Energiavarastointi

admin 0 Comments Articles

Energiavarastointi

OutlineEdit

Seuraavassa luettelossa on erilaisia energiavarastoja:

MekaaninenMuokkaus

Energiaa voidaan varastoida pumppausvarastointimenetelmillä korkeammalle pumpattavaan veteen tai siirtämällä kiinteää ainetta korkeammille paikoille (gravitaatioakut). Muita kaupallisia mekaanisia menetelmiä ovat muun muassa ilman puristaminen ja vauhtipyörät, jotka muuttavat sähköenergian sisäiseksi energiaksi tai liike-energiaksi ja sitten takaisin, kun sähköenergian kysyntä nousee huippuunsa.

VesivoimaEdit

Vesivoimapatoja, joissa on altaita, voidaan käyttää tuottamaan sähköä kysyntähuippujen aikaan. Vesi varastoidaan altaaseen alhaisen kysynnän aikana ja vapautetaan, kun kysyntä on suurta. Nettovaikutus on samanlainen kuin pumppausvarastoinnissa, mutta ilman pumppaushäviötä.

Vesivoimapato ei varastoikaan suoraan muiden tuotantoyksiköiden tuottamaa energiaa, mutta se toimii vastaavalla tavalla vähentämällä tuotantoa aikoina, jolloin muista lähteistä saadaan liikaa sähköä. Tässä tilassa padot ovat yksi tehokkaimmista energian varastoinnin muodoista, koska vain niiden tuotannon ajoitus muuttuu. Vesiturbiinien käynnistymisaika on muutaman minuutin luokkaa.

PumppuvesivoimaEdit

Kanadan Niagaran putouksilla sijaitseva Sir Adam Beckin sähköntuotantokompleksi, johon kuuluu suuri pumppuvesivoiman varastointiallas, joka tuottaa lisäsähköä 174 MW:n teholla kysyntähuippujen aikana.

Maailmanlaajuisesti pumppuvesivoima (PSH) on suurin saatavilla oleva aktiivisen verkon energiavarastoinnin muoto, ja maaliskuussa 2012 Electric Power Research Institute (EPRI) raportoi, että PSH:n osuus on yli 99 % koko maailman irtovarastointikapasiteetista, mikä vastaa noin 127 000 MW. PSH:n energiatehokkuus vaihtelee käytännössä 70-80 prosentin välillä, ja väitteiden mukaan se voi olla jopa 87 prosenttia.

Matalan sähkönkysynnän aikana ylimääräistä tuotantokapasiteettia käytetään veden pumppaamiseen matalammasta lähteestä korkeampaan säiliöön. Kun kysyntä kasvaa, vesi päästetään takaisin alempaan säiliöön (tai vesistöön tai vesistöön) turbiinin kautta, jolloin tuotetaan sähköä. Käännettävät turbiinigeneraattorikokoonpanot toimivat sekä pumppuna että turbiinina (yleensä Francis-turbiinimalli). Lähes kaikki laitokset hyödyntävät kahden vesistön välistä korkeuseroa. Puhtaat pumppuvesivoimalaitokset siirtävät vettä altaiden välillä, kun taas ”pump-back”-lähestymistapa on yhdistelmä pumppuvesivoimalaitoksia ja tavanomaisia vesivoimalaitoksia, jotka hyödyntävät luonnollista virtaamaa.

PaineilmaEdit

Paineilmaveturi, jota käytettiin kaivoksessa vuosina 1928-1961.

Pääartikkelit: Paineilmaenergian varastointi ja Suolakupoli

Paineilmaenergian varastointi (CAES, Compressed Air Energy Storage) käyttää ylijäämäenergiaa ilman tiivistämiseen myöhempää sähköntuotantoa varten. Pienimuotoisia järjestelmiä on jo pitkään käytetty esimerkiksi kaivosten vetureiden käyttövoimana. Paineilma varastoidaan maanalaiseen säiliöön, kuten suolakupoliin.

