Magazynowanie energii

admin 0 Comments Articles

Magazynowanie energii

OutlineEdit

Następująca lista zawiera różne rodzaje magazynowania energii:

MechanicalEdit

Energia może być przechowywana w wodzie przepompowywanej na wyższą wysokość przy użyciu metod magazynowania pompowego lub przez przenoszenie materii stałej na wyższe miejsca (baterie grawitacyjne). Inne komercyjne metody mechaniczne obejmują sprężanie powietrza i koła zamachowe, które przekształcają energię elektryczną w energię wewnętrzną lub kinetyczną, a następnie z powrotem, gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta.

HydroelektrycznośćEdit

Hydroelectric dams with reservoirs can be operated to provide electricity at times of peak demand. Woda jest przechowywana w zbiorniku podczas okresów niskiego zapotrzebowania i uwalniana, gdy zapotrzebowanie jest wysokie. Efekt netto jest podobny do magazynowania pompowego, ale bez strat związanych z pompowaniem.

Choć zapora wodna nie magazynuje bezpośrednio energii z innych jednostek wytwórczych, zachowuje się równoważnie, obniżając produkcję w okresach nadmiaru energii elektrycznej z innych źródeł. W tym trybie zapory są jedną z najbardziej efektywnych form magazynowania energii, ponieważ zmienia się tylko czas jej wytwarzania. Turbiny hydroelektryczne mają czas rozruchu rzędu kilku minut.

Elektrownie szczytowo-pompowe

Kompleks generujący Sir Adam Beck w Niagara Falls w Kanadzie, który zawiera duży zbiornik szczytowo-pompowy zapewniający dodatkowe 174 MW energii elektrycznej w okresach szczytowego zapotrzebowania.

Na całym świecie elektrownie wodne szczytowo-pompowe (PSH) są dostępną formą aktywnego magazynowania energii w sieci o największej pojemności, a według stanu na marzec 2012 r. Electric Power Research Institute (EPRI) podaje, że PSH stanowi ponad 99% pojemności magazynowania masowego na świecie, reprezentując około 127 000 MW. Sprawność energetyczna PSH waha się w praktyce między 70% a 80%, przy czym twierdzi się, że wynosi ona do 87%.

W okresach niskiego zapotrzebowania na energię elektryczną nadwyżka mocy wytwórczej jest wykorzystywana do pompowania wody z niższego źródła do wyższego zbiornika. Gdy zapotrzebowanie wzrasta, woda jest wypuszczana z powrotem do niższego zbiornika (lub drogi wodnej czy zbiornika wodnego) przez turbinę, wytwarzając energię elektryczną. Odwracalne zespoły turbiny-generatora działają zarówno jako pompa jak i turbina (zazwyczaj jest to konstrukcja turbiny Francisa). Prawie wszystkie obiekty wykorzystują różnicę wysokości pomiędzy dwoma zbiornikami wodnymi. Czyste elektrownie szczytowo-pompowe przesuwają wodę między zbiornikami, podczas gdy podejście „pump-back” jest połączeniem elektrowni szczytowo-pompowych i konwencjonalnych elektrowni wodnych, które wykorzystują naturalny przepływ strumienia.

Sprężone powietrzeEdit

Lokomotywa na sprężone powietrze używana wewnątrz kopalni w latach 1928-1961.

Magazynowanie energii sprężonego powietrza (CAES) wykorzystuje nadwyżkę energii do sprężania powietrza w celu późniejszego wytworzenia energii elektrycznej. Systemy na małą skalę są od dawna wykorzystywane w takich zastosowaniach jak napęd lokomotyw górniczych. Sprężone powietrze jest przechowywane w podziemnym zbiorniku, takim jak kopuła solna.

