Ելնելով էներգիայի պահպանման տարբեր ձևերից՝էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիաներկարելի է բաժանել հինգ կատեգորիաների՝ մեխանիկական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա, էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա, էլեկտրական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա, քիմիական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա և ջերմային էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա:
◇Էլեկտրական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա
◇Քիմիական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա
◇Ջերմային պահպանման տեխնոլոգիա
Մեխանիկական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա
Ինչպես հայտնի է, բնության մեջ գոյություն ունեն կինետիկ և պոտենցիալ էներգիայի տարբեր ձևեր, ինչպիսիք են հոսող ջուրը, բնական քամին, մակընթացությունները և ալիքները; մարդկային գործունեությունը նաև մեծ քանակությամբ կինետիկ և պոտենցիալ էներգիա է առաջացնում, ինչպիսիք են մարդկանց, տրանսպորտային միջոցների, նավերի և հեղուկների տեղափոխումը: Այս բոլոր էներգիաները, և՛ բնության մեջ, և՛ մարդու գործունեության արդյունքում առաջացած էներգիաները վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներ են: Մեխանիկական էներգիան կինետիկ և պոտենցիալ էներգիայի գումարն է, ֆիզիկական մեծություն, որը ներկայացնում է օբյեկտի շարժման վիճակը և բարձրությունը։ Օբյեկտի կինետիկ և պոտենցիալ էներգիան կարող են փոխակերպվել միմյանց. Կինետիկ և պոտենցիալ էներգիայի փոխադարձ փոխակերպման գործընթացում մեխանիկական էներգիայի ընդհանուր քանակը մնում է հաստատուն, այսինքն՝ պահպանվում է մեխանիկական էներգիան։
Մեխանիկական էներգիայի կուտակումը տեխնոլոգիա է, որը էներգիան վերածում է մեխանիկական էներգիայի՝ պահեստավորման համար և այնուհետև այն նորից վերածում էլեկտրական էներգիայի, երբ անհրաժեշտ է: Մեխանիկական էներգիայի պահպանման ընդհանուր մեթոդները ներառում են պոմպային հիդրո պահեստավորում, սեղմված օդի պահեստավորում և թռչող անիվի էներգիայի պահեստավորում: Մեխանիկական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիաները, որպես կանոն, ունեն էներգիայի բարձր խտություն, արագ արձագանքման հնարավորություններ և երկար սպասարկման ժամկետ, ինչը դրանք դարձնում է հարմար ցանցի կարգավորման և վթարային էլեկտրամատակարարման համար: Դրանց պահեստավորման ժամանակը և մասշտաբները տարբերվում են՝ կախված կոնկրետ տեխնոլոգիայից, տատանվում են րոպեներից մինչև օրեր և կարող են բավարարել էներգիայի պահպանման տարատեսակ կարիքները:
Պոմպային հիդրո պահեստ.
Պոմպային հիդրո պահեստը ներկայումս ամենաշատ օգտագործվող մեծ-էներգակիրների պահպանման տեխնոլոգիան է: Այն օգտագործում է էլեկտրաէներգիա՝ ջուրը ցածր-մակարդակի ջրամբարից բարձր-մակարդակի ջրամբար մղելու համար՝ կուտակելով դրա պոտենցիալ էներգիան: Էլեկտրաէներգիայի պահանջարկի գագաթնակետին ժամանակաշրջանում ջուրը թողարկվում է տուրբինների միջոցով էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Այս մեթոդն ունի փոխակերպման համեմատաբար բարձր արդյունավետություն (սովորաբար 70%-85%), հարմար է էլեկտրացանցում գագաթնակետային-հովտային տարբերությունները կարգավորելու համար և առաջարկում է պահեստավորման մեծ հզորություն և կայուն աշխատանք:
Պոմպային հիդրո պահեստը հաճախ օգտագործվում է վերականգնվող էներգիայի ցանցերի ինտեգրմանը աջակցելու, առաջարկի և պահանջարկի տատանումները հավասարակշռելու համար և ունի պահեստավորման երկար տևողություն և հզոր պահուստային հզորություն: Դրա սկզբունքը ներկայացված է Նկար 1-1-ում:
Սեղմված օդի էներգիայի պահպանում.