Paineilmaenergian varastointilaitokset (CAES) voivat kuroa umpeen tuotannon epävakauden ja kuormituksen välisen kuilun. CAES-varastointi vastaa kuluttajien energiantarpeisiin tarjoamalla tehokkaasti helposti saatavilla olevaa energiaa kysynnän tyydyttämiseksi. Uusiutuvat energialähteet, kuten tuuli- ja aurinkoenergia, vaihtelevat. Niinpä silloin, kun niiden tuottama teho on vähäinen, niitä on täydennettävä muilla energiamuodoilla energiantarpeen tyydyttämiseksi. Paineilmaenergian varastointilaitokset voivat ottaa vastaan uusiutuvien energialähteiden ylijäämäenergian tuotannon aikoina, jolloin energiaa tuotetaan liikaa. Tätä varastoitua energiaa voidaan käyttää myöhemmin, kun sähkön kysyntä kasvaa tai energialähteiden saatavuus vähenee.

Ailman puristaminen tuottaa lämpöä; ilma on lämpimämpää puristamisen jälkeen. Paisuminen vaatii lämpöä. Jos lisälämpöä ei lisätä, ilma on laajenemisen jälkeen paljon kylmempää. Jos puristamisen aikana syntyvä lämpö voidaan varastoida ja käyttää paisumisen aikana, hyötysuhde paranee huomattavasti. CAES-järjestelmä voi käsitellä lämpöä kolmella tavalla. Ilman varastointi voi olla adiabaattista, diabaattista tai isotermistä. Toinen lähestymistapa käyttää paineilmaa ajoneuvojen käyttövoimana.

FlywheelEdit

Tyypillisen vauhtipyörän pääkomponentit.

Flybridin kineettisen energian talteenottojärjestelmän vauhtipyörä. Se on rakennettu käytettäväksi Formula 1 -kilpa-autoissa, ja sitä käytetään jarrutuksen aikana talteen otetun liike-energian talteenottoon ja uudelleenkäyttöön.

Flywheel energy storage (FES) toimii kiihdyttämällä roottori (vauhtipyörä) erittäin suureen nopeuteen, jolloin energia säilyy pyörimisenergiana. Kun energiaa lisätään, vauhtipyörän pyörimisnopeus kasvaa, ja kun energiaa otetaan pois, nopeus laskee energian säilymisen vuoksi.

Useimmissa FES-järjestelmissä käytetään sähköä vauhtipyörän kiihdyttämiseen ja hidastamiseen, mutta myös suoraan mekaanista energiaa hyödyntäviä laitteita harkitaan.

FES-järjestelmissä on lujatekoisista hiilikuitukomposiiteista valmistettuja roottoreita, jotka on ripustettu magneettilaakereihin ja jotka pyörivät 20 000:n ja jopa yli 50 000:n minuuttinopeudella tyhjiöaitauksessa. Tällaiset vauhtipyörät voivat saavuttaa maksiminopeuden (”lataus”) muutamassa minuutissa. Vauhtipyöräjärjestelmä on kytketty sähkömoottorin/generaattorin yhdistelmään.

FES-järjestelmillä on suhteellisen pitkät käyttöiät (kestävät vuosikymmeniä vähäisellä tai olemattomalla kunnossapidolla; vauhtipyörille ilmoitetut täysien syklien käyttöiät vaihtelevat yli 105:stä jopa 107:ään käyttösykliin), suuri ominainen energia (100-130 W-h/kg eli 360-500 kJ/kg) ja tehotiheys.

Kiinteän massan painovoima Muokkaa

Kiinteiden massojen korkeutta muuttamalla voidaan varastoida tai vapauttaa energiaa sähkömoottorin/generaattorin käyttämän nostojärjestelmän avulla. Tutkimusten mukaan energiaa voidaan alkaa vapauttaa jo yhden sekunnin varoitusajalla, mikä tekee menetelmästä käyttökelpoisen lisäsyötön sähköverkkoon tasaamaan kuormituspiikkejä.

Hyötysuhde voi olla jopa 85 % varastoidun energian talteenotosta.

Tämä voidaan saavuttaa sijoittamalla massat vanhoihin pystysuuntaisiin kaivoskuiluihin tai erikoisrakenteisiin torneihin, joissa raskaat painot nostetaan ylöspäin varastoidaakseen energiaa ja joissa niiden sallitaan laskeutua kontrolloidulla tavalla vapauttaa sitä. Vuonna 2020 Skotlannin Edinburghiin rakennetaan parhaillaan pystysuuntaisen varaston prototyyppiä

Potentiaalisen energian varastointia eli painovoimaisen energian varastointia kehitettiin aktiivisesti vuonna 2013 yhdessä Kalifornian riippumattoman järjestelmäoperaattorin kanssa. Siinä tutkittiin sähkövetureiden kuljettamien, maalla täytettyjen suppilovaunujen siirtämistä matalammalta korkeammalle.

