. Kuid plii-happeakudel on madal energiatihedus, piiratud tööiga ja need sisaldavad mürgist pliid, mis võib keskkonda saastada, kui neid valesti kõrvaldada. Sellest hoolimata on plii-happeakud teatud valdkondades endiselt olulisel kohal, eriti kulutundlikes{10}}rakendustes. Tulevikus on selle tehnoloogia arendamise peamised suunad keskkonnasõbralik ringlussevõtt ja plii{12}happeakude jõudluse parandamine.
Nikkel{0}}Metallhüdriid (NiMH) akud:
NiMH akud on elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia, mis kasutab positiivse elektroodina nikkelhüdroksiidi ja negatiivse elektroodina nikkelhüdriidi. Need pakuvad eeliseid, nagu kõrge energiatihedus, keskkonnasõbralikkus ja pikk kasutusiga. Võrreldes traditsiooniliste akudega ei ole NiMH akudel kaadmiumi ja molübdeeniga seotud keemilisi ohte, mistõttu on need keskkonnasõbralikumad. Seetõttu kasutatakse neid laialdaselt elektritööriistades, hübriidsõidukites ja kaasaskantavates elektroonikaseadmetes. Neil on ka kõrge laadimise{4}}tühjenemistõhusus ja need võivad töötada stabiilselt erinevates keskkondades. Nikkelakude peamine omadus on nende tugev ülelaadimise ja üle{6}}tühjenemise taluvus, mistõttu on need suurepärased rakendustes, mis nõuavad sagedast laadimist ja tühjenemist. Kuigi liitium-ioonakude kasv viimastel aastatel on viinud NiMH-akude turuosa vähenemiseni, säilitavad nad siiski kindla koha teatud kasutusvaldkondades.
Liitium{0}}ioonakud:
Liitium-ioonakud on elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia, mis saavutab laadimise ja tühjenemise liitiumioonide sisestamise ja eraldamise kaudu positiivse ja negatiivse elektroodi vahele. Liitiumi kerge kaal ja suur energiatihedus on viinud liitium-ioonakude laialdase kasutamiseni kaasaskantavates elektroonikaseadmetes, elektrisõidukites ja taastuvenergiasalvestites. Liitium-ioonakud pakuvad eeliseid, nagu pikk tööiga ja mäluefekti puudumine, kuid neil on ka teatud ohutusprobleemid, näiteks ülelaadimisest ja üle{5}}tühjenemisest põhjustatud termiline ülekoormus. Tänu tehnoloogilistele edusammudele on liitium-ioonakude ohutus ja elektrokeemiline jõudlus pidevalt paranenud, samas kui kulud on langenud, muutes need praegu turul üheks enimkasutatavaks energiasalvestiks. Tulevikus eeldatakse, et selliste tehnoloogiate nagu tahkis{9}elektrolüüdid ja räni{10}põhised anoodid parandavad liitium{11}}ioonakude elektrokeemilist jõudlust ja ohutust.
Naatrium{0}}ioonakud:
Naatrium{0}}ioonakud on viimastel aastatel kiiresti arenev elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia. Nende tööpõhimõte on sarnane liitium-ioonakude omaga, kus liitiumioonid interkaleeruvad ja deinterkaleeruvad positiivsete ja negatiivsete elektroodide vahel laadimiseks ja tühjenemiseks. Naatrium-ioonakude eelised seisnevad naatriumiressursside rohkuses ja madalas hinnas ning nende sõltumatuses liitiumiressursside piirangutest, mistõttu on need eriti sobivad suuremahulistes-energiasalvestusrakendustes. Kuigi nende energiatihedus on madalam kui liitium-ioonakudel, on naatrium-ioonakude tsükli stabiilsus, madalal -temperatuuril ja turvalisusel hea jõudlus, mis näitab paljutõotust edasiseks arenguks. Praegu keskenduvad naatriumioonakude{11}akude uuringud energiatiheduse parandamisele, tsükli eluea pikendamisele ja tootmiskulude vähendamisele. Tänu pidevatele tehnoloogilistele edusammudele saavad naatrium-ioonakud eeldatavasti üheks oluliseks lahenduseks suuremahuliste{14}}energia salvestamise jaoks.
Voolu aku:
Voolupatareid on elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia, kus elektrolüüti hoitakse välispaagis. Nende põhimõte hõlmab energia salvestamist ja vabastamist elektrokeemiliste reaktsioonide kaudu kahe erineva akus oleva elektrolüüdi vahel. Voolupatareide oluline omadus on nende sõltumatult reguleeritav energia ja väljundvõimsus; salvestusmahtu saab suurendada säilitatava elektrolüüdi koguse suurendamisega, muutes need eriti sobivaks suuremahulisteks-pikaajalisteks-energiasalvestusrakendusteks. Levinud vooluakude tüübid on vanaadium-redoksvooluakud ja tsink/broomi vooluakud. Flow akud pakuvad pikka eluiga, head ohutust ja keskkonnasõbralikkust, kuid nende alginvesteering on suur ja akusüsteem on keeruline. Tänu tehnoloogilistele edusammudele hakkab järk-järgult esile kerkima voolupatareide potentsiaal suuremahulistes energiasalvestites, eriti taastuvenergia võrku integreerimise ja võrgu reguleerimise rakendustes.