Սեղմված օդի էներգիայի պահեստավորումը ներառում է օդի սեղմումը էլեկտրական շարժիչ կոմպրեսորի միջոցով և այն ստորգետնյա քարանձավներում, տանկերում կամ ճնշման անոթներում պահելը: Երբ էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը մեծանում է, կուտակված սեղմված օդը բաց է թողնվում, տաքացվում և օգտագործվում է էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար տուրբին վարելու համար: Սեղմված օդի էներգիայի պահեստավորումը սովորաբար առաջարկում է մեծ-մասշտաբային, երկարաժամկետ- էներգիայի պահպանման հնարավորություններ, որոնց արդյունավետությունը սովորաբար տատանվում է 50% -ից մինչև 70%: Այս արդյունավետությունը կարող է հետագայում բարելավվել, երբ համակցված են ջերմության վերականգնման տեխնոլոգիաների հետ: Այն հարմար է մեծ-վերականգնվող էներգիայի էլեկտրակայանների հետ ինտեգրվելու համար` բարելավելու ցանցի ճկունությունն ու կայունությունը:
Թռիչքի էներգիայի պահեստավորում.
Flywheel էներգիայի պահեստավորումը օգտագործում է շարժիչ, որը բարձր արագությամբ քշում է թռչող անիվը՝ փոխակերպելով էլեկտրական էներգիան կինետիկ էներգիայի պահեստավորման համար: Անհրաժեշտության դեպքում թռչող անիվը օգտագործում է գեներատոր՝ կինետիկ էներգիան նորից էլեկտրական էներգիայի վերածելու համար: Flywheel էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիան հայտնի է իր չափազանց արագ արձագանքման արագությամբ (սովորաբար միլիվայրկյանների միջակայքում) և բարձր ցիկլի կյանքով (մինչև հարյուր հազարավոր ցիկլեր), ինչը հարմար է դարձնում այն կարճաժամկետ-, բարձր{3} էներգիայի պահպանման սցենարների համար, ինչպիսիք են ցանցի հաճախականության կարգավորումը և անխափան սնուցման աղբյուրները (UPS): Ճանապարհի էներգիայի պահեստավորումը սովորաբար ունի փոխակերպման բարձր արդյունավետություն՝ հասնելով 85%-95%, բայց դրա պահպանման ժամանակը համեմատաբար կարճ է, սովորաբար օգտագործվում է հոսանքի կարճատև-տատանումները հավասարակշռելու համար: Նկար 1-2-ը ցույց է տալիս թռչող անիվի էներգիայի պահպանման էներգահամակարգի սխեմատիկ դիագրամը:
Էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա
Էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահեստավորումը տեխնոլոգիա է, որը էլեկտրական էներգիան փոխակերպում է քիմիական էներգիայի՝ էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների միջոցով՝ պահեստավորելով այն և անհրաժեշտության դեպքում այն նորից վերածելով էլեկտրական էներգիայի: Դրա միջուկը էներգիայի կուտակումն ու ազատումն է մարտկոցների լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացի միջոցով: Էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիան ունի այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են արագ արձագանքման արագությունը, բարձր արդյունավետությունը, ճկուն տեղադրումը և մոդուլային դիզայնը, ինչը հարմար է այն սցենարների համար, ինչպիսիք են վերականգնվող էներգիայի ցանցը-միացված հաճախականության կարգավորումը, գագաթնակետին-հովտային կարգավորումը և վթարային էլեկտրամատակարարումը: Ներկայումս էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման հիմնական տեխնոլոգիաները ներառում են կապարի-թթվային մարտկոցներ, նիկել-մետաղահիդրիդային մարտկոցներ, լիթիում-իոնային մարտկոցներ, նատրիումի-իոնային մարտկոցներ և հոսքային մարտկոցներ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր եզակի արդյունավետությունը, կիրառման սցենարները և զարգացման ներուժը: Վերականգնվող էներգիայի աճող մասնաբաժնի պայմաններում էլեկտրաքիմիական էներգիայի կուտակումը վճռորոշ դեր է խաղում գլոբալ էներգիայի կառուցվածքի փոխակերպման մեջ և կարևոր երաշխիք է մաքուր, ցածր ածխածնային և անվտանգ էներգիայի համակարգ ձեռք բերելու համար:
Կապարի-թթվային մարտկոցներ.
