ניתן למצוא כיום סוגים שונים של אגירת אנרגיה. חלקם כוללים קבלים, סוללות ליתיום–יון, סוללות זרימה ודלק ביולוגי.
סוללות ליתיום יון
בהשוואה לסוללות עופרת, סוללות ליתיום יון לאחסון אנרגיה מציעות צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, חיי מחזור ארוכים יותר וקצב פריקה עצמית נמוך יותר. הם מציעים גם טמפרטורת פעולה מוגברת ואנרגיה גבוהה ליחידת מסה. עם זאת, העלות של סוללות ליתיום–יון גבוהה משמעותית. לפיכך, הוזלת עלויות משמעותית נחוצה להמשך הצמיחה של שוק סוללות הליתיום–יון.
סוללות ליתיום–יון נמצאות בשימוש נרחב בכלי רכב חשמליים ובמספר יישומים אחרים. הם מציעים ביצועים מצוינים וחיי מחזור ארוכים, כמו גם את הגמישות של התאמה אישית של הגודל. סוללות ליתיום–יון לאחסון אנרגיה הן הבחירה האידיאלית לאחסון אנרגיה המופקת על ידי פאנלים סולאריים.
אתגר מרכזי לתעשיית סוללות הליתיום–יון הוא מיחזור. התעשייה מנסה לפתח מערכת מיחזור יעילה המפחיתה את ההשפעה הסביבתית של מיצוי חומרי הגלם.
יוני ליתיום הם בחירה טובה עבור סוללות בגלל צפיפות האנרגיה הגבוהה ומשקלם הנמוך. הם גם מתאימים לשימוש במערכות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול.
כתוצאה מכך, שוק סוללות הליתיום–יון חווה צמיחה משמעותית בשנים האחרונות. מספר הולך וגדל של מערכות אחסון אנרגיה בסוללות נפרסות כדי לתמוך במעבר לאספקת אנרגיה מתחדשת. שוק סוללות הליתיום–יון צפוי לחוות צמיחה בולטת במהלך תקופת התחזית. השוק צפוי להיות עד לעלייה משמעותית באזורי ארה"ב ואסיה פסיפיק עקב הביקוש הגובר לאנרגיה מתחדשת. בנוסף, מערכות אחסון אנרגיה של סוללת ליתיום–יון צפויות להיפרס באירופה כדי להגביר את הגמישות של הרשת.
לסוללות ליתיום–יון למערכות אנרגיה יש פוטנציאל להציע חשמל באיכות גבוהה בעלות נמוכה. הם יכולים לספק חשמל למגוון ציוד, כולל צגי מחשב, מכשירים רפואיים, מערכות אזעקה ומערכות מעקב. לסוללות ליתיום–יון יש גם תפקיד חשוב במעבר למערכת אנרגיה נטולת פחמן.
סוללת ליתיום–יון היא סוללה נטענת המשתמשת באלקטרוליטים לא מימיים כדי לאגור אנרגיה. במהלך הפריקה, יוני ליתיום נודדים דרך האלקטרוליט, ואז מתפזרים לתוך קתודה מנוולת. זה גורם לעלייה בעכבה של אלקטרודות. הביצועים של סוללת ליתיום יהיו תלויים בחומר הקתודה המשמש. הקתודות עשויות להכיל מספר חומרי תחמוצת מתכת ליתיום.
סוללות זרימה
סוללות זרימה לאחסון אנרגיה הן חלופה חדשה לסוללות נטענות קונבנציונליות. הם אמינים, ברי קיימא, גמישים וחסכוניים. הם גם קלים להתקנה ולתחזוקה. סוללות זרימה משמשות בתעשיות רבות, כולל שירותים. הם גם שפירים לסביבה. עם זאת, יש להם כמה אתגרים, כולל עלויות הון גבוהות, עלויות חומרים ועלויות התקנה. סוללות Flow אינן יעילות כמו סוללות נטענות קונבנציונליות, והן אינן עמידות לאורך זמן כמו סוללות ליתיום–יון.