Magazyny energii sprężonego powietrza (CAES) mogą wypełnić lukę pomiędzy niestabilnością produkcji a obciążeniem. Magazynowanie CAES zaspokaja potrzeby energetyczne konsumentów poprzez efektywne dostarczanie łatwo dostępnej energii w celu zaspokojenia popytu. Odnawialne źródła energii, takie jak wiatr i energia słoneczna, zmieniają się. Dlatego w okresach, gdy dostarczają one niewiele energii, muszą być uzupełniane innymi formami energii, aby zaspokoić zapotrzebowanie na energię. Instalacje magazynowania energii sprężonego powietrza mogą przejąć nadwyżkę energii wytwarzanej przez odnawialne źródła energii w czasach nadprodukcji energii. Ta zmagazynowana energia może być wykorzystana w późniejszym czasie, gdy wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną lub zmniejsza się dostępność zasobów energetycznych.

Kompresja powietrza wytwarza ciepło; powietrze jest cieplejsze po kompresji. Rozszerzanie wymaga ciepła. Jeśli nie doda się dodatkowego ciepła, powietrze po rozprężeniu będzie znacznie zimniejsze. Jeśli ciepło wytworzone podczas sprężania może zostać zmagazynowane i wykorzystane podczas rozprężania, wydajność znacznie się poprawia. System CAES może radzić sobie z ciepłem na trzy sposoby. Magazynowanie powietrza może być adiabatyczne, diabatyczne lub izotermiczne. Inne podejście wykorzystuje sprężone powietrze do zasilania pojazdów.

Koło zamachoweEdit

Główne elementy typowego koła zamachowego.

Koło zamachowe systemu odzyskiwania energii kinetycznej Flybrid. Zbudowane do użytku w samochodach wyścigowych Formuły 1, jest zatrudnione do odzyskiwania i ponownego wykorzystania energii kinetycznej przechwyconej podczas hamowania.

Magazynowanie energii w kole zamachowym (FES) działa poprzez przyspieszenie wirnika (koła zamachowego) do bardzo dużej prędkości, przechowując energię jako energię obrotową. Gdy energia jest dodawana, prędkość obrotowa koła zamachowego wzrasta, a gdy energia jest pobierana, prędkość maleje, ze względu na zachowanie energii.

Większość systemów FES wykorzystuje energię elektryczną do przyspieszania i zwalniania koła zamachowego, ale rozważane są urządzenia, które bezpośrednio wykorzystują energię mechaniczną.

Systemy FES mają wirniki wykonane z kompozytów włókna węglowego o wysokiej wytrzymałości, zawieszone na łożyskach magnetycznych i obracające się z prędkością od 20 000 do ponad 50 000 obrotów na minutę (rpm) w obudowie próżniowej. Takie koła zamachowe mogą osiągnąć maksymalną prędkość („naładowanie”) w ciągu kilku minut. System koła zamachowego jest połączony z połączonym silnikiem elektrycznym/generatorem.

Systemy FES mają stosunkowo długi czas życia (trwający dziesięciolecia przy niewielkiej konserwacji lub bez konserwacji; czas życia w pełnym cyklu podawany dla kół zamachowych wynosi od ponad 105 do 107 cykli użytkowania), wysoką energię właściwą (100-130 W-h/kg lub 360-500 kJ/kg) i gęstość mocy.

Stała masa grawitacyjna Edycja

Zmiana wysokości mas stałych może przechowywać lub uwalniać energię poprzez system podnoszenia napędzany przez silnik elektryczny/generator. Badania sugerują, że energia może zacząć być uwalniana już po 1 sekundzie ostrzeżenia, co czyni tę metodę użytecznym dodatkowym zasilaniem sieci elektrycznej w celu zrównoważenia skoków obciążenia.

Wydajność może wynosić nawet 85% odzysku zmagazynowanej energii.

Można to osiągnąć poprzez umieszczenie mas w starych pionowych szybach kopalnianych lub w specjalnie skonstruowanych wieżach, w których ciężkie ciężary są wyciągane w celu zmagazynowania energii i pozwalają na kontrolowane opadanie w celu jej uwolnienia. W 2020 r. prototypowy pionowy magazyn jest budowany w Edynburgu w Szkocji

Potencjalne magazynowanie energii lub magazynowanie energii grawitacyjnej było aktywnie rozwijane w 2013 r. we współpracy z California Independent System Operator. Badano w nim przemieszczanie wypełnionych ziemią wagonów kolejowych typu hopper napędzanych lokomotywami elektrycznymi z niższych na wyższe wysokości.