Muita ehdotettuja menetelmiä ovat mm:-

• kiskojen ja nostureiden käyttäminen betonipainojen siirtämiseen ylös ja alas;
• käyttämällä korkealla sijaitsevia aurinkoenergialla toimivia ilmapalloalustoja, jotka tukevat vinttureita niiden alla roikkuvien kiinteiden massojen nostamiseksi ja laskemiseksi,
• käyttämällä valtameriproomun tukemia vinttureita merenpinnan ja merenpohjan välisen 4 kilometrin (13 000 jalan) korkeuseron hyödyntämiseksi,

Kaukolämmön akkumulointitorni Theissistä Krems an der Donaun lähellä Ala-Itävallassa, jonka lämpökapasiteetti on 2 GWh

LämpöEdit

Lämpöenergian varastointi (TES) on lämmön väliaikaista varastointia tai poistamista.

Aistittavissa oleva lämpö lämpöEdit

Aistittavissa oleva lämpövarastointi hyödyntää materiaalin aistittavissa olevaa lämpöä energian varastoimiseksi.

Kausiluonteisen lämpöenergian varastoinnin (STES, Seasonal Thermical Energy Storage, STES) avulla voi käyttää lämpöä tai kylmää kuukausia sen jälkeen, kun se on kerätty hukkaan menevästä energiahyödykkeestä tai luonnollisesta energiasta. Materiaalia voidaan varastoida suljetuissa pohjavesikerrostumissa, porakaivojen rykelmissä geologisissa pohjamateriaaleissa, kuten hiekassa tai kiteisessä kallioperässä, soralla ja vedellä täytetyissä vuoratuissa kuopissa tai vedellä täytetyissä kaivoksissa. Lämpöenergian kausivarastointihankkeiden (STES) takaisinmaksuaika on usein neljästä kuuteen vuotta. Esimerkkinä voidaan mainita Kanadassa sijaitseva Drake Landing Solar Community, jossa 97 prosenttia ympärivuotisesta lämmöstä tuotetaan autotallien katoilla olevilla aurinkolämpökeräimillä ja jonka mahdollistavana tekniikkana on porakaivon lämpöenergiavarasto (BTES). Tanskan Braedstrupissa yhteisön aurinkokaukolämpöjärjestelmässä käytetään myös STES-järjestelmää, jonka lämpötila on 65 °C (149 °F). Lämpöpumppu, jota käytetään vain silloin, kun kansallisessa verkossa on saatavilla ylijäämätuulivoimaa, nostaa lämpötilan 80 °C:een (176 °F) jakelua varten. Kun tuulivoimalla tuotettua ylijäämäsähköä ei ole saatavilla, käytetään kaasukattilaa. Braedstrupin lämmöstä 20 prosenttia on aurinkolämpöä.

Latentti lämpöenergia (LHTES)Edit

Latentti lämpöenergian varastointijärjestelmät toimivat siirtämällä lämpöä materiaaliin tai materiaalista sen faasin muuttamiseksi. Faasimuutos on sulamista, jähmettymistä, höyrystymistä tai nesteytymistä. Tällaista materiaalia kutsutaan faasimuutosmateriaaliksi (PCM). LHTES-järjestelmissä käytettävillä materiaaleilla on usein suuri latentti lämpö, joten niiden ominaislämpötilassa faasimuutos absorboi suuren määrän energiaa, paljon enemmän kuin tuntuva lämpö.

Höyryakku on eräänlainen LHTES-järjestelmä, jossa faasimuutos tapahtuu nesteen ja kaasun välillä ja jossa hyödynnetään veden latenttia höyrystymislämpöä. Jäävarastointi-ilmastointijärjestelmät käyttävät hiljaista sähköä kylmän varastointiin jäädyttämällä vettä jääksi. Jäähän varastoitu kylmä vapautuu sulamisprosessin aikana ja sitä voidaan käyttää jäähdytykseen ruuhka-aikoina.

