儲能：工業領域的不同技術概述

特别是在工業領域，存儲解決方案在歐洲能源和熱能轉型的背景下發揮着重要作用。常見流程和解決方案的概述。

現代儲能系統是成功實作能源轉型的關鍵技術，尤其是在能源密集型工業領域，該行業仍然在很大程度上依賴化石燃料。我們讨論了市場上有哪些類型的儲能系統以及它們适合哪些應用。此外，我們來看看不同技術的優缺點。

目錄

為什麼儲能很重要

不同類型的儲能解決方案

1.機械儲能

2.電化學儲能

3.熱能儲存

4.電能儲存

未來的儲能技術：為什麼儲能很重要

限制二氧化碳排放進而推動脫碳的必要性是毋庸置疑的。為了實作這一目标，天然氣、煤炭和石油等化石燃料必須被可再生能源所取代。然而，鑒于可再生能源的天氣、晝夜和季節相關波動，以及電氣化程序的推進對電力的需求不斷增加，電力系統必須變得更加靈活，以便能夠保證未來的系統和供應安全。儲能系統對于現代能源供應是必不可少的，因為它們會随着時間的推移将發電和消耗分離，進而實作靈活使用。這不僅使消費者受益，而且提高了電網的穩定性。

不同類型的儲能解決方案

有多種儲存能量的技術，它們的工作原理和儲存的能量形式都不同。雖然一些儲能系統已經成功使用多年，但其他儲能系統仍然是市場上的新系統。

1.機械儲能

機械儲能系統基于經典的牛頓力學。能量以動能或勢能的形式儲存，并以壓力能的形式儲存。最著名的機械儲能系統包括抽水蓄能發電廠、壓縮空氣儲能系統和飛輪。

1.1 抽水蓄能電站：水的力量

抽水蓄能電站特别适合大規模儲存電能。利用多餘的能量将水從下盆地泵送到較高盆地（上盆地）。根據這個原理，電能儲存在水的勢能（位置能）中。當需要時，水通過渦輪機釋放到下部盆地，并在發電機的幫助下轉換回電能。抽水蓄能電站的效率約為75%至80%。由于地理條件，這種形式的儲能在許多國家隻适合有限地大規模使用。

1.2 通過壓縮空氣蓄能器進行儲能

壓縮空氣存儲系統通過壓縮空氣來儲存能量。空氣在高壓下被封閉在合适的容器或地下儲罐中。儲存的機械能可以通過渦輪機釋放壓縮空氣，進而根據需要釋放，渦輪機用于驅動發電機。盡管壓縮空氣存儲系統的效率相對較低，但壓縮空氣存儲系統适用于存儲風力發電等可再生能源産生的電力。

1.3 通過飛輪進行能量存儲

在使用飛輪或飛輪大容量存儲裝置的情況下，多餘的電能以動能的形式存儲。為此，飛輪在電動馬達的幫助下運動。當要提取儲存的能量時，旋轉品質停止，旋轉能量由發電機回收。由于摩擦損失高，這種類型的存儲通常用作短期存儲，例如緩沖峰值負載。

2.電化學儲能

電化學儲能裝置以化學能的形式儲存能量。在放電過程中，後者被轉換回電能。電化學儲能系統包括電池和蓄電池。特别是在小存儲容量領域（例如汽車電池），電化學存儲長期以來一直很受歡迎。

2.1 電池

無法想象沒有電池的工業和私人家庭。根據其用途，在結構中使用不同的材料。例如，一次性電池通常比可充電電池更緊湊，能量密度更高。是以，前者用于醫療植入物或手表等。蓄能器用于工業領域。

2.2 蓄能器

蓄能器是一種廣泛使用的電化學儲能形式，有多種尺寸可供選擇。它們的主要優點是電池充電時發生的過程在很大程度上是可逆的。是以，發生的能量損失非常低，通常隻有百分之幾。自放電的程度因電池類型而異。然而，它通常被認為是相對溫和的。電池的能量密度明顯高于其他電容器。然而，與燃料的能量密度相比，它非常低——這使得設計長距離電動汽車相對困難。

3.熱能儲存

特别是在必要的熱轉換方面，熱能存儲解決方案越來越多地出現在公衆讨論中。潛力巨大，尤其是在工業領域。應用最廣泛的蓄熱系統包括顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和熱化學蓄熱。不同的工作原理因儲存時間、溫度和儲存原理而異。

3.1 敏感蓄熱

在敏感的儲能系統中，熱能是通過提高材料的溫度來儲存的。使用的儲存材料包括水、導熱油、混凝土、砂岩、磚塊或熔鹽。根據用于存儲的材料，存儲持續時間會發生變化。靈敏的熱存儲，例如ENERGYNEST的ThermalBattery™，被認為是最成熟和最具成本效益的熱能存儲方法。

3.2 潛熱儲存

在工業環境中很少使用的潛熱儲存系統中，熱能是借助相變材料（包括鹽或煤油）來儲存的。在相的變化過程中，例如從固體到液體，材料吸收能量，然後作為所謂的潛在能量保持在材料中。潛熱儲熱系統可以在較長的時間内儲存能量而不會造成重大損失。

3.3 熱化學品儲存

可逆氣固反應也用于熱化學儲熱系統。在這種情況下，能量作為吸熱反應的一部分被儲存起來，而不是溫度的升高。主要優點是存儲洩漏相對較低。

4.電能儲存

在能源和熱能轉型的背景下，來自可再生能源的電能至關重要。各種技術使得無需轉換即可将這種能量直接存儲在電能存儲系統中成為可能。然而，這在實踐中并不總是經濟上可行的。在電能存儲的背景下，電容器和超導電能存儲系統是有差別的。

4.1 電容器：電場中的能量存儲

電容器通常利用靜電力。電容器中的能量存儲基于保持存儲能量的電場。“關鍵優勢在于，通過這些類型的存儲，電能不必轉換為其他形式的能量，這樣可以避免高轉換損耗。然而，這種優勢被極低的能量密度（無論是在體積和重量方面）以及高成本的缺點所相對化。出于這個原因，它們的應用目前更多地出現在利基領域，“能源網絡和儲能研究中心（FENES）寫道。

4.2 超導磁儲能裝置

在另一種類型的電能存儲中，即所謂的超導磁能存儲，來自整流器的直流電流過由超導材料（如鐵、磷、镧或氧化合物）制成的線圈。這會産生一個磁場，能量被儲存在其中。

蓄電池加載後，電源中斷，并啟動由同樣超導材料制成的開關。該開關負責斷開線圈與逆變器的連接配接。然後将電路重新連接配接到逆變器以釋放存儲的能量。這樣，交流電就由直流電産生。

這種儲能系統産生直流電的效率約為97%。然而，需要考慮相當大的冷卻要求，這往往會阻礙該技術的經濟工業應用。