Inne proponowane metody obejmują:-

• użycie szyn i dźwigów do przemieszczania betonowych ciężarów w górę i w dół;
• wykorzystanie wysokogórskich platform balonowych napędzanych energią słoneczną, obsługujących wciągarki do podnoszenia i opuszczania zawieszonych pod nimi mas stałych,
• wykorzystanie wciągarek obsługiwanych przez barkę oceaniczną w celu wykorzystania różnicy wysokości między powierzchnią morza a dnem morskim wynoszącej 4 km (13 000 stóp),

Wieża akumulacyjna ciepłownicza z Theiss koło Krems an der Donau w Dolnej Austrii o mocy cieplnej 2 GWh

ThermalEdit

Thermal energy storage (TES) is the temporary storage or removal of heat.

Sensible heat thermalEdit

Sensible heat storage take advantage of sensible heat in a material to store energy.

Seasonal thermal energy storage (STES) allows heat or cold to be used months after it was collected from waste energy or natural sources. Materiał może być przechowywany w zamkniętych warstwach wodonośnych, skupiskach otworów wiertniczych w podłożu geologicznym, takim jak piasek lub skała krystaliczna, w wyłożonych dołach wypełnionych żwirem i wodą lub wypełnionych wodą kopalniach. Projekty sezonowego magazynowania energii cieplnej (STES) często zwracają się w ciągu czterech do sześciu lat. Przykładem jest Drake Landing Solar Community w Kanadzie, gdzie 97% całorocznego ciepła dostarczają kolektory słoneczno-termiczne na dachach garaży, a technologią wspomagającą jest odwiertowy magazyn energii cieplnej (BTES). W Braedstrup, w Danii, gminny system ciepłowniczy również wykorzystuje STES, o temperaturze 65 °C (149 °F). Pompa ciepła, która jest uruchamiana tylko wtedy, gdy w sieci krajowej dostępna jest nadwyżka energii wiatrowej, jest wykorzystywana do podniesienia temperatury do 80 °C (176 °F) w celu dystrybucji. Gdy nadwyżka energii elektrycznej generowanej przez wiatr nie jest dostępna, wykorzystywany jest kocioł gazowy. Dwadzieścia procent ciepła w Braedstrup pochodzi z energii słonecznej.

Ciepło utajone (LHTES)

Systemy magazynowania energii cieplnej ciepła utajonego działają poprzez przekazywanie ciepła do lub z materiału w celu zmiany jego fazy. Zmiana fazy to topnienie, krzepnięcie, odparowanie lub skraplanie. Taki materiał nazywany jest materiałem zmiennofazowym (PCM). Materiały stosowane w systemach LHTES często mają wysokie ciepło utajone, tak więc w ich określonej temperaturze przemiana fazowa pochłania dużą ilość energii, znacznie więcej niż ciepło jawne.

Kumulator pary jest rodzajem systemu LHTES, w którym przemiana fazowa zachodzi pomiędzy cieczą a gazem i wykorzystuje ciepło utajone parowania wody. Systemy klimatyzacji z zasobnikiem lodu wykorzystują energię elektryczną poza szczytem do przechowywania zimna poprzez zamrażanie wody w lód. Zmagazynowane w lodzie zimno uwalnia się podczas procesu topnienia i może być wykorzystywane do chłodzenia w godzinach szczytu.