Kryogeeninen lämpöenergian varastointi Muokkaa

Seuraava pääartikkeli Kryogeeninen energiavarastointi

Ilmaa voidaan nesteyttää jäähdyttämällä sähköllä ja varastoida olemassa olevilla tekniikoilla kryogeeniksi. Nestemäinen ilma voidaan sitten paisuttaa turbiinin avulla ja energia ottaa talteen sähköksi. Järjestelmä demonstroitiin pilottilaitoksessa Yhdistyneessä kuningaskunnassa vuonna 2012. 2019 Highview ilmoitti suunnitelmista rakentaa 50 MW:n laitos Pohjois-Englannissa ja Pohjois-Vermontissa, ja ehdotettu laitos pystyy varastoimaan viidestä kahdeksaan tuntia energiaa, mikä vastaa 250-400 MWh:n varastointikapasiteettia.

Carnot’n akku Muokkaa

Katso pääartikkeli Carnot’n akku

Sähköenergiaa voidaan varastoida lämpövarastoon resistiivisen lämmityksen tai lämpöpumppujen avulla, ja varastoitu lämpö voidaan muuntaa takaisin sähköksi Rankine-kierron tai Braytonin kierron avulla.Tätä tekniikkaa on tutkittu, jotta voidaan jälkikäteen kunnostaa entisiä hiilivoimaloita fossiilisista polttoaineista vapaiksi sähköntuotantojärjestelmiksi. Hiilikattilat korvataan korkealämpöisellä lämpövarastolla, jota ladataan vaihtelevista uusiutuvista energialähteistä saatavalla ylimääräisellä sähköllä.Saksan ilmailu- ja avaruuskeskus aloittaa vuonna 2020 maailman ensimmäisen suuren mittakaavan Carnot’n akkujärjestelmän rakentamisen, jonka varastointikapasiteetti on 1 000 MWh.

SähkökemiallinenEdit

Ladattava akkuEdit

Ladattava akkupankki, jota käytetään keskeytymättömänä virransyöttönä datakeskuksessa

Aladattava akku koostuu yhdestä tai useammasta sähkökemiallisesta kennosta. Sitä kutsutaan ”toisiokennoksi”, koska sen sähkökemialliset reaktiot ovat sähköisesti palautuvia. Ladattavia akkuja on monenmuotoisia ja -kokoisia, aina nappikennoista megawattiverkkojärjestelmiin.

Ladattavien akkujen kokonaiskäyttökustannukset ja ympäristövaikutukset ovat pienemmät kuin ei-ladattavien (kertakäyttöisten) akkujen. Joitakin ladattavia akkutyyppejä on saatavana samassa muodossa kuin kertakäyttöisiä akkuja. Ladattavien akkujen alkukustannukset ovat korkeammat, mutta ne voidaan ladata hyvin halvalla ja käyttää useita kertoja.

Yleisiä ladattavien akkujen kemioita ovat:

• Lyijyakku: Lyijyakuilla on suurin markkinaosuus sähkövarastotuotteista. Yksittäinen kenno tuottaa ladattuna noin 2V. Ladatussa tilassa metallinen lyijyn negatiivinen elektrodi ja lyijysulfaatin positiivinen elektrodi on upotettu laimeaan rikkihappo (H2SO4) -elektrolyyttiin. Purkautumisprosessissa elektronit työntyvät ulos kennosta lyijysulfaatin muodostuessa negatiiviselle elektrodille samalla kun elektrolyytti pelkistyy vedeksi.

• Lyijyakkutekniikkaa on kehitetty laajasti. Ylläpito vaatii vain vähän työvoimaa ja sen kustannukset ovat alhaiset. Akun käytettävissä oleva energiakapasiteetti purkautuu nopeasti, jolloin akun käyttöikä on lyhyt ja energiatiheys alhainen.

• Nikkelikadmiumakku (NiCd): Käyttää nikkelioksidihydroksidia ja metallista kadmiumia elektrodeina. Kadmium on myrkyllinen alkuaine, ja Euroopan unioni kielsi sen käytön useimmissa käyttötarkoituksissa vuonna 2004. Nikkelikadmiumakut on korvattu lähes kokonaan nikkelimetallihydridiakuilla (NiMH).
• Nikkelimetallihydridiakku (NiMH): Ensimmäiset kaupalliset tyypit olivat saatavilla vuonna 1989. Ne ovat nykyään yleinen kuluttaja- ja teollisuustyyppi. Akussa on kadmiumin sijasta vetyä absorboiva seos negatiivisessa elektrodissa.
• Litiumioniakku: Valinta monissa kulutuselektroniikkalaitteissa, ja niillä on yksi parhaista energia-massa-suhteista ja erittäin hidas itsepurkautuminen, kun niitä ei käytetä.
• Litium-ionipolymeeriakku: Nämä akut ovat kevyitä ja ne voidaan valmistaa mihin tahansa haluttuun muotoon.

