Сонячна енергія — це чисте й поширене відновлюване джерело енергії, яке може допомогти зменшити викиди парникових газів і боротися зі зміною клімату. Однак сонячна енергія також мінлива і невизначена, тобто залежить від погоди та часу доби. Це створює проблему для регіонів з дефіцитом електроенергії, де надійна та доступна електроенергія є важливою для розвитку та добробуту людей.
Технології зберігання енергії: ключове рішення
Один із способів подолати мінливість і невизначеність сонячної енергії — зберігати її, коли вона надлишок, і використовувати, коли вона потрібна. Зберігання енергії може допомогти згладити піки та спади попиту та пропозиції електроенергії, а також забезпечити резервне живлення у разі збоїв у мережі або аварійних ситуацій.
Існують різні типи технологій зберігання енергії, які можна використовувати з сонячною