Kriogeniczne magazynowanie energii cieplnejEdit

Zobacz główny artykuł Kriogeniczne magazynowanie energii

Powietrze może być skroplone poprzez chłodzenie z wykorzystaniem energii elektrycznej i przechowywane jako kriogen w istniejących technologiach. Ciekłe powietrze może być następnie rozprężone przez turbinę, a energia odzyskana w postaci energii elektrycznej. System został zademonstrowany w pilotażowym zakładzie w Wielkiej Brytanii w 2012 r.W 2019 r., Highview ogłosił plany budowy 50 MW w północnej Anglii i północnym Vermont, z proponowanym obiektem zdolnym do przechowywania pięciu do ośmiu godzin energii, dla 250-400 MWh pojemności magazynowej.

Bateria CarnotaEdit

Zobacz główny artykuł Bateria Carnota

Energia elektryczna może być przechowywana w magazynach ciepła przez ogrzewanie oporowe lub pompy ciepła, a przechowywane ciepło może być przekształcone z powrotem w energię elektryczną za pomocą cyklu Rankine’a lub cyklu Braytona.Technologia ta została zbadana w celu modernizacji istniejących elektrowni węglowych do systemów generowania wolnych od paliw kopalnych. Kotły węglowe są zastępowane przez wysokotemperaturowy magazyn ciepła, który jest ładowany przez nadmiar energii elektrycznej ze zmiennych źródeł odnawialnych.W 2020 roku Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki rozpoczyna budowę pierwszego na świecie systemu baterii Carnota na dużą skalę, który ma pojemność 1000 MWh.

ElektrochemiczneEdit

AkumulatorEdit

Bank akumulatorów wykorzystywany jako bezprzerwowe zasilanie w centrum danych

Bateria akumulatorowa składa się z jednego lub więcej ogniw elektrochemicznych. Jest on znany jako „ogniwo wtórne”, ponieważ zachodzące w nim reakcje elektrochemiczne są elektrycznie odwracalne. Akumulatory występują w wielu kształtach i rozmiarach, od ogniw guzikowych do megawatowych systemów sieciowych.

Kumulatory wielokrotnego ładowania mają niższy całkowity koszt użytkowania i wpływ na środowisko niż akumulatory jednorazowe. Niektóre typy baterii wielokrotnego ładowania są dostępne w takich samych obudowach jak baterie jednorazowe. Akumulatory mają wyższy koszt początkowy, ale mogą być ładowane bardzo tanio i używane wiele razy.

Wspólne składy chemiczne akumulatorów obejmują:

• Akumulator kwasowo-ołowiowy: Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają największy udział w rynku produktów do przechowywania energii elektrycznej. Pojedyncze ogniwo wytwarza około 2V po naładowaniu. W stanie naładowanym metaliczna elektroda ujemna ołowiu i elektroda dodatnia siarczanu ołowiu są zanurzone w rozcieńczonym elektrolicie kwasu siarkowego (H2SO4). W procesie rozładowania elektrony są wypychane z ogniwa, ponieważ na elektrodzie ujemnej tworzy się siarczan ołowiu, a elektrolit redukuje się do wody.

• Technologia akumulatorów kwasowo-ołowiowych została szeroko rozwinięta. Utrzymanie wymaga minimalnej pracy, a jego koszt jest niski. Dostępna pojemność energetyczna akumulatora ulega szybkiemu rozładowaniu, co skutkuje niską żywotnością i małą gęstością energii.

• Akumulator niklowo-kadmowy (NiCd): Wykorzystuje wodorotlenek tlenku niklu i metaliczny kadm jako elektrody. Kadm jest pierwiastkiem toksycznym i został zakazany do większości zastosowań przez Unię Europejską w 2004 roku. Akumulatory niklowo-kadmowe zostały prawie całkowicie zastąpione przez akumulatory wodorkowo-niklowe (NiMH).
• Akumulator wodorkowo-niklowy (NiMH): Pierwsze komercyjne typy były dostępne w 1989 roku. Są one obecnie powszechnym typem konsumenckim i przemysłowym. Akumulator posiada stop pochłaniający wodór dla elektrody ujemnej zamiast kadmu.
• Akumulator litowo-jonowy: Są wybierane w wielu urządzeniach elektroniki użytkowej i mają jeden z najlepszych stosunków energii do masy oraz bardzo powolne samorozładowanie, gdy nie są używane.
• Bateria litowo-jonowa polimerowa: Akumulatory te mają niewielką masę i mogą być wykonane w dowolnym kształcie.

