science >> Wetenschap > >> Natuur

Hoe Grid Energy Storage werkt

Wanneer bruinverlies, Rolling-storingen en black-outs gebeuren, het is frustrerend om zonder stroom te zitten. Het opslaan van energie langs het Amerikaanse net kan helpen om de stroom aan te houden. ©iStockphoto.com/TebNad

De storing begon in Ohio, verpest het verkeer in Michigan, doe de lichten uit in Canada, bracht toen duisternis naar New York City, de stad die nooit slaapt. Tegen het einde van de noordoostelijke stroomstoring van 2003, de regio verloor ongeveer $ 6 miljard.

Wat denk je dat zo'n enorme stroomstoring veroorzaakte -- iets buitengewoons? Heeft iemand het net gesaboteerd? Was er een aardbeving? Nee -- er was geen sinister plan of natuurramp -- slechts een paar standaard haperingen. Het Amerikaanse elektriciteitsnet werkte zoals gewoonlijk, maar toen kwamen de glitches bij elkaar, geholpen door computerstoringen en enkele vervelende bomen en voilà -- ongeveer 50 miljoen mensen waren zonder stroom.

Volgens Imre Gyuk, die het Energy Storage Research Program bij het Amerikaanse ministerie van Energie beheert, we kunnen massale stroomuitval zoals die van 2003 voorkomen door energie op te slaan op het elektriciteitsnet. Energie kan worden opgeslagen in eenheden bij elektriciteitscentrales, langs transmissielijnen, op onderstations, en op locaties in de buurt van klanten. Op die manier, als er kleine rampen gebeuren, de opgeslagen energie zou overal langs de lijn elektriciteit kunnen leveren.

Het klinkt als een groot project, en het is. Maar vrijwel elk systeem dat erin slaagt veel klanten te bedienen, houdt een reserve aan. Denk er over na. Banken houden een reserve aan. Supergrote winkels zoals Target en Wal-Mart houden een reserve. Had McDonald's miljarden kunnen bedienen zonder voortdurend voorraadkasten en diepvriezers te hebben gevuld? Omdat het Amerikaanse elektriciteitsnet op scrambling werkt, geen reserves, het is opgezet voor problemen. Kijk op de volgende pagina wat we bedoelen.

Inhoud

Belang van energieopslag in het elektriciteitsnet op gewone dagen
Belang van energieopslag op het net op buitengewone dagen
Soorten energieopslag in het elektriciteitsnet:gepompt hydro-elektrisch
Soorten energieopslag in het elektriciteitsnet:wielen, Platen en lussen
Soorten energieopslag in het elektriciteitsnet:cellen
Economie van netenergieopslag

Belang van energieopslag in het elektriciteitsnet op gewone dagen

Op een gewone dag, elektriciteitsbedrijven plannen hoeveel elektriciteit ze de volgende dag willen opwekken. Ze proberen te voorspellen wat klanten zullen doen, voornamelijk door historische gebruiksgegevens op dezelfde dag van het voorgaande jaar te lezen. Dan passen ze die cijfers aan op de actuele weersvoorspelling voor de volgende dag.

"Het is onmogelijk om precies te voorspellen wat de vraag naar stroom op een bepaald moment zal zijn, " zegt John Boyes, die het Energy Storage Program bij Sandia National Laboratories beheert. Dit scenario stelt nutsbedrijven in om meer of minder elektriciteit te produceren dan klanten gebruiken. De mismatch stuurt rimpelingen door het raster, inclusief variaties in AC-frequentie, die, indien niet gecontroleerd, elektronica kan beschadigen. Regionale elektriciteitsbeheerders, of onafhankelijke systeembeheerders (ISO's), duik erin en probeer de kloof te dichten door enkele energiecentrales te vragen hoeveel elektriciteit ze produceren te veranderen. Maar kerncentrales en fossiele brandstoffen kunnen dat niet snel. Hun traagheid verergert de mismatch tussen vraag en aanbod van elektriciteit.

Nutsvoorzieningen, bedenk wat er gebeurt op een zinderende dag in Los Angeles wanneer mensen in de hele stad hun airconditioners aan het draaien zijn. Dit zijn piekvraag voorwaarden, wanneer de meeste klanten de meeste elektriciteit verbruiken, dat gebeurt voor een paar uur op vijf tot tien dagen per jaar. Op deze dagen, faciliteiten bekend als piekplanten in actie worden geroepen. Deze dure fossiele brandstofcentrales staan het hele jaar stil en kunnen meer luchtvervuiling uitstoten dan een grote kolencentrale. "We zouden het niet graag doen in een [smoggy] stad als Los Angeles, maar we doen het toch ", zegt Imre Gyuk. Als de peakerplanten tekort schieten, nutsbedrijven betalen grote klanten zoals aluminiumsmelterijen om minder elektriciteit te gebruiken. "Als niets werkt, je hebt brownouts en uitvallen, ' zegt Gyuk.