על מנת להבטיח פעולה בטוחה ויעילה של סוללת זרימת חיזור, חיוני לנטר את מצב הטעינה של הסוללה. בנוסף לניטור תקינות הסוללה, יש להקפיד על פרוטוקול בטיחות מתאים כדי למנוע אפשרות של פיצוץ. ניתן לקבוע את תקינותה של סוללת זרימת חיזור באמצעות שיטה הנקראת אולטרסאונד פולס–הד. שיטה זו משתמשת במתמר פיזואלקטרי המותקן על קיר של תא בדיקה קולי שתוכנן במיוחד כדי להמיר אותות חשמליים לרטט קול.
משרד האנרגיה קבע יעד להוזיל את עלות אחסון האנרגיה לאורך זמן ב-90% עד סוף העשור. זה חשוב במיוחד מכיוון שאחסון לטווח ארוך יהיה קריטי כדי לענות על צורכי אמינות ויעדי שחרור פחמן. עם זאת, חשוב לציין שהעלות המצטברת של הגדלת קיבולת אגירת האנרגיה של סוללה משקפת את עלות האלקטרוליט. פותח אלקטרוליט חדש המציע צפיפות אנרגיה גדולה יותר וטווח טמפרטורות עבודה רחב יותר.
סוללת זרימת החיזור היא פתרון חדש ומבטיח לאגירת אנרגיה ברשת שיוצר השפעה עולמית. זוהי טכנולוגיה רב–תכליתית שניתן להשתמש בה לאחסון אנרגיה מתחדשת ברמת הרשת וברשתות מיקרו. זה יכול לשמש גם כדי לאזן עומסים על הרשת. בנוסף ליתרונות אלה, סוללות זרימת חיזור הן פתרון אמין לאחסון אנרגיה. הם גם ידידותיים לסביבה ומתאימים לאגירת אנרגיה לאורך זמן.
סוללות זרימה זמינות במגוון רחב של כימיה. הם עשויים מוונדיום, ברזל, כרום ואבץ. החומרים בעלי דליקות נמוכה והם שפירים לסביבה. הם גם ניתנים למיחזור. הם זמינים כתאים אלקטרוכימיים, וניתן לחבר אותם בסדרה או במקביל.
קבלים
בחירת הקבל המתאים לאחסון אנרגיה היא קריטית. הוא אמור להיות מסוגל לבצע מספר פונקציות, החל מאגירת אנרגיה ועד להקטנת עומק הפריקה של סוללות. הוא אמור גם להיות מסוגל לספק אנרגיית עיכוב במהלך כיבוי בלתי צפוי, כך שניתן יהיה לבצע קריאה/כתיבה בזיכרון. טכנולוגיות קבלים שונות זמינות, אשר יש לחקור לפני שבוחרים נכון.
ניתן לסווג קבלים לאחסון אנרגיה לשתי קבוצות: קבלים על וקבלים אלקטרוליטיים. לקבלי–על יש תכונות רבות, כגון צפיפות הספק גבוהה, קצב פריקת טעינה גבוה והתנגדות נמוכה. יש להם גם זמן טעינה קצר וחיי מחזור ארוכים. הם סוג חדש של מכשיר אחסון אנרגיה שנמצא בשימוש בתחומים שונים. הם נמצאים בשימוש נרחב גם ביישומי אנרגיה מתחדשת.
קבלים אלקטרוליטיים נמצאים בשימוש נפוץ במעגלים אלקטרוניים. הם משמשים גם לאחסון כמויות קטנות של אנרגיה. יש להם יתרונות רבים על פני סוללות, כולל צפיפות הספק גבוהה, משקל נמוך ויעילות גבוהה. עם זאת, יש להם חיסרון אחד: הם יקרים יחסית.
קבלי–על הם הדור הבא של התקני אחסון אנרגיה. יש להם מאפיינים רבים, כולל צפיפות הספק גבוהה, משקל נמוך, קצב טעינה/פריקה גבוה וחיי מחזור ארוכים. עם זאת, הביצועים שלהם תלויים בחומרים המשמשים. קבלים אלה מוגדרים לעתים קרובות בתצורה סדרתית/מקבילית.
קבלים אלקטרוליטים מבוססים על חומרים שונים, כולל ננו–קבלים של גרפן. הם מורכבים משכבה אחת של אטומי פחמן. הם משמשים במערכות אחסון אנרגיה ומערכות המרת אנרגיה. היתרונות שלהם כוללים טווח טמפרטורות רחב, ביצועי טעינה–פריקה מצוינים ומשקל נמוך. ניתן לייצר אותם במגוון קיבולים, הנעים בין כמה מיליוואטים למספר מגה וואטים.
הביצועים של קבלי–על משתנים בהתאם לחומרים המשמשים. הם שימשו בתחומים רבים ושונים, כולל יישומי אנרגיה מתחדשת ואלקטרוניקה לבישה. הם משמשים גם בכלי רכב כבדים. הם יכולים לשמש גם במכשירים אלקטרוניים ממוזערים.
קבלים אלקטרוכימיים הופכים פופולריים יותר ויותר. מאמר זה מסכם חלק מהמחקרים שנעשו בתחום זה. המאמר רלוונטי למהנדסי רכיבים, מנהלי תוכניות ואחרים המתעניינים בטכנולוגיה זו.
דלק ביולוגי
בין אם אתה ספקן או מגן, דלק ביולוגי הוא דלק מבטיח שיכול להפחית את פליטת גזי חממה ולעזור להפחית את עוצמת האנרגיה של התחבורה. הם עשויים מחומר צמחי, כולל תירס, אצות וביומסה אחרת. ניתן לערבב דלק ביולוגי עם דלקים מאובנים או להשתמש בצורתם הטהורה. כמה מבקרים טוענים שייצור של דלק ביולוגי יכול להסיט קרקע מייצור מזון ולהשפיע לרעה על זמינות המזון. מספר מחקרים מצאו כי דלק ביולוגי הוא זול יותר מדלקים מאובנים מסורתיים, אך חשוב לקחת בחשבון את האנרגיה הדרושה לייצורם.
הוכח גם שדלקים ביולוגיים מפחיתים את פליטת גזי החממה ואת השימוש במים, שניהם יכולים להיות משמעותיים. הם גם מפחיתים את ההשפעות החברתיות ויכולים להפחית את מחירי המזון. הצורה הנפוצה ביותר של דלק ביולוגי בארצות הברית היא אתנול שמקורו בתירס. אתנול תירס היה יעד למבקרים, המצביעים על הפוטנציאל לשינוי בשימוש בקרקע, כמו גם על השפעות על מחירי המזון.
דלק ביולוגי מיוצר מסוכרים ועמילנים המיוצרים על ידי צמחים. תהליך התסיסה של ייצור אתנול, למשל, משתמש באנזימים לפירוק הסוכרים. התהליך גם משתמש בחום מהבעירה לייצור חשמל. תהליך ההמרה הוא תהליך יעיל מאוד, וחוקרים מאמינים שחיידקים וצורות חיים אחרות השתמשו במסלול דומה לפני הפוטוסינתזה.
חוק עצמאות וביטחון אנרגטי משנת 2007 הורה על שימוש בדלק ביולוגי מלבד אתנול שמקורו בתירס עד 2022. הוא המשיך בסבסוד ממשלתי לדלק ביולוגי. המעבדה הלאומית של Argonne והמעבדה הלאומית של צפון–מערב האוקיינוס השקט שיתפו פעולה בפרויקט להערכת מסלולי ייצור של דלק ביולוגי שונים. החוקרים העריכו את ההשפעה הסביבתית של המסלולים, העלות והפוטנציאל להרחבת השווקים המסחריים.
חוקרים העריכו 12 מסלולים לייצור דלק ביולוגי. כמה מהמסלולים הפחיתו את פליטת גזי החממה ביותר מ-60%. החוקרים גם העריכו את העלות והחלוקה של המסלולים. רוב המסלולים היו תחרותיים בעלות עם דלק מאובנים מסורתי.
החוקרים השתמשו במגוון חומרי הזנה עבור המסלולים, כולל תנור תירס, עץ וחומרי הזנה ביומסה מתחדשת. הם השתמשו במודל GREET(r) של Argonne כדי לבצע ניתוח מחזור חיים. הם גם העריכו את ההשפעה הסביבתית של המסלולים, כולל פליטת גזי חממה, שינויים בשימוש בקרקע ושימוש במי השקיה.