Կապարի-թթվային մարտկոցները վաղուց հաստատված և լայնորեն օգտագործվող էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա են: Դրանց սկզբունքը ներառում է կապարի և դրա օքսիդների օգտագործումը որպես դրական և բացասական էլեկտրոդների նյութեր, իսկ ծծմբաթթվի ջրային լուծույթը որպես էլեկտրոլիտ՝ էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի միջոցով լիցքավորելու և լիցքաթափելու համար: Կապարի-թթվային մարտկոցներն ունեն այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են արտադրության ցածր արժեքը, հասուն տեխնոլոգիան, բարձր հուսալիությունը և գերլիցքավորման և լիցքաթափման նկատմամբ ուժեղ դիմադրությունը, և լայնորեն օգտագործվում են ավտոմոբիլների մեկնարկային մարտկոցներում, պահեստային սնուցման աղբյուրներում և էներգիայի պահպանման համակարգերում: Այնուամենայնիվ, կապարի-թթվային մարտկոցներն ունեն ցածր էներգիայի խտություն, սահմանափակ ցիկլային կյանք և պարունակում են թունավոր կապար, որը կարող է աղտոտել շրջակա միջավայրը, եթե ոչ պատշաճ կերպով հեռացվի: Չնայած դրան, կապարի-թթվային մարտկոցները դեռևս զգալի դիրք են զբաղեցնում որոշ ոլորտներում, հատկապես ծախսային{10}}զգայուն հավելվածներում: Հետագայում կապարի{12}}թթվային մարտկոցների էկոլոգիապես մաքուր վերամշակումը և արդյունավետության բարելավումը այս տեխնոլոգիայի զարգացման հիմնական ուղղությունները կլինեն։
Նիկել-Մետաղական հիդրիդ (NiMH) մարտկոցներ.
NiMH մարտկոցները էներգիայի պահպանման էլեկտրաքիմիական տեխնոլոգիա են, որն օգտագործում է նիկելի հիդրօքսիդը որպես դրական էլեկտրոդ և նիկելի հիդրիդը՝ որպես բացասական էլեկտրոդ: Նրանք առաջարկում են առավելություններ, ինչպիսիք են էներգիայի բարձր խտությունը, շրջակա միջավայրի բարեկեցությունը և երկար ցիկլի կյանքը: Համեմատած ավանդական մարտկոցների՝ NiMH մարտկոցները չունեն կադմիումի և մոլիբդենի հետ կապված քիմիական վտանգներ՝ դրանք դարձնելով ավելի էկոլոգիապես մաքուր: Ուստի դրանք լայնորեն կիրառվում են էլեկտրական գործիքների, հիբրիդային մեքենաների և շարժական էլեկտրոնային սարքերի մեջ։ Նրանք նաև ունեն լիցքավորման-լիցքավորման բարձր արդյունավետություն և կարող են կայուն գործել տարբեր միջավայրերում: Նիկելային մարտկոցների հիմնական բնութագիրը նրանց ուժեղ գերլիցքավորման և լիցքաթափման հանդուրժողականությունն է, ինչը նրանց դարձնում է գերազանց հաճախակի լիցքավորում և լիցքաթափում պահանջող կիրառություններում: Թեև վերջին տարիներին լիթիում{8}}իոնային մարտկոցների աճը հանգեցրել է NiMH մարտկոցների շուկայական մասնաբաժնի նվազմանը, դրանք դեռևս պահպանում են իրենց տեղը հատուկ կիրառական ոլորտներում:
Լիթիում-իոնային մարտկոցներ.