In de tussentijd, oude onderstations raken overbelast. Ze voeren meer stroom dan ze moeten verwerken, en de metalen constructies worden warm. "Dat is geen aanbevolen oefening, ' zegt Boyes.

Als het elektriciteitsnet gestrest klinkt, je hebt nog niets gezien. Lees verder.

Belang van energieopslag op het net op buitengewone dagen

Misschien is het geen gewone dag. Misschien valt een boom op een hoogspanningslijn of slaat de bliksem in. Deze verstoringen zullen de lijnspanning van het beoogde bedrag afstoten. Spanningsvariaties resetten computers. Nu knippert je wekker 12:00 uur. Of erger nog:"Voor alle geautomatiseerde productieprocessen, als de computer reset, het sluit het proces af. Als u een kunststoffabrikant bent, en uw machines koelen af, plastic stolt in uw machines, ' zegt Boyes.

En wat als de gebeurtenissen van een dag de inspanningen van de nutsbedrijven om te compenseren overtreffen? Ja, je raadt het al - je hebt te maken met een black-out. Het gebeurde zeker in het noordoosten in 2003.

Met het rooster al klauteren, het is moeilijk voor te stellen meer hernieuwbare energiebronnen toe te voegen, zoals wind- en zonne-energie, omdat het intermitterende energiebronnen zijn. We weten dat klanten onvoorspelbaar zijn, maar nu, zo ook de elektriciteit. Als de wind onverwachts gaat liggen, een windpark kan 1 verliezen 000 megawatt in minuten en moet dan snel elektriciteit kopen en importeren voor zijn klanten.

Het alternatief is dan om een fossiele-brandstofcentrale in peaker-stijl te gebruiken, maar dat voegt luchtvervuiling toe aan schone elektriciteit. Of de natuur kan heersen. Op windparken in Texas, de wind waait bijna uitsluitend 's nachts terwijl de vraag laag is, en de prijs van elektriciteit wordt negatief. "Dat betekent dat je het net moet betalen om er elektriciteit op te zetten, " zegt Gyuk. "Ik sprak met iemand die de hele nacht zijn airconditioning laat draaien om het huis te koelen omdat hij het gratis krijgt. Dan sluit hij de ramen."

Volgens Gyuk, deze problemen zullen verergeren naarmate we meer elektronica en meer elektriciteit gebruiken. Dus wat zou het antwoord op deze problemen kunnen zijn? Opslag van energie in het net.

Voordat we in het onderwerp duiken, het is belangrijk om te begrijpen wat het betekent om energie op te slaan. De taak van het net is om elke klant elektriciteit te leveren op 120 volt en 60 hertz. Dit wordt bereikt door het toevoegen of verwijderen van stroom van het net. Een opslagapparaat helpt door stroom toe te voegen of te verwijderen precies wanneer dat nodig is.

Lees verder om te zien hoe energieopslag het net kan versterken.

Soorten energieopslag in het elektriciteitsnet:gepompt hydro-elektrisch

gepompt hydro-elektrisch stations gebruiken vallend water om elektriciteit te maken. Een voorbeeld hiervan is te zien bij Raccoon Mountain in Tennessee. Aan de voet van de berg, de Tennessee Valley Authority (TVA) heeft een meer gemaakt door een deel van de Tennessee River over te hevelen.

Als klanten niet veel stroom verbruiken, TVA leidt elektriciteit van andere elektriciteitscentrales naar een elektriciteitscentrale in de berg. De elektriciteit draait de turbines van het huis achteruit, meerwater door een tunnel in de berg naar de top duwen. Na 28 uur, het bovenste bassin is vol. Om elektriciteit te maken, TVA opent een afvoer in het bovenste bassin. Water valt dwars door het midden van de berg en laat de turbines naar voren draaien, elektriciteit opwekken. Het valt 22 uur, gestaag output 1, 600 megawatt elektriciteit, overeenkomend met de output van een grote kolencentrale. TVA voegt deze elektriciteit toe aan de bijdrage van zijn andere centrales op dagen met grote vraag [bron:TVA].

Gepompte waterkrachtcentrales zijn wereldwijd actief, output tussen 200 megawatt en 2, 000 megawatt aan stroom op piekdagen [bron:Cole]. Ze stoten geen luchtvervuiling uit, en eenmaal opgeladen, zijn binnen 15 minuten online, sneller en groener dan een peaker plant. Het enige probleem is dat "we bijna geen goede sites meer hebben, ' zegt Gyuk.

Perslucht energieopslag ( CAES ) is opslag voor aardgascentrales. Normaal gesproken, deze planten verbranden aardgas om lucht te verwarmen, die een turbine in een generator duwt. Wanneer aardgascentrales zich in de buurt van een ondergronds gat bevinden, als een grot of een oude mijn, ze kunnen CAES gebruiken. Op rustige dagen, de plant kan elektriciteit maken om een compressor te laten werken die buitenlucht comprimeert en in het gat onder de grond duwt. Op dagen dat klanten maximale stroom nodig hebben, de krachtcentrale kan de samengeperste lucht tegen de turbine laten stromen, het duwen, samen met de normale verwarmde lucht. Deze perslucht kan urenlang helpen, gestaag 25 megawatt toevoegen aan 2, 700 megawatt aan elektriciteit naar de output van de fabriek op piekdagen [bron:Cole].