VirtausakkuEdit

Virtausakku toimii johtamalla liuos kalvon yli, jossa ionit vaihtuvat kennon lataamiseksi tai purkamiseksi. Kennon jännite määräytyy kemiallisesti Nernstin yhtälön mukaan ja vaihtelee käytännön sovelluksissa välillä 1,0 V-2,2 V. Varastointikapasiteetti riippuu liuoksen tilavuudesta. Virtausakku on teknisesti sukua sekä polttokennolle että sähkökemialliselle akkukennolle. Kaupallisia sovelluksia ovat pitkien puolijaksojen varastointi, kuten sähköverkon varavoima.

SuperkondensaattoriEdit

Yksi superkondensaattoreilla toimivista sähkökäyttöisistä capabusseista pikalatausaseman bussipysäkillä Shanghain maailmannäyttelyssä 2010 Kiinassa. Latauskiskot näkyvät ripustettuna bussin yläpuolelle.

Superkondensaattorit, joita kutsutaan myös sähköisiksi kaksoiskerroskondensaattoreiksi (EDLC, electric double-layer capacitors) tai ultrakondensaattoreiksi (ultracapacitors), ovat sähkökemiallisiin kondensaattoreihin kuuluvia kondensaattoriperheitä, joissa ei ole tavanomaista kiinteää dielektristä. Kapasitanssi määräytyy kahden varastointiperiaatteen, kaksoiskerroskapasitanssin ja pseudokapasitanssin, perusteella.

Superkondensaattorit kurovat umpeen perinteisten kondensaattorien ja ladattavien akkujen välisen kuilun. Ne varastoivat kondensaattoreista eniten energiaa tilavuus- tai massayksikköä kohti (energiatiheys). Ne kestävät jopa 10 000 faradia/1,2 volttia, jopa 10 000 kertaa enemmän kuin elektrolyyttikondensaattorit, mutta tuottavat tai ottavat vastaan alle puolet vähemmän tehoa aikayksikköä kohti (tehotiheys).

Vaikka superkondensaattoreiden ominaistenergiat ja energiatiheydet ovat noin 10 % akkujen ominaistenergian ja energiatiheyden arvoista, niiden tehotiheys on yleensä 10-100 kertaa suurempi. Tämä johtaa paljon lyhyempiin lataus-/purkaussykleihin. Lisäksi ne kestävät paljon enemmän lataus- ja purkaussyklejä kuin akut.

Superkondensaattoreilla on monia sovelluksia, mm:

• Pieni syöttövirta muistin varmuuskopioinnissa staattisessa satunnaiskäyttömuistissa (SRAM)
• Autojen, linja-autojen, junien, nostureiden ja hissien virransyöttö, mukaan lukien energian talteenotto jarrutuksesta, lyhytaikainen energiavarastointi ja virran syöttö purskeissa

Muut kemiallisetTiedonanto

Virtaa kaasuunTiedonanto

Power to gas on sähkön muuntamista kaasumaiseksi polttoaineeksi, kuten vedyksi tai metaaniksi. Kolmessa kaupallisessa menetelmässä käytetään sähköä veden pelkistämiseen vedyksi ja hapeksi elektrolyysin avulla.

Ensimmäisessä menetelmässä vety syötetään maakaasuverkkoon tai sitä käytetään kuljetukseen. Toisessa menetelmässä vety yhdistetään hiilidioksidin kanssa metaanin tuottamiseksi käyttämällä metaaninmuodostusreaktiota, kuten Sabatierin reaktiota, tai biologista metaaninmuodostusta, jolloin ylimääräinen energian muuntohäviö on 8 %. Tämän jälkeen metaani voidaan syöttää maakaasuverkkoon. Kolmannessa menetelmässä käytetään puukaasugeneraattorin tai biokaasulaitoksen ulostulokaasua sen jälkeen, kun biokaasun parannuslaite on sekoitettu elektrolysaattorista peräisin olevaan vetyyn, biokaasun laadun parantamiseen.

VetyMuokkaa

Alkuaine vety voi olla varastoidun energian muoto. Vedyllä voidaan tuottaa sähköä vetypolttokennon avulla.