Լիթիում-իոնային մարտկոցները էներգիայի պահպանման էլեկտրաքիմիական տեխնոլոգիա են, որը լիցքավորում և լիցքավորում է ապահովում դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև լիթիումի իոնների տեղադրման և արդյունահանման միջոցով: Լիթիումի թեթև քաշը և էներգիայի բարձր խտությունը հանգեցրել են լիթիումի-իոնային մարտկոցների լայն տարածմանը դյուրակիր էլեկտրոնային սարքերում, էլեկտրական մեքենաներում և վերականգնվող էներգիայի պահեստավորման մեջ: Լիթիում{4}}իոնային մարտկոցներն առաջարկում են այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են երկար ցիկլի կյանքը և հիշողության էֆեկտ չունենալը, սակայն դրանք նաև ունեն անվտանգության որոշակի խնդիրներ, ինչպիսիք են ջերմային արտահոսքը, որը առաջանում է գերլիցքավորման և{5}}շատ լիցքաթափման հետևանքով: Տեխնոլոգիական առաջընթացի շնորհիվ լիթիումային-իոնային մարտկոցների անվտանգությունն ու էլեկտրաքիմիական աշխատանքը շարունակաբար բարելավվել են, մինչդեռ ծախսերը նվազել են՝ դրանք դարձնելով այսօր շուկայում ամենաշատ օգտագործվող էներգիայի պահպանման մարտկոցներից մեկը: Ակնկալվում է, որ ապագայում այնպիսի տեխնոլոգիաների զարգացումը, ինչպիսիք են պինդ-էլեկտրոլիտները և սիլիցիումի-հիմնված անոդները, հետագայում կբարելավեն լիթիումային-իոնային մարտկոցների էլեկտրաքիմիական աշխատանքը և անվտանգությունը։
Նատրիումի-իոնային մարտկոցներ.
Նատրիումի-իոնային մարտկոցները վերջին տարիներին արագ զարգացող էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման նոր տեխնոլոգիա են: Դրանց աշխատանքի սկզբունքը նման է լիթիումի-իոնային մարտկոցների, որտեղ լիթիումի իոնները փոխկապակցվում են և անջատվում դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև լիցքավորման և լիցքաթափման համար: Նատրիումի-իոնային մարտկոցների առավելությունները կայանում են նրանում, որ նատրիումի ռեսուրսների առատությունն ու ցածր արժեքը, ինչպես նաև լիթիումի ռեսուրսների սահմանափակումներից դրանց անկախությունը, ինչը հատկապես հարմար է-էներգապահովման մեծածավալ ծրագրերի համար: Թեև դրանց էներգիայի խտությունը ավելի ցածր է, քան լիթիումի-իոնային մարտկոցները, նատրիումի-իոնային մարտկոցները լավ կատարում են ցիկլի կայունության, ցածր-ջերմաստիճանի աշխատանքի և անվտանգության առումով, ինչը մեծ խոստումնալից է ապագա զարգացման համար: Ներկայումս նատրիումի{11}}իոնային մարտկոցների վերաբերյալ հետազոտությունները կենտրոնանում են էներգիայի խտության բարելավման, ցիկլի ժամկետի երկարացման և արտադրության ծախսերի կրճատման վրա: Շարունակական տեխնոլոգիական առաջընթացի շնորհիվ նատրիումի-իոնային մարտկոցները ապագայում կդառնան էներգիայի մեծածավալ պահեստավորման կարևոր լուծումներից մեկը։
Հոսքի մարտկոց.
Հոսքի մարտկոցները էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա են, որտեղ էլեկտրոլիտը պահվում է արտաքին տանկի մեջ: Դրանց սկզբունքը ներառում է էներգիայի պահեստավորում և ազատում մարտկոցի մեջ երկու տարբեր էլեկտրոլիտների միջև էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների միջոցով: Հոսքի մարտկոցների էական բնութագիրը նրանց ինքնուրույն կարգավորվող էներգիան և հզորությունն է. պահեստավորման հզորությունը կարող է ընդլայնվել՝ ավելացնելով կուտակված էլեկտրոլիտի քանակը՝ դրանք հատկապես հարմարեցնելով մեծ-մասշտաբային, երկարաժամկետ-էներգիայի պահպանման ծրագրերի համար: Հոսքային մարտկոցների ընդհանուր տեսակները ներառում են վանադիումի ռեդոքս հոսքի մարտկոցներ և ցինկ/բրոմ հոսքային մարտկոցներ: Հոսքային մարտկոցներն առաջարկում են երկար կյանք, լավ անվտանգություն և շրջակա միջավայրի բարեկեցություն, սակայն դրանց սկզբնական ներդրումները մեծ են, իսկ մարտկոցների համակարգը՝ բարդ: Տեխնոլոգիական առաջընթացի հետ մեկտեղ, հոսքային մարտկոցների ներուժը մեծ-էներգիայի պահեստավորման մեջ աստիճանաբար ի հայտ է գալիս, հատկապես վերականգնվող էներգիայի ցանցերի ինտեգրման և ցանցի կարգավորման ծրագրերում: