A partir de les diferents formes d'emmagatzematge d'energia,tecnologies d'emmagatzematge d'energiaes poden dividir en cinc categories: tecnologia d'emmagatzematge d'energia mecànica, tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica, tecnologia d'emmagatzematge d'energia elèctrica, tecnologia d'emmagatzematge d'energia química i tecnologia d'emmagatzematge d'energia tèrmica.
◇Tecnologia d'emmagatzematge d'energia elèctrica
◇Tecnologia d'emmagatzematge d'energia química
◇Tecnologia d'emmagatzematge tèrmic
Tecnologia d'emmagatzematge d'energia mecànica
Com és ben sabut, a la natura existeixen diverses formes d'energia cinètica i potencial, com ara aigua corrent, vent natural, marees i onades; Les activitats humanes també generen una gran quantitat d'energia cinètica i potencial, com ara el moviment de persones, vehicles, vaixells i fluids. Totes aquestes energies, tant les generades a la natura com les generades per les activitats humanes, són fonts d'energia renovables. L'energia mecànica és la suma de l'energia cinètica i potencial, una magnitud física que representa l'estat de moviment i l'altitud d'un objecte. L'energia cinètica i potencial d'un objecte es poden convertir l'una en l'altra; en el procés de conversió mútua entre energia cinètica i potencial, la quantitat total d'energia mecànica es manté constant, és a dir, es conserva l'energia mecànica.
L'emmagatzematge d'energia mecànica és una tecnologia que converteix l'energia en energia mecànica per a l'emmagatzematge i després la torna a convertir en energia elèctrica quan es necessita. Els mètodes comuns d'emmagatzematge d'energia mecànica inclouen l'emmagatzematge hidràulic bombat, l'emmagatzematge d'aire comprimit i l'emmagatzematge d'energia del volant. Les tecnologies d'emmagatzematge d'energia mecànica solen tenir una alta densitat de potència, capacitats de resposta ràpida i una llarga vida útil, cosa que les fa adequades per a la regulació de la xarxa i el subministrament d'energia d'emergència. El seu temps i escala d'emmagatzematge varien en funció de la tecnologia específica, que van des de minuts fins a dies, i poden satisfer diverses necessitats d'emmagatzematge d'energia.
Emmagatzematge hidràulic per bomba:
L'emmagatzematge hidràulic per bomba és actualment la tecnologia d'emmagatzematge d'energia a gran-escala més utilitzada. Utilitza electricitat per bombejar aigua des d'un dipòsit de baix-nivell a un dipòsit de nivell-alt, emmagatzemant la seva energia potencial. Durant els períodes punta de demanda d'electricitat, l'aigua s'allibera per generar electricitat a través de turbines. Aquest mètode té una eficiència de conversió relativament alta (normalment del 70% al 85%), és adequat per regular les diferències de pic-vall a la xarxa elèctrica i ofereix una gran capacitat d'emmagatzematge i un funcionament estable.
L'emmagatzematge hidroelèctric per bombeig s'utilitza sovint per donar suport a la integració de la xarxa d'energia renovable, equilibrar les fluctuacions de l'oferta i la demanda, i posseeix una llarga durada d'emmagatzematge i una gran capacitat de reserva. El seu principi es mostra a la figura 1-1.
Emmagatzematge d'energia d'aire comprimit:
L'emmagatzematge d'energia d'aire comprimit implica comprimir l'aire mitjançant un compressor d'accionament elèctric i emmagatzemar-lo en cavernes subterrànies, dipòsits o recipients a pressió. Quan augmenta la demanda d'electricitat, l'aire comprimit emmagatzemat s'allibera, s'escalfa i s'utilitza per accionar una turbina per generar electricitat. L'emmagatzematge d'energia d'aire comprimit sol oferir capacitats d'emmagatzematge d'energia a gran-escala-a llarg termini, amb eficiència generalment entre el 50% i el 70%. Aquestes eficiències es poden millorar encara més quan es combinen amb tecnologies de recuperació de calor. És adequat per a la integració amb centrals elèctriques d'energia renovable a gran-escala per millorar la flexibilitat i l'estabilitat de la xarxa.