Alle 20 %:n osuuksilla verkon kysynnästä uusiutuvat energialähteet eivät vakavasti muuta taloutta, mutta yli 20 %:n osuuden kokonaiskysynnästä ulkoinen varastointi tulee tärkeäksi. Jos näitä lähteitä käytetään ionisen vedyn valmistukseen, niitä voidaan laajentaa vapaasti. Tuulivoimaloita ja vetygeneraattoreita käyttävä viisivuotinen yhteisöpohjainen pilottiohjelma alkoi vuonna 2007 Ramean syrjäisessä yhteisössä Newfoundlandissa ja Labradorissa. Samanlainen hanke alkoi vuonna 2004 Utsirassa, pienellä norjalaisella saarella.

Vetyvarastointikiertoon liittyvät energiahäviöt syntyvät veden elektrolyysistä, vedyn nesteyttämisestä tai puristamisesta ja muuntamisesta sähköksi.

Kilon vedyn tuottamiseen tarvitaan noin 50 kWh (180 MJ) aurinkoenergiaa, joten sähkön hinta on ratkaiseva. Kun sähkön hinta on 0,03 dollaria/kWh, joka on yleinen korkeajännitejohdon hinta Yhdysvalloissa, vety maksaa 1,50 dollaria kilogrammalta sähköä, mikä vastaa 1,50 dollaria gallonalta bensiiniä. Muita kustannuksia ovat elektrolyysilaitos, vedyn kompressorit tai nesteytys, varastointi ja kuljetus.

Vetyä voidaan valmistaa myös alumiinista ja vedestä irrottamalla alumiinin luonnossa esiintyvä alumiinioksidisulku ja tuomalla se veteen. Tämä menetelmä on hyödyllinen, koska kierrätettyjä alumiinitölkkejä voidaan käyttää vedyn tuottamiseen, mutta järjestelmiä tämän vaihtoehdon hyödyntämiseksi ei ole kaupallisesti kehitetty ja ne ovat paljon monimutkaisempia kuin elektrolyysijärjestelmät. Yleisiä menetelmiä oksidikerroksen poistamiseksi ovat syövyttävät katalyytit, kuten natriumhydroksidi, ja metalliseokset, joissa on galliumia, elohopeaa ja muita metalleja.

Vedyn maanalainen varastointi tarkoittaa vedyn varastointia luolastoihin, suolakupoleihin ja ehtyneisiin öljy- ja kaasukenttiin. Imperial Chemical Industries on varastoinut suuria määriä kaasumaista vetyä luolastoihin monien vuosien ajan ilman vaikeuksia. Eurooppalaisessa Hyunder-hankkeessa todettiin vuonna 2013, että tuuli- ja aurinkoenergian varastointi maanalaisen vedyn avulla vaatisi 85 luolastoa.

Powerpaste on magnesium- ja vetypohjainen nestemäinen geeli, joka vapauttaa vetyä reagoidessaan veden kanssa. Sen on keksinyt, patentoinut ja kehittänyt Fraunhofer-Gesellschaftin Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM). Powerpaste valmistetaan yhdistämällä magnesiumjauhe ja vety magnesiumhydridiksi prosessissa, joka suoritetaan 350 °C:n lämpötilassa ja viisi- tai kuusinkertaisessa ilmanpaineessa. Tämän jälkeen lopputuotteeseen lisätään esteri ja metallisuola. Fraunhofer ilmoittaa rakentavansa tuotantolaitosta, jonka on määrä aloittaa tuotanto vuonna 2021 ja joka tuottaa 4 tonnia Powerpastea vuodessa. Fraunhofer on patentoinut keksintönsä Yhdysvalloissa ja EU:ssa. Fraunhofer väittää, että Powerpaste pystyy varastoimaan vetyenergiaa 10 kertaa suuremman energiatiheyden kuin vastaavan kokoinen litiumakku, ja se on turvallinen ja kätevä autoilutilanteissa.

MetaaniEdit

Metaani on yksinkertaisin hiilivety, jonka molekyylikaava on CH4. Metaani on helpommin varastoitavissa ja kuljetettavissa kuin vety. Varastointi- ja polttoinfrastruktuuri (putkistot, kaasumittarit, voimalaitokset) ovat kehittyneet.