Blijf lezen om te ontdekken waar we nog meer energie op het net kunnen opslaan.

Pomp het

Opslagapparaten maken en gebruiken slim stroom -- voor een proces dat kan worden omgekeerd om de stroom terug te geven. Bijvoorbeeld, gepompte hydro-elektrische opslag gebruikt stroom om water naar een hoogte te pompen. Als we de stroom terug nodig hebben, we laten het water op het aandrijfsysteem van een generator vallen. Waar is energie op deze foto? Het is er de hele tijd, worden overgedragen als geld tussen bankrekeningen. De energie begint als elektrische energie in het net, verandert in gravitatie potentiële energie wanneer het water hoog is, en als water valt om de generator aan te drijven, het wordt weer elektrische energie in het net.

Zoek naar omkeringen en energieoverdracht in elke opslagmethode die we in dit artikel beschrijven.

Lees verder

Soorten energieopslag in het elektriciteitsnet:wielen, Platen en lussen

Nu is het tijd om te kijken naar opslag die een grote uitbarsting van grote elektriciteit of minder voor langere tijd levert. Deze systemen kunnen niet de hele dag stroom naar klanten sturen, zoals gepompte hydro-elektrische en CAES kan.

vliegwielen energie opslaan door te draaien. De snelste bestaan uit een motor, een zwevende magneet, een vacuüm om wrijving te verminderen en een schaal voor veiligheid. Wanneer er extra elektriciteit beschikbaar is op het net, het kan de motor laten draaien, die de magneet laat draaien. Wanneer elektriciteit nodig is, de vliegwielen kunnen het in minuten tot uren ronddraaien, zoals de situatie vereist.

Op het elektriciteitsnet, vliegwielen maken controllers van goede kwaliteit. Ze zijn goed in het stabiliseren van de frequentie, die, zoals we hebben vermeld, schommelt tegenwoordig boven en onder 60 hertz in de VS. Het piekt wanneer nutsbedrijven meer elektriciteit produceren dan klanten gebruiken en daalt wanneer nutsbedrijven minder produceren. Vliegwielen veranderen de situatie omdat ISO's ze direct kunnen besturen - uiteindelijk, ze zullen automatisch zijn -- zodat niemand Jane bij energiecentrale A hoeft te bellen en te wachten tot ze de generatie verhoogt of verlaagt om het frequentieprobleem te verhelpen. Met snelle reactie, de frequentie kan worden genivelleerd voordat de klant het voelt. In feite, verschillende Amerikaanse I.S.O.'s testen vliegwielkussens [bron:Beacon Power 1, Baken Vermogen 2, Bakenvermogen 3].

Een ander gebruik voor vliegwielen is het stabiliseren van de spanning op het net. Wat zou de spanning op die stevige hoogspanningslijnen kunnen veranderen? Probeer domino-effecten van stroomuitval, omgevallen bomen en elektrische treinen. Wanneer metro- of lightrailtreinen remmen, ze wekken elektriciteit op, het verhogen van de spanning en het lokaal maken van een stroomstoot. Als treinen het station uit rijden, ze trekken stroom, waardoor de spanningsdip en het zuigen van stroom van elders. Vliegwielen kunnen de stroom absorberen en afgeven, de rest van het net ongemoeid laten. In feite, ze zijn getest in de metro's van New York City [bron:Kennedy].

Vliegwielen zijn ook geweldig voor windparken, waar ze tijdens windstoten extra elektriciteit kunnen opwekken en uitspugen tijdens die-downs, zodat klanten geen last hebben van de schommelingen.

Supercondensatoren , zelfs sneller dan vliegwielen, energie opslaan door ladingen te scheiden. Ze zijn "super" omdat ze meer energie opslaan dan traditionele condensatoren, maar ze werken op dezelfde manier. Als er extra elektriciteit is, het kan worden gebruikt om ladingen van sommige metalen platen naar andere te duwen, waardoor sommige positief en andere negatief geladen zijn. Wanneer elektriciteit nodig is, de platen neutraliseren, en ladingsstromen, stroom maken. In Madrid, Peking en andere steden, kasten vol supercondensatoren bufferen elektrische treinen [bron:Siemens].

Supergeleidende magnetische energieopslag, of MKB, is een andere manier om spanningsdips en pieken op het net weg te werken. Tijdens pieken, draadlussen nemen extra stroom op, en tijdens dips, de lussen brengen de stroom terug naar het net. Omdat de draad bijna geen weerstand heeft, het slaat stroom op met bijna geen verlies.

De volgende:energieopslagsystemen die velen van ons dagelijks gebruiken:batterijen.