Skladování energie

admin 0 Comments Articles

Skladování energie

OutlineEdit

Následující seznam obsahuje různé typy skladování energie:

MechanickéEdit

Energii lze skladovat ve vodě čerpané do větší výšky pomocí přečerpávacích metod skladování nebo přemístěním pevné hmoty do vyšších poloh (gravitační baterie). Mezi další komerční mechanické metody patří stlačování vzduchu a setrvačníky, které přeměňují elektrickou energii na vnitřní energii nebo kinetickou energii a pak zase zpět, když je poptávka po elektrické energii špičková.

HydroelektřinaEdit

Hydroelektrické přehrady s nádržemi mohou být provozovány tak, aby dodávaly elektřinu v době špičkové poptávky. Voda je v nádrži skladována v období nízké poptávky a vypouštěna v době, kdy je poptávka vysoká. Čistý efekt je podobný jako u přečerpávacích elektráren, ale bez ztrát při čerpání.

Přestože vodní přehrada přímo neukládá energii z jiných výrobních jednotek, chová se ekvivalentně tím, že snižuje výkon v obdobích přebytku elektřiny z jiných zdrojů. V tomto režimu jsou přehrady jednou z nejúčinnějších forem skladování energie, protože se mění pouze načasování jejich výroby. Vodní turbíny mají dobu náběhu v řádu několika minut.

Přečerpávací vodníEdit

Výrobní komplex Sira Adama Becka u Niagarských vodopádů v Kanadě, jehož součástí je velká přečerpávací vodní nádrž, která zajišťuje dodatečných 174 MW elektřiny v obdobích špičkové poptávky.

Přečerpávací vodní elektrárny (PSH) jsou celosvětově nejkapacitnější dostupnou formou aktivního skladování energie v síti a podle údajů Electric Power Research Institute (EPRI) z března 2012 představují PSH více než 99 % celosvětové kapacity hromadného skladování energie, což představuje přibližně 127 000 MW. Energetická účinnost PSH se v praxi pohybuje mezi 70 a 80 %, přičemž se uvádí až 87 %.

V době nízké poptávky po elektřině se přebytečná výrobní kapacita využívá k čerpání vody z nižšího zdroje do vyšší nádrže. Když poptávka vzroste, voda se přes turbínu vypouští zpět do nižší nádrže (nebo vodního toku či vodní plochy) a vyrábí elektřinu. Reverzibilní sestavy turbogenerátorů fungují jako čerpadlo i turbína (obvykle se jedná o konstrukci Francisovy turbíny). Téměř všechna zařízení využívají výškový rozdíl mezi dvěma vodními plochami. Čistě přečerpávací elektrárny přesouvají vodu mezi nádržemi, zatímco přístup „pump-back“ je kombinací přečerpávacích elektráren a konvenčních vodních elektráren, které využívají přirozený průtok proudu.

Stlačený vzduchUpravit

Lokomotiva na stlačený vzduch, která se používala uvnitř dolu v letech 1928-1961.

Skladování energie stlačeným vzduchem (CAES) využívá přebytečnou energii ke stlačení vzduchu pro následnou výrobu elektřiny. Systémy v malém měřítku se již dlouho používají například pro pohon důlních lokomotiv. Stlačený vzduch je uložen v podzemní nádrži, například v solném dómu.

Zařízení na skladování energie ze stlačeného vzduchu (CAES) mohou překlenout rozdíl mezi nestálostí výroby a zatížením. Skladování CAES řeší energetické potřeby spotřebitelů tím, že účinně poskytuje snadno dostupnou energii k uspokojení poptávky. Obnovitelné zdroje energie, jako je větrná a solární energie, se liší. Takže v době, kdy poskytují málo energie, je třeba je doplnit jinými formami energie, aby byla uspokojena poptávka po energii. Zařízení na skladování energie se stlačeným vzduchem mohou v době nadvýroby energie přebírat přebytečný výkon obnovitelných zdrojů energie. Tuto uloženou energii lze využít později, když se zvýší poptávka po elektřině nebo se sníží dostupnost energetických zdrojů.