Akumulator przepływowyEdit

Bateria przepływowa działa poprzez przepuszczanie roztworu przez membranę, gdzie jony są wymieniane w celu naładowania lub rozładowania ogniwa. Napięcie ogniwa jest chemicznie określane przez równanie Nernsta i waha się w praktycznych zastosowaniach od 1,0 V do 2,2 V. Pojemność akumulatora zależy od objętości roztworu. Bateria przepływowa jest technicznie podobna zarówno do ogniwa paliwowego jak i do elektrochemicznego ogniwa akumulatorowego. Zastosowania komercyjne dotyczą magazynowania długich półcykli, takich jak rezerwowe zasilanie sieci energetycznej.

SuperkondensatorEdit

Jeden z floty elektrycznych kapabusów zasilanych superkondensatorami, na stacji szybkiego ładowania przystanek autobusowy, w użyciu podczas Expo 2010 Szanghaj Chiny. Szyny ładujące można zobaczyć zawieszone nad autobusem.

Superkondensatory, zwane również elektrycznymi kondensatorami dwuwarstwowymi (EDLC) lub ultrakondensatorami, to rodzina kondensatorów elektrochemicznych, które nie posiadają konwencjonalnych dielektryków stałych. Pojemność jest określana na podstawie dwóch zasad magazynowania, pojemności dwuwarstwowej i pseudokapacytancji.

Superkondensatory wypełniają lukę pomiędzy konwencjonalnymi kondensatorami a bateriami wielokrotnego ładowania. Przechowują najwięcej energii na jednostkę objętości lub masy (gęstość energii) wśród kondensatorów. Obsługują do 10 000 faradów/1,2 V, do 10 000 razy więcej niż kondensatory elektrolityczne, ale dostarczają lub przyjmują mniej niż połowę mocy w jednostce czasu (gęstość mocy).

Podczas gdy superkondensatory mają energię właściwą i gęstość energii, które wynoszą około 10% baterii, ich gęstość mocy jest zazwyczaj 10 do 100 razy większa. Skutkuje to znacznie krótszymi cyklami ładowania/rozładowania. Ponadto tolerują one o wiele więcej cykli ładowania/rozładowania niż akumulatory.

Superkondensatory mają wiele zastosowań, w tym:

• Niski prąd zasilania do podtrzymywania pamięci w statycznej pamięci o dostępie swobodnym (SRAM)
• Zasilanie samochodów, autobusów, pociągów, dźwigów i wind, w tym odzyskiwanie energii z hamowania, krótkoterminowe przechowywanie energii i dostarczanie energii w trybie burst

Inne chemiczneEdit

Zasilanie do gazuEdit

Power to gas to konwersja energii elektrycznej na paliwo gazowe, takie jak wodór lub metan. Trzy metody handlowe wykorzystują energię elektryczną do redukcji wody do wodoru i tlenu za pomocą elektrolizy.

W pierwszej metodzie wodór jest wtryskiwany do sieci gazu ziemnego lub jest wykorzystywany do transportu. Druga metoda polega na połączeniu wodoru z dwutlenkiem węgla w celu wytworzenia metanu przy użyciu reakcji metanizacji, takiej jak reakcja Sabatiera, lub metanizacji biologicznej, co powoduje dodatkową stratę konwersji energii w wysokości 8%. Metan może być następnie wprowadzony do sieci gazu ziemnego. Trzecia metoda wykorzystuje gaz wyjściowy z generatora gazu drzewnego lub biogazowni, po zmieszaniu z wodorem z elektrolizera, do podniesienia jakości biogazu.

WodórEdit

Pierwiastek wodór może być formą zmagazynowanej energii. Wodór może wytwarzać energię elektryczną za pomocą wodorowego ogniwa paliwowego.