Synteettinen maakaasu (syngas tai SNG) voidaan valmistaa monivaiheisessa prosessissa, joka alkaa vedystä ja hapesta. Vety reagoi sitten hiilidioksidin kanssa Sabatierin prosessissa, jolloin syntyy metaania ja vettä. Metaani voidaan varastoida ja käyttää myöhemmin sähkön tuottamiseen. Syntyvä vesi kierrätetään, mikä vähentää veden tarvetta. Elektrolyysivaiheessa happea varastoidaan metaanin polttoa varten puhtaassa happiympäristössä viereisessä voimalaitoksessa, jolloin typen oksidit poistuvat.

Metaanin poltto tuottaa hiilidioksidia (CO2) ja vettä. Hiilidioksidi voidaan kierrättää Sabatierin prosessin tehostamiseksi ja vesi voidaan kierrättää edelleen elektrolyysissä. Metaanin tuotanto, varastointi ja poltto kierrättävät reaktiotuotteet.

Hiilidioksidilla on taloudellista arvoa energiavarastointivektorin komponenttina, ei kustannuksena kuten hiilidioksidin talteenotossa ja varastoinnissa.

Power to liquidEdit

Power to liquid on samanlainen kuin power to gas, paitsi että vety muunnetaan nesteiksi, kuten metanoliksi tai ammoniakiksi. Näitä on helpompi käsitellä kuin kaasuja, ja ne vaativat vähemmän turvatoimia kuin vety. Niitä voidaan käyttää liikenteessä, myös lentokoneissa, mutta myös teollisuudessa tai energiasektorilla.

BiopolttoaineetMuokkaa

Erilaisilla biopolttoaineilla, kuten biodieselillä, kasviöljyllä, alkoholipolttoaineilla tai biomassalla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita. Erilaisilla kemiallisilla prosesseilla voidaan muuntaa hiilen, maakaasun, kasvi- ja eläinbiomassan sekä orgaanisten jätteiden sisältämä hiili ja vety lyhyiksi hiilivedyiksi, jotka soveltuvat korvaamaan nykyisiä hiilivetypolttoaineita. Esimerkkejä ovat Fischer-Tropsch-diesel, metanoli, dimetyylieetteri ja synkaasu. Tätä dieselin lähdettä käytettiin laajalti toisessa maailmansodassa Saksassa, jossa raakaöljyn saanti oli rajallista. Etelä-Afrikka tuottaa suurimman osan maan dieselistä hiilestä vastaavista syistä. Pitkällä aikavälillä yli 35 Yhdysvaltain dollarin öljyn hinta barrelilta saattaa tehdä tällaiset laajamittaiset synteettiset nestemäiset polttoaineet taloudellisesti kannattaviksi.

AlumiiniEdit

Alumiinia on ehdotettu energiavarastoksi useiden tutkijoiden toimesta. Sen sähkökemiallinen ekvivalentti (8,04 Ah/cm3) on lähes neljä kertaa suurempi kuin litiumin (2,06 Ah/cm3). Alumiinista voidaan ottaa energiaa reagoimalla se veden kanssa vedyn tuottamiseksi. Alumiinista on kuitenkin ensin poistettava sen luonnollinen oksidikerros, mikä edellyttää jauhamista, kemiallisia reaktioita syövyttävien aineiden kanssa tai seoksia. Vetyä tuottavan reaktion sivutuotteena syntyy alumiinioksidia, joka voidaan kierrättää alumiiniksi Hall-Héroult’n prosessin avulla, mikä tekee reaktiosta teoriassa uusiutuvan. Jos Hall-Hééroult-prosessia ajetaan aurinko- tai tuulivoimalla, alumiinia voitaisiin käyttää tuotetun energian varastointiin suuremmalla hyötysuhteella kuin suoraa aurinkoelektrolyysiä.

Boori, pii ja sinkkiMuokkaa

Booria, piitä ja sinkkiä on ehdotettu energian varastointiratkaisuiksi.

Muut kemiallisetMuokkaa

Organinen yhdiste norbornadieni muuttuu valolle altistuttaessa kvadrisyklaaniksi, jolloin se varastoi auringon energiaa kemiallisten sidoksien energiamassan muodossa. Ruotsissa on kehitetty toimiva järjestelmä molekulaarisena aurinkolämpöjärjestelmänä.