Stlačením vzduchu vzniká teplo; vzduch je po stlačení teplejší. Expanze vyžaduje teplo. Pokud se nepřidá žádné další teplo, bude vzduch po expanzi mnohem chladnější. Pokud lze teplo vzniklé při kompresi uložit a využít při expanzi, účinnost se výrazně zlepší. Systém CAES může s teplem nakládat třemi způsoby. Skladování vzduchu může být adiabatické, diabatické nebo izotermické. Jiný přístup využívá stlačený vzduch k pohonu vozidel.

SetrvačníkEdit

Hlavní součásti typického setrvačníku.

Setrvačník Flybrid Kinetic Energy Recovery System.

Flywheel energy storage (FES) funguje tak, že urychluje rotor (setrvačník) na velmi vysokou rychlost a uchovává energii ve formě rotační energie. Když se energie přidává, rychlost otáčení setrvačníku se zvyšuje, a když se energie odebírá, rychlost klesá v důsledku zachování energie.

Většina systémů FES využívá k urychlování a zpomalování setrvačníku elektrickou energii, ale uvažuje se i o zařízeních, která přímo využívají mechanickou energii.

Systémy FES mají rotory vyrobené z vysoce pevných kompozitů z uhlíkových vláken, zavěšené na magnetických ložiscích a otáčející se rychlostí od 20 000 do více než 50 000 otáček za minutu (rpm) ve vakuovém krytu. Takové setrvačníky mohou dosáhnout maximální rychlosti („nabití“) během několika minut. Setrvačníkový systém je připojen ke kombinovanému elektromotoru/generátoru.

Systémy FES mají relativně dlouhou životnost (trvající desítky let s minimální nebo žádnou údržbou; udávaná životnost setrvačníků v plném cyklu se pohybuje v rozmezí přes 105 až 107 cyklů použití), vysokou měrnou energii (100-130 W-h/kg nebo 360-500 kJ/kg) a hustotu výkonu.

Gravitační úprava pevné hmoty

Hlavní článek: Gravitační baterie

Změnou výšky pevných těles lze ukládat nebo uvolňovat energii prostřednictvím elevačního systému poháněného elektromotorem/generátorem. Studie naznačují, že energie se může začít uvolňovat již s jednosekundovým varováním, což z této metody činí užitečný doplňkový zdroj do elektrické sítě k vyrovnávání nárazového zatížení.

Účinnost může dosahovat až 85 % využití uložené energie.

Toho lze dosáhnout umístěním hmot uvnitř starých vertikálních důlních šachet nebo ve speciálně zkonstruovaných věžích, kde se těžká závaží vytahují nahoru, aby se energie uložila, a umožňuje se jim řízený sestup, aby se uvolnila. V roce 2020 se ve skotském Edinburghu staví prototyp vertikálního úložiště

Potenciální skladování energie neboli gravitační skladování energie bylo v roce 2013 aktivně vyvíjeno ve spolupráci s kalifornským nezávislým systémovým operátorem. Zkoumal se pohyb zeminou naplněných výsypných železničních vozů poháněných elektrickými lokomotivami z nižších do vyšších nadmořských výšek.

Mezi další navrhované metody patří např:-

• použití kolejnic a jeřábů k přesunu betonových závaží nahoru a dolů;
• využití výškových balónových plošin poháněných sluneční energií, které podporují navijáky ke zvedání a spouštění pevných hmot zavěšených pod nimi,
• využití navijáků podporovaných oceánskou bárkou k využití výškového rozdílu 4 km (13 000 stop) mezi mořskou hladinou a mořským dnem,

Skladování tepelné energie (TES) je dočasné skladování nebo odebírání tepla.

Citelné teplo tepelnéEdit

Citlivé skladování tepla využívá citelné teplo v materiálu k ukládání energie.