Przy penetracji poniżej 20% zapotrzebowania sieci, źródła odnawialne nie zmieniają poważnie ekonomiki; ale powyżej około 20% całkowitego zapotrzebowania, zewnętrzne magazynowanie staje się ważne. Jeśli te źródła są wykorzystywane do produkcji wodoru jonowego, można je swobodnie rozbudowywać. W 2007 roku w odległej miejscowości Ramea w Nowej Fundlandii i Labradorze rozpoczęto pięcioletni program pilotażowy z wykorzystaniem turbin wiatrowych i generatorów wodoru. Podobny projekt rozpoczął się w 2004 roku na Utsira, małej norweskiej wyspie.

Straty energii związane z cyklem magazynowania wodoru pochodzą z elektrolizy wody, skraplania lub sprężania wodoru oraz konwersji na energię elektryczną.

Do wyprodukowania kilograma wodoru potrzeba około 50 kW-h (180 MJ) energii słonecznej, więc koszt energii elektrycznej ma kluczowe znaczenie. Przy 0,03 USD/kWh, powszechnej stawce za energię elektryczną poza szczytem w Stanach Zjednoczonych, wodór kosztuje 1,50 USD za kilogram energii elektrycznej, co odpowiada 1,50 USD/galon benzyny. Inne koszty obejmują zakład elektrolizy, sprężarki wodoru lub skraplania, przechowywania i transportu.

Wodór może być również wytwarzany z aluminium i wody poprzez usunięcie naturalnie występującej w aluminium bariery tlenku glinu i wprowadzenie go do wody. Metoda ta jest korzystna, ponieważ puszki aluminiowe z recyklingu mogą być wykorzystywane do generowania wodoru, jednak systemy do wykorzystania tej opcji nie zostały komercyjnie opracowane i są znacznie bardziej złożone niż systemy elektrolizy. Powszechne metody usuwania warstwy tlenku obejmują żrące katalizatory, takie jak wodorotlenek sodu i stopy z galem, rtęcią i innymi metalami.

Podziemne przechowywanie wodoru jest praktyką przechowywania wodoru w kawernach, kopułach solnych i wyczerpanych polach naftowych i gazowych. Duże ilości gazowego wodoru są przechowywane w kawernach przez Imperial Chemical Industries od wielu lat bez żadnych trudności. Europejski projekt Hyunder wskazał w 2013 roku, że magazynowanie energii wiatrowej i słonecznej przy użyciu podziemnego wodoru wymagałoby 85 kawern.

Powerpaste to płynny żel na bazie magnezu i wodoru, który uwalnia wodór podczas reakcji z wodą. Został on wynaleziony, opatentowany i jest rozwijany przez Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM) z Fraunhofer-Gesellschaft. Pasta Powerpaste powstaje w wyniku połączenia sproszkowanego magnezu z wodorem w celu utworzenia wodorku magnezu w procesie prowadzonym w temperaturze 350 °C i ciśnieniu pięć do sześciu razy większym od atmosferycznego. Następnie dodaje się ester i sól metalu, aby uzyskać gotowy produkt. Fraunhofer twierdzi, że buduje zakład produkcyjny, który ma rozpocząć produkcję w 2021 r., który będzie produkował 4 tony Powerpaste rocznie. Fraunhofer opatentował swój wynalazek w USA i UE. Fraunhofer twierdzi, że Powerpaste jest w stanie przechowywać energię wodoru przy 10-krotnie większej gęstości energii niż bateria litowa o podobnych wymiarach oraz jest bezpieczna i wygodna w sytuacjach motoryzacyjnych.

MetanEdit

Metan jest najprostszym węglowodorem o wzorze cząsteczkowym CH4. Metan jest łatwiejszy do magazynowania i transportu niż wodór. Infrastruktura magazynowania i spalania (rurociągi, gazometry, elektrownie) są dojrzałe.

Syntetyczny gaz ziemny (syngaz lub SNG) może być tworzony w wieloetapowym procesie, zaczynając od wodoru i tlenu. Wodór jest następnie poddawany reakcji z dwutlenkiem węgla w procesie Sabatiera, w wyniku czego powstaje metan i woda. Metan może być magazynowany, a następnie wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej. Powstała woda jest poddawana recyklingowi, co zmniejsza zapotrzebowanie na wodę. Na etapie elektrolizy, tlen jest przechowywany do spalania metanu w środowisku czystego tlenu w sąsiedniej elektrowni, eliminując tlenki azotu.

Spalanie metanu wytwarza dwutlenek węgla (CO2) i wodę. Dwutlenek węgla może być ponownie wykorzystany do wzmocnienia procesu Sabatiera, a woda może być ponownie wykorzystana do dalszej elektrolizy. Produkcja, magazynowanie i spalanie metanu powoduje recykling produktów reakcji.

CO2 ma wartość ekonomiczną jako składnik wektora magazynowania energii, a nie koszt, jak w przypadku wychwytywania i magazynowania dwutlenku węgla.

Power to liquidEdit

Power to liquid jest podobny do power to gas, z wyjątkiem tego, że wodór jest przekształcany w ciecze, takie jak metanol lub amoniak. Są one łatwiejsze w obsłudze niż gazy i wymagają mniej środków ostrożności niż wodór. Mogą być wykorzystywane do transportu, w tym samolotów, ale także do celów przemysłowych lub w sektorze energetycznym.

BiopaliwaEdit

Różne biopaliwa, takie jak biodiesel, olej roślinny, paliwa alkoholowe lub biomasa, mogą zastąpić paliwa kopalne. Różne procesy chemiczne mogą przekształcać węgiel i wodór w węglu, gazie ziemnym, biomasie roślinnej i zwierzęcej oraz odpadach organicznych w krótkie węglowodory odpowiednie jako zamienniki dla istniejących paliw węglowodorowych. Przykładami są olej napędowy Fischer-Tropsch, metanol, eter dimetylowy i syngaz. To źródło oleju napędowego było szeroko wykorzystywane podczas II wojny światowej w Niemczech, które miały ograniczony dostęp do dostaw ropy naftowej. Z podobnych powodów RPA produkuje większość krajowego oleju napędowego z węgla. Długoterminowa cena ropy naftowej powyżej 35 USD za baryłkę może sprawić, że takie syntetyczne paliwa płynne na dużą skalę staną się ekonomiczne.

AluminiumEdit

Aluminium zostało zaproponowane jako magazyn energii przez wielu badaczy. Jego ekwiwalent elektrochemiczny (8,04 Ah/cm3) jest prawie cztery razy większy niż litu (2,06 Ah/cm3). Energia może być pozyskiwana z aluminium poprzez reakcję z wodą w celu wytworzenia wodoru. Jednak najpierw musi zostać pozbawione naturalnej warstwy tlenku, proces ten wymaga sproszkowania, reakcji chemicznych z substancjami żrącymi lub stopów. Produktem ubocznym reakcji tworzenia wodoru jest tlenek glinu, który może być ponownie przetworzony na aluminium w procesie Halla-Héroulta, co sprawia, że reakcja ta jest teoretycznie odnawialna. Jeśli proces Halla-Heroulta jest prowadzony przy użyciu energii słonecznej lub wiatrowej, aluminium mogłoby być użyte do przechowywania wyprodukowanej energii z wyższą wydajnością niż bezpośrednia elektroliza słoneczna.

Bor, krzem i cynkEdit

Bor, krzem i cynk zostały zaproponowane jako rozwiązania do przechowywania energii.

Inne związki chemiczneEdit

Związek organiczny norbornadien przekształca się w czterocyklan po wystawieniu na działanie światła, przechowując energię słoneczną jako energię wiązań chemicznych. Działający system został opracowany w Szwecji jako molekularny system solarny.

Metody elektryczneEdit

KondensatorEdit

Ten mylarowo-filmowy, wypełniony olejem kondensator ma bardzo niską indukcyjność i niską rezystancję, aby zapewnić wysoką moc (70 megawatów) i bardzo dużą prędkość (1.2 mikrosekundy) wyładowań potrzebnych do obsługi lasera barwnikowego.

Kondensator (pierwotnie znany jako „kondensator”) jest pasywnym dwukońcówkowym elementem elektrycznym używanym do przechowywania energii elektrostatycznie. Praktyczne kondensatory różnią się znacznie, ale wszystkie zawierają co najmniej dwa przewodniki elektryczne (płyty) oddzielone dielektrykiem (tj. izolatorem). Kondensator może przechowywać energię elektryczną, gdy jest odłączony od obwodu ładowania, więc może być używany jak tymczasowa bateria lub jak inne rodzaje systemów magazynowania energii. Kondensatory są powszechnie stosowane w urządzeniach elektronicznych, aby utrzymać zasilanie, gdy baterie się zmieniają. (Zapobiega to utracie informacji w pamięci lotnej.) Konwencjonalne kondensatory dostarczają mniej niż 360 dżuli na kilogram, podczas gdy konwencjonalna bateria alkaliczna ma gęstość 590 kJ/kg.

Kondensatory przechowują energię w polu elektrostatycznym pomiędzy ich płytami. Biorąc pod uwagę różnicę potencjałów między przewodnikami (np. gdy kondensator jest podłączony do baterii), pole elektryczne rozwija się w dielektryku, powodując gromadzenie się ładunku dodatniego (+Q) na jednej płycie i ładunku ujemnego (-Q) na drugiej płycie. Jeśli bateria jest podłączona do kondensatora przez wystarczającą ilość czasu, żaden prąd nie może przepłynąć przez kondensator. Jednakże, jeśli przyspieszające lub zmienne napięcie zostanie przyłożone przez wyprowadzenia kondensatora, może płynąć prąd wyporowy. Oprócz płyt kondensatora, ładunek może być również przechowywany w warstwie dielektrycznej.

Kapacytancja jest większa biorąc pod uwagę węższą separację między przewodnikami i gdy przewodniki mają większą powierzchnię. W praktyce, dielektryk pomiędzy płytami emituje niewielką ilość prądu upływu i ma graniczną wartość natężenia pola elektrycznego, znaną jako napięcie przebicia. Jednakże, efekt regeneracji dielektryka po wysokonapięciowej awarii jest obiecujący dla nowej generacji samoregenerujących się kondensatorów. Przewodniki i wyprowadzenia wprowadzają niepożądaną indukcyjność i rezystancję.

Badania oceniają efekty kwantowe kondensatorów nanoskalowych dla cyfrowych baterii kwantowych.

Magnetyki nadprzewodząceEdit

Systemy SMES (ang. Superconducting magnetic energy storage) przechowują energię w polu magnetycznym wytworzonym przez przepływ prądu stałego w cewce nadprzewodzącej, która została schłodzona do temperatury poniżej jej krytycznej temperatury nadprzewodnictwa. Typowy system SMES składa się z cewki nadprzewodzącej, systemu kondycjonowania energii i chłodziarki. Po naładowaniu cewki nadprzewodzącej, prąd nie zanika, a energia magnetyczna może być przechowywana w nieskończoność.

Zmagazynowana energia może być uwolniona do sieci poprzez rozładowanie cewki. Związany z tym inwerter/prostownik odpowiada za około 2-3% strat energii w każdym kierunku. SMES traci najmniejszą ilość energii elektrycznej w procesie magazynowania energii w porównaniu z innymi metodami magazynowania energii. Systemy SMES oferują sprawność obiegu większą niż 95%.

Z uwagi na wymagania energetyczne chłodzenia i koszt drutu nadprzewodzącego, SMES jest wykorzystywany do magazynowania krótkotrwałego, takiego jak poprawa jakości zasilania. Ma również zastosowanie w bilansowaniu sieci.

.