Emmagatzematge d'energia del volant:
L'emmagatzematge d'energia del volant utilitza un motor per conduir un volant a gran velocitat, convertint l'energia elèctrica en energia cinètica per a l'emmagatzematge. Quan cal, el volant utilitza un generador per convertir l'energia cinètica de nou en energia elèctrica. La tecnologia d'emmagatzematge d'energia del volant d'inercia és coneguda per la seva velocitat de resposta extremadament ràpida (normalment en el rang de mil·lisegons) i la seva gran vida útil (fins a centenars de milers de cicles), la qual cosa la fa apta per a escenaris d'emmagatzematge d'energia d'alta-potència i a curt termini, com ara la regulació de la freqüència de la xarxa i les fonts d'alimentació ininterrompuda (UPS). L'emmagatzematge d'energia del volant té normalment una alta eficiència de conversió, que arriba al 85%-95%, però el seu temps d'emmagatzematge és relativament curt, normalment s'utilitza per equilibrar les fluctuacions de potència a curt termini-. La figura 1-2 mostra el diagrama esquemàtic d'un sistema d'energia d'emmagatzematge d'energia del volant.
Tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica
L'emmagatzematge d'energia electroquímica és una tecnologia que converteix l'energia elèctrica en energia química mitjançant reaccions electroquímiques, l'emmagatzema i després torna a convertir-la en energia elèctrica quan cal. El seu nucli és l'emmagatzematge i l'alliberament d'energia mitjançant el procés de càrrega i descàrrega de les bateries. La tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica té avantatges com ara la velocitat de resposta ràpida, l'alta eficiència, la instal·lació flexible i el disseny modular, la qual cosa la fa adequada per a escenaris com ara la regulació de freqüència connectada a la xarxa d'energia renovable-, la regulació de pic-vall i la font d'alimentació d'emergència. Actualment, les principals tecnologies d'emmagatzematge d'energia electroquímica inclouen bateries de plom-àcid, bateries de níquel-hidrur metàl·lic, bateries d'ions-liti, bateries d'ions-sodi i bateries de flux, cadascuna amb el seu rendiment, escenaris d'aplicació i potencial de desenvolupament únics. Amb l'augment de la proporció d'energia renovable, l'emmagatzematge d'energia electroquímica juga un paper crucial en la transformació de l'estructura energètica global i és una garantia important per aconseguir un sistema energètic net, baix-de carboni i segur.
Bateries de plom-àcid:
Les bateries de plom-àcid són una tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica-consolidada i àmpliament utilitzada. El seu principi consisteix a utilitzar el plom i els seus òxids com a materials d'elèctrodes positius i negatius, i una solució aquosa d'àcid sulfúric com a electròlit, per carregar i descarregar mitjançant una reacció electroquímica. Les bateries de plom-àcid tenen avantatges com ara un baix cost de producció, una tecnologia madura, una gran fiabilitat i una gran resistència a la sobrecàrrega i la sobre-descàrrega, i s'utilitzen àmpliament en bateries d'arrencada d'automòbils, fonts d'alimentació de reserva i sistemes d'emmagatzematge d'energia. Tanmateix, les bateries de plom-àcid tenen una densitat d'energia baixa, una vida útil limitada i contenen plom tòxic, que pot contaminar el medi ambient si s'elimina de manera inadequada. Malgrat això, les bateries de plom-àcid encara ocupen una posició important en determinats camps, especialment en aplicacions sensibles-els costos. En el futur, el reciclatge respectuós amb el medi ambient i la millora del rendiment de les bateries de plom-àcid seran direccions clau per al desenvolupament d'aquesta tecnologia.