Sähköiset menetelmätEdit

KondensaattoriEdit

Tällä mylar-kalvolla varustetulla, öljytäytteellä varustetulla kondensaattorilla on erittäin pieni induktanssi ja matala resistiivisyys, jotta se pystyy tuottamaan suuritehoisen tehoisen koneen (70 MW) ja erittäin nopean nopean koneenvaihdon tehoisen koneenvaihdon tehoisen koneenvaihdon tehoisen koneenvaihdon tehoisen koneenvaihdon tehoisen koneenvaihtokoneen tehoisen koneenvaihtokoneen.2 mikrosekunnin) purkaukset, joita tarvitaan väriainelaserin käyttämiseen.

Kondensaattori (alun perin ’kondensaattori’) on passiivinen kaksikantainen sähköinen komponentti, jota käytetään energian varastoimiseen sähköstaattisesti. Käytännön kondensaattorit vaihtelevat suuresti, mutta kaikki sisältävät vähintään kaksi sähköjohdinta (levyä), jotka on erotettu toisistaan dielektrisellä (eli eristeellä). Kondensaattori voi varastoida sähköenergiaa, kun se on irrotettu latauspiiristään, joten sitä voidaan käyttää kuten väliaikaista akkua tai kuten muita ladattavan energian varastointijärjestelmiä. Kondensaattoreita käytetään yleisesti elektronisissa laitteissa ylläpitämään virransyöttöä paristojen vaihtuessa. (Näin estetään tietojen häviäminen haihtuvassa muistissa.) Tavanomaiset kondensaattorit tuottavat alle 360 joulea kilogrammaa kohti, kun taas tavanomaisen alkalipariston tiheys on 590 kJ/kg.

Kondensaattorit varastoivat energiaa levyjensä väliseen sähköstaattiseen kenttään. Kun johtimien välillä on potentiaaliero (esim. kun kondensaattori on kiinnitetty pariston yli), dielektrisen kentän yli kehittyy sähkökenttä, joka aiheuttaa positiivisen varauksen (+Q) kerääntymisen toiseen levyyn ja negatiivisen varauksen (-Q) kerääntymisen toiseen levyyn. Jos paristo on liitetty kondensaattoriin riittävän pitkäksi aikaa, kondensaattorin läpi ei voi kulkea virtaa. Jos kondensaattorin johtimien yli kuitenkin kytketään kiihdytys- tai vaihtojännite, siirtymävirta voi kulkea. Kondensaattorin levyjen lisäksi varausta voidaan varastoida myös dielektriseen kerrokseen.

Kapasitanssi on suurempi, kun johtimien välinen etäisyys on pienempi ja kun johtimien pinta-ala on suurempi. Käytännössä levyjen välissä oleva dielektrinen aine synnyttää pienen määrän vuotovirtaa ja sillä on sähkökentän voimakkuuden raja, jota kutsutaan läpilyöntijännitteeksi. Dielektrikumin palautumisvaikutus suurjännitteisen läpilyönnin jälkeen on kuitenkin lupaava uuden sukupolven itsestään paranevien kondensaattoreiden kannalta. Johtimet ja johdot aiheuttavat ei-toivottua induktanssia ja resistanssia.

Tutkimuksessa arvioidaan nanokokoluokan kondensaattoreiden kvanttivaikutuksia digitaalisia kvanttiparistoja varten.

Suprajohtava magneettitekniikkaMuokkaa

Suprajohtavat magneettiset energiavarastot (SMES) varastoivat energiaa magneettikenttään, joka syntyy virtaamalla tasavirtaa suprajohtavassa kelassa, joka on jäähdytetty suprajohtavan kriittisen lämpötilan alapuolelle. Tyypilliseen SMES-järjestelmään kuuluu suprajohtava kela, tehonsäätöjärjestelmä ja jääkaappi. Kun suprajohtava kela on ladattu, virta ei hajoa ja magneettista energiaa voidaan varastoida loputtomiin.

Varastoitu energia voidaan vapauttaa verkkoon purkamalla kela. Siihen liittyvä vaihtosuuntaaja/suuntaaja aiheuttaa noin 2-3 prosentin energiahäviön kumpaankin suuntaan. SMES menettää vähiten sähköä energian varastointiprosessissa verrattuna muihin energian varastointimenetelmiin. SMES-järjestelmien hyötysuhde on yli 95 prosenttia.

Jäähdytyksen energiantarpeen ja suprajohtavan johdon kustannusten vuoksi SMES-järjestelmiä käytetään lyhytaikaiseen varastointiin, kuten sähkön laadun parantamiseen. Sillä on myös sovelluksia verkon tasapainottamiseen.