Sezónní skladování tepelné energie (STES) umožňuje využívat teplo nebo chlad i několik měsíců poté, co byly získány z odpadní energie nebo přírodních zdrojů. Materiál lze skladovat v uzavřených vodonosných vrstvách, shlucích vrtů v geologickém podloží, jako je písek nebo krystalická hornina, v obložených jámách naplněných štěrkem a vodou nebo ve vodou naplněných dolech. Projekty sezónního skladování tepelné energie (STES) mají často návratnost čtyři až šest let. Příkladem je solární komunita Drake Landing v Kanadě, pro kterou 97 % celoročního tepla zajišťují solárně-termické kolektory na střechách garáží a jejíž základní technologií je zásobník tepelné energie z vrtu (BTES). V dánském Braedstrupu využívá solární systém dálkového vytápění obce rovněž STES, a to při teplotě 65 °C (149 °F). Ke zvýšení teploty na 80 °C (176 °F) pro distribuci se používá tepelné čerpadlo, které je v provozu pouze tehdy, když je v národní síti k dispozici přebytek větrné energie. Pokud není k dispozici přebytek elektřiny z větrných elektráren, používá se plynový kotel. Dvacet procent tepla v Braedstrupu pochází ze slunečního záření.

Latentní teplo tepelné (LHTES)Edit

Systémy pro ukládání tepelné energie s latentním teplem fungují tak, že přenášejí teplo do materiálu nebo z něj a mění tak jeho fázi. Změna fáze je tání, tuhnutí, vypařování nebo kapalnění. Takový materiál se nazývá materiál s fázovou změnou (PCM). Materiály používané v LHTES mají často vysoké latentní teplo, takže při jejich specifické teplotě absorbuje fázová změna velké množství energie, mnohem více než citelné teplo.

Parní akumulátor je typ LHTES, kde dochází k fázové změně mezi kapalinou a plynem a využívá se latentního tepla vypařování vody. Klimatizační systémy s akumulací ledu využívají elektřinu mimo špičku k ukládání chladu zmrazením vody na led. Chlad uložený v ledu se uvolňuje při procesu tání a lze jej využít k chlazení ve špičce.

Kryogenní skladování tepelné energieEdit

Viz hlavní článek Kryogenní skladování energie

Vzduch lze zkapalnit ochlazením pomocí elektřiny a pomocí stávajících technologií jej skladovat jako kryogen. Kapalný vzduch pak lze expandovat pomocí turbíny a energii získat zpět jako elektřinu. Systém byl demonstrován v pilotním zařízení ve Velké Británii v roce 2012. v roce 2019 společnost Highview oznámila plány na výstavbu 50 MW v severní Anglii a severním Vermontu, přičemž navrhované zařízení je schopno skladovat pět až osm hodin energie, což představuje skladovací kapacitu 250-400 MWh.

Carnotova baterieEdit

Viz hlavní článek Carnotova baterie

Elektrickou energii lze ukládat do zásobníků tepla pomocí odporového vytápění nebo tepelných čerpadel a uložené teplo lze přeměnit zpět na elektřinu prostřednictvím Rankinova nebo Braytonova cyklu. tato technologie byla zkoumána za účelem modernizace exisujících uhelných elektráren na systémy výroby bez fosilních paliv. Uhelné kotle jsou nahrazeny vysokoteplotními zásobníky tepla, které se nabíjejí přebytečnou elektřinou z variabilních obnovitelných zdrojů energie. v roce 2020 začne německé středisko pro letectví a kosmonautiku budovat první rozsáhlý systém Carnotových baterií na světě, který má skladovací kapacitu 1 000 MWh.

Dobíjecí baterie se skládá z jednoho nebo více elektrochemických článků. Nazývá se „sekundární článek“, protože jeho elektrochemické reakce jsou elektricky vratné. Nabíjecí baterie se vyrábějí v mnoha tvarech a velikostech, od knoflíkových článků až po megawattové síťové systémy.

Nabíjecí baterie mají nižší celkové náklady na používání a dopad na životní prostředí než nenabíjecí (jednorázové) baterie. Některé typy dobíjecích baterií jsou k dispozici ve stejných formách jako jednorázové baterie. Nabíjecí baterie mají vyšší počáteční náklady, ale lze je velmi levně dobíjet a používat mnohokrát.

Mezi běžné chemické typy nabíjecích baterií patří:

• Olověný akumulátor: Olověné akumulátory mají největší podíl na trhu s elektrickými akumulačními produkty. Jeden článek produkuje při nabíjení přibližně 2 V. V nabitém stavu jsou záporná elektroda z kovového olova a kladná elektroda ze síranu olovnatého ponořeny do elektrolytu zředěné kyseliny sírové (H2SO4). Při vybíjení jsou elektrony vytlačovány z článku, protože na záporné elektrodě vzniká síran olovnatý, zatímco elektrolyt se redukuje na vodu.

• Technologie olověných akumulátorů byla značně rozvinuta. Údržba vyžaduje minimum práce a její náklady jsou nízké. Dostupná energetická kapacita baterie podléhá rychlému vybíjení, což má za následek nízkou životnost a nízkou hustotu energie.

• Nikl-kadmiová baterie (NiCd): Používá hydroxid nikelnatý a kovové kadmium jako elektrody. Kadmium je toxický prvek a Evropská unie ho v roce 2004 zakázala pro většinu použití. Nikl-kadmiové baterie byly téměř zcela nahrazeny nikl-metalhydridovými (NiMH) bateriemi.
• Nikl-metalhydridová baterie (NiMH): První komerční typy byly k dispozici v roce 1989. Nyní se jedná o běžný spotřebitelský a průmyslový typ. Baterie má místo kadmia jako zápornou elektrodu slitinu pohlcující vodík.
• Lithium-iontová baterie: Jsou volbou v mnoha spotřebních elektronikách a mají jeden z nejlepších poměrů energie k hmotnosti a velmi pomalé samovybíjení, když se nepoužívají.
• Lithium-iontová polymerová baterie:

Průtokové baterieUpravit

Průtoková baterie funguje tak, že roztok prochází přes membránu, kde dochází k výměně iontů, čímž se článek nabíjí nebo vybíjí. Napětí článku je chemicky určeno Nernstovou rovnicí a v praktických aplikacích se pohybuje od 1,0 V do 2,2 V. Akumulační kapacita závisí na objemu roztoku. Průtokový akumulátor je technicky podobný palivovému článku i elektrochemickému akumulátorovému článku. Komerční využití je pro ukládání energie s dlouhým půlcyklem, například pro záložní napájení sítě.

SuperkondenzátorEdit

Jeden z flotily elektrických capabusů poháněných superkondenzátory, na zastávce rychlodobíjecí stanice-busu, v provozu během výstavy Expo 2010 v čínské Šanghaji. Nad autobusem jsou vidět zavěšené nabíjecí kolejnice.

Superkondenzátory, nazývané také elektrické dvouvrstvé kondenzátory (EDLC) nebo ultrakondenzátory, jsou skupinou elektrochemických kondenzátorů, které nemají konvenční pevné dielektrikum. Kapacita je určena dvěma paměťovými principy, dvouvrstvou kapacitou a pseudokapacitou.

Supercapacitors bridge gap between conventional capacitors and rechargeable batteries. Uchovávají nejvíce energie na jednotku objemu nebo hmotnosti (hustota energie) mezi kondenzátory. Podporují až 10 000 faradů/1,2 V, což je až 10 000krát více než elektrolytické kondenzátory, ale dodávají nebo přijímají méně než polovinu energie za jednotku času (hustota výkonu).

Přestože mají superkondenzátory měrnou energii a hustotu energie přibližně 10 % baterií, jejich hustota výkonu je obecně 10 až 100krát vyšší. To má za následek mnohem kratší cykly nabíjení/vybíjení. Také snesou mnohem více cyklů nabíjení a vybíjení než baterie.

Superkondenzátory mají mnoho aplikací, mj:

• Nízký napájecí proud pro zálohování paměti ve statických pamětech s náhodným přístupem (SRAM)
• Napájení automobilů, autobusů, vlaků, jeřábů a výtahů, včetně rekuperace energie z brzdění, krátkodobého skladování energie a dodávek energie v burst módu

Ostatní chemickéEdit

Napájení plynuEdit

Energie na plyn je přeměna elektřiny na plynné palivo, jako je vodík nebo metan. Tři komerční metody využívají elektřinu k redukci vody na vodík a kyslík pomocí elektrolýzy.

Při první metodě se vodík vtláčí do sítě zemního plynu nebo se používá pro dopravu. Druhá metoda spočívá ve spojení vodíku s oxidem uhličitým za účelem výroby metanu pomocí methanizační reakce, jako je Sabatierova reakce nebo biologická methanizace, což vede k dodatečným ztrátám při přeměně energie ve výši 8 %. Metan pak může být dodáván do sítě zemního plynu. Třetí metoda využívá výstupní plyn z generátoru dřevoplynu nebo bioplynové stanice po smíchání s vodíkem z elektrolyzéru ke zvýšení kvality bioplynu.

VodíkUpravit

Prvkem vodíku může být forma uložené energie. Vodík může vyrábět elektřinu prostřednictvím vodíkového palivového článku.

Při podílu obnovitelných zdrojů na poptávce v síti nižším než 20 % nemění obnovitelné zdroje vážně ekonomiku; při podílu nad přibližně 20 % celkové poptávky však začíná být důležité externí skladování. Pokud se tyto zdroje používají k výrobě iontového vodíku, lze je volně rozšiřovat. Pětiletý komunitní pilotní program využívající větrné turbíny a vodíkové generátory byl zahájen v roce 2007 v odlehlé komunitě Ramea v Newfoundlandu a Labradoru. Podobný projekt byl zahájen v roce 2004 na malém norském ostrově Utsira.

Energetické ztráty spojené s cyklem skladování vodíku pocházejí z elektrolýzy vody, zkapalňování nebo stlačování vodíku a přeměny na elektřinu.

K výrobě kilogramu vodíku je zapotřebí asi 50 kW-h (180 MJ) sluneční energie, takže cena elektřiny je rozhodující. Při ceně 0,03 USD/kWh, což je běžná sazba za vedení vysokého napětí mimo špičku ve Spojených státech, stojí vodík 1,50 USD za kilogram elektřiny, což odpovídá 1,50 USD za galon benzinu. Další náklady zahrnují elektrolyzér, vodíkové kompresory nebo zkapalňování, skladování a dopravu.

Vodík lze také vyrábět z hliníku a vody odstraněním přirozeně se vyskytující bariéry oxidu hlinitého z hliníku a jeho zavedením do vody. Tato metoda je výhodná, protože k výrobě vodíku lze použít recyklované hliníkové plechovky, avšak systémy pro využití této možnosti nebyly komerčně vyvinuty a jsou mnohem složitější než systémy elektrolýzy. Mezi běžné metody odstraňování oxidové vrstvy patří žíravé katalyzátory, jako je hydroxid sodný a slitiny s heliem, rtutí a dalšími kovy.

Podzemní skladování vodíku je praxe skladování vodíku v jeskyních, solných dómech a vyčerpaných ropných a plynových polích. Velké množství plynného vodíku skladuje společnost Imperial Chemical Industries v jeskyních již mnoho let bez jakýchkoli potíží. Evropský projekt Hyunder v roce 2013 uvedl, že skladování větrné a solární energie pomocí podzemního vodíku by vyžadovalo 85 kaveren.

Powerpaste je tekutý gel na bázi hořčíku a vodíku, který při reakci s vodou uvolňuje vodík. Byl vynalezen, patentován a je vyvíjen Fraunhoferovým institutem pro výrobní technologie a pokročilé materiály (IFAM) Fraunhofer-Gesellschaft. Powerpaste se vyrábí spojením hořčíkového prášku s vodíkem za vzniku hydridu hořečnatého v procesu probíhajícím při 350 °C a pěti až šestinásobku atmosférického tlaku. Poté se přidá ester a sůl kovu a vznikne hotový výrobek. Fraunhofer uvádí, že staví výrobní závod, který by měl zahájit výrobu v roce 2021 a který bude vyrábět 4 tuny Powerpaste ročně. Společnost Fraunhofer si svůj vynález nechala patentovat v USA a EU. Fraunhofer tvrdí, že Powerpaste dokáže uchovávat vodíkovou energii s desetinásobnou hustotou energie než lithiová baterie podobných rozměrů a je bezpečná a vhodná pro použití v automobilovém průmyslu.

MethanEdit

Hlavní článek:

Metan: Metan je nejjednodušší uhlovodík s molekulovým vzorcem CH4. Metan se snáze skladuje a přepravuje než vodík. Infrastruktura pro skladování a spalování (plynovody, plynoměry, elektrárny) je vyspělá.

Syntetický zemní plyn (syngas nebo SNG) lze vytvořit několikastupňovým procesem, který začíná vodíkem a kyslíkem. Vodík pak reaguje s oxidem uhličitým v Sabatierově procesu za vzniku metanu a vody. Metan lze skladovat a později použít k výrobě elektřiny. Vzniklá voda se recykluje, čímž se snižuje potřeba vody. Ve fázi elektrolýzy se kyslík pro spalování metanu uchovává v prostředí čistého kyslíku v přilehlé elektrárně, čímž se eliminují oxidy dusíku.

Spalováním metanu vzniká oxid uhličitý (CO2) a voda. Oxid uhličitý může být recyklován pro posílení Sabatierova procesu a voda může být recyklována pro další elektrolýzu. Při výrobě, skladování a spalování metanu se produkty reakce recyklují.

Složka CO2 má ekonomickou hodnotu jako součást vektoru skladování energie, nikoliv jako náklad, jako je tomu u zachycování a skladování uhlíku.

Power to liquidEdit

Power to liquid je podobný jako power to gas s tím rozdílem, že vodík se přeměňuje na kapaliny, jako je metanol nebo čpavek. S těmi se manipuluje snadněji než s plyny a vyžadují méně bezpečnostních opatření než vodík. Mohou se používat v dopravě, včetně letadel, ale také pro průmyslové účely nebo v energetice.

BiopalivaUpravit

Hlavní článek: Biopaliva

Různá biopaliva, jako je bionafta, rostlinný olej, lihová paliva nebo biomasa, mohou nahradit fosilní paliva. Různé chemické procesy mohou přeměnit uhlík a vodík v uhlí, zemním plynu, rostlinné a živočišné biomase a organických odpadech na krátké uhlovodíky vhodné jako náhrada stávajících uhlovodíkových paliv. Příkladem je Fischer-Tropschova nafta, metanol, dimethylether a synplyn. Tento zdroj nafty byl hojně využíván za druhé světové války v Německu, které mělo omezený přístup k zásobám ropy. Z podobných důvodů se v Jihoafrické republice vyrábí většina nafty z uhlí. Dlouhodobá cena ropy nad 35 USD za barel může učinit tato syntetická kapalná paliva ve velkém měřítku ekonomicky výhodnými.

HliníkEdit

Hliník byl navržen řadou výzkumníků jako zásobárna energie. Jeho elektrochemický ekvivalent (8,04 Ah/cm3) je téměř čtyřikrát vyšší než u lithia (2,06 Ah/cm3). Energii lze z hliníku získat reakcí s vodou za vzniku vodíku. Nejprve však musí být zbaven své přirozené oxidové vrstvy, což je proces, který vyžaduje rozprašování, chemické reakce s žíravými látkami nebo slitiny. Vedlejším produktem reakce za vzniku vodíku je oxid hlinitý, který lze pomocí Hall-Héroultova procesu recyklovat na hliník, takže reakce je teoreticky obnovitelná. Pokud je Hall-Héroultův proces provozován s využitím solární nebo větrné energie, mohl by být hliník použit k ukládání vyrobené energie s vyšší účinností než přímá solární elektrolýza.

Bór, křemík a zinekEdit

Bór, křemík a zinek byly navrženy jako řešení pro ukládání energie.

Jiné chemickéEdit

Organická sloučenina norbornadien se po vystavení světlu mění na kvadricyklan, který ukládá sluneční energii jako energii chemických vazeb. Ve Švédsku byl vyvinut funkční systém jako molekulární solární tepelný systém.

Elektrické metodyEdit

KondenzátorEdit

Hlavní článek: kondenzátor

Tento kondenzátor z mylarové fólie plněný olejem má velmi nízkou indukčnost a nízký odpor, aby mohl poskytovat vysoký výkon (70 megawattů) a velmi vysoké otáčky (1.2 mikrosekundy) potřebné k provozu barvicího laseru.

Kondenzátor (původně známý jako „kondenzátor“) je pasivní dvoukoncová elektrická součástka používaná k elektrostatickému uchovávání energie. Praktické kondenzátory se značně liší, ale všechny obsahují alespoň dva elektrické vodiče (desky) oddělené dielektrikem (tj. izolantem). Kondenzátor může uchovávat elektrickou energii, když je odpojen od svého nabíjecího obvodu, takže jej lze použít jako dočasnou baterii nebo jako jiné typy dobíjecích systémů pro uchovávání energie. Kondenzátory se běžně používají v elektronických zařízeních k udržení napájení během výměny baterií. (Tím se zabrání ztrátě informací v nestálé paměti.) Běžné kondenzátory poskytují méně než 360 joulů na kilogram, zatímco běžná alkalická baterie má hustotu 590 kJ/kg.

Kondenzátory uchovávají energii v elektrostatickém poli mezi svými deskami. Při rozdílu potenciálů na vodičích (např. při připojení kondenzátoru napříč baterií) vzniká na dielektriku elektrické pole, které způsobuje, že se na jedné desce shromažďuje kladný náboj (+Q) a na druhé desce záporný náboj (-Q). Pokud je baterie připojena ke kondenzátoru po dostatečně dlouhou dobu, nemůže kondenzátorem protékat žádný proud. Pokud však na vývody kondenzátoru přivedeme zrychlující nebo střídavé napětí, může jím protékat posunovací proud. Kromě desek kondenzátoru může být náboj uložen také ve vrstvě dielektrika.

Kapacitance je větší při užší vzdálenosti mezi vodiči a tehdy, když mají vodiče větší povrch. V praxi dielektrikum mezi deskami vyzařuje malé množství unikajícího proudu a má mezní intenzitu elektrického pole, známou jako průrazné napětí. Efekt obnovy dielektrika po průrazu vysokým napětím je však příslibem pro novou generaci samoregeneračních kondenzátorů. Vodiče a přívody vnášejí nežádoucí indukčnost a odpor.

Výzkum posuzuje kvantové účinky kondenzátorů v nanorozměrech pro digitální kvantové baterie.

Supravodivá magnetikaUpravit

Hlavní článek:

Supervodivá magnetika:

Systémy supravodivého magnetického ukládání energie (SMES) ukládají energii v magnetickém poli vytvořeném průtokem stejnosměrného proudu v supravodivé cívce, která byla ochlazena na teplotu nižší, než je její supravodivá kritická teplota. Typický systém SMES zahrnuje supravodivou cívku, systém úpravy energie a chladničku. Jakmile je supravodivá cívka nabitá, proud se nerozpadá a magnetickou energii lze uchovávat neomezeně dlouho.

Uloženou energii lze uvolnit do sítě vybitím cívky. Související měnič/usměrňovač představuje asi 2-3% ztrátu energie v každém směru. V porovnání s jinými způsoby ukládání energie ztrácí SMES v procesu ukládání energie nejméně elektřiny. Systémy SMES nabízejí obousměrnou účinnost vyšší než 95 %.

Vzhledem k energetické náročnosti chlazení a ceně supravodivého vedení se SMES používá pro krátkodobé skladování, například pro zlepšení kvality elektrické energie. Má také využití při vyrovnávání sítě.