Bateries de níquel-hidrur metàl·lic (NiMH):
Les bateries NiMH són una tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica que utilitza hidròxid de níquel com a elèctrode positiu i hidrur de níquel com a elèctrode negatiu. Ofereixen avantatges com l'alta densitat d'energia, el respecte al medi ambient i la llarga vida útil. En comparació amb les bateries tradicionals, les bateries de NiMH no presenten els perills químics associats amb el cadmi i el molibdè, cosa que les fa més respectuoses amb el medi ambient. Per tant, s'utilitzen àmpliament en eines elèctriques, vehicles híbrids i dispositius electrònics portàtils. També tenen una alta eficiència de càrrega-descàrrega i poden funcionar de manera estable en diversos entorns. Una característica clau de les bateries de níquel és la seva forta sobrecàrrega i la seva tolerància a la sobre{6}}descàrrega, cosa que les fa excel·lents en aplicacions que requereixen càrrega i descàrrega freqüents. Tot i que l'augment de les bateries d'ions de liti-en els darrers anys ha provocat una disminució de la quota de mercat de les bateries de NiMH, encara mantenen un lloc en àrees d'aplicació específiques.
Bateries d'ió-liti:
Les bateries d'ions de liti- són una tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica que aconsegueix la càrrega i la descàrrega mitjançant la inserció i l'extracció d'ions de liti entre els elèctrodes positius i negatius. El pes lleuger i l'alta densitat d'energia del liti han donat lloc a l'aplicació generalitzada de bateries d'ions de liti-en dispositius electrònics portàtils, vehicles elèctrics i emmagatzematge d'energia renovable. Les bateries d'ions de liti-ofereixen avantatges com ara una llarga vida útil i sense efecte de memòria, però també tenen certs problemes de seguretat, com ara la fuga tèrmica causada per una sobrecàrrega i sobre-descàrrega. Amb els avenços tecnològics, la seguretat i el rendiment electroquímic de les bateries d'ions de liti-han millorat contínuament, mentre que els costos han disminuït, convertint-les en una de les bateries d'emmagatzematge d'energia més utilitzades del mercat actual. En el futur, s'espera que el desenvolupament de tecnologies com ara els electròlits d'estat sòlid-i els ànodes-de silici millorin encara més el rendiment electroquímic i la seguretat de les bateries d'ions de liti-.
Bateries-d'ions de sodi:
Les bateries d'ions de sodi-són una nova tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica en ràpid desenvolupament en els darrers anys. El seu principi de funcionament és similar al de les bateries d'ions de liti-, on els ions de liti s'intercalen i desintercalen entre els elèctrodes positius i negatius per carregar i descarregar. Els avantatges de les bateries d'ions de sodi-estan en l'abundància i el baix cost dels recursos de sodi i la seva independència de les limitacions dels recursos de liti, cosa que les fa especialment adequades per a aplicacions d'emmagatzematge d'energia a gran-escala. Tot i que la seva densitat d'energia és inferior a la de les bateries d'ions de liti-, les bateries d'ions de sodi-exhibeixen un bon rendiment en termes d'estabilitat del cicle, rendiment a baixa-temperatura i seguretat, la qual cosa és molt prometedora per al desenvolupament futur. Actualment, la investigació sobre les bateries-d'ions de sodi se centra a millorar la densitat d'energia, allargar la vida útil del cicle i reduir els costos de fabricació. Amb els continus avenços tecnològics, s'espera que les bateries-d'ions de sodi esdevinguin una de les solucions importants per a l'emmagatzematge d'energia-a gran escala en el futur.
Bateria de flux:
Les bateries de flux són una tecnologia d'emmagatzematge d'energia electroquímica on l'electròlit s'emmagatzema en un dipòsit extern. El seu principi implica l'emmagatzematge i l'alliberament d'energia mitjançant reaccions electroquímiques entre dos electròlits diferents dins de la bateria. Una característica important de les bateries de flux és la seva energia i potència ajustables de manera independent; la capacitat d'emmagatzematge es pot ampliar augmentant la quantitat d'electròlits emmagatzemats, fent-los especialment adequats per a aplicacions d'emmagatzematge d'energia a gran-escala-a llarg termini. Els tipus habituals de bateries de flux inclouen bateries de flux redox de vanadi i bateries de flux de zinc/brom. Les bateries de flux ofereixen una llarga vida útil, una bona seguretat i respectuoses amb el medi ambient, però la seva inversió inicial és elevada i el sistema de bateries és complex. Amb els avenços tecnològics, el potencial de les bateries de flux en l'emmagatzematge d'energia a gran-escala està emergint gradualment, especialment en les aplicacions d'integració de xarxes d'energia renovable i de regulació de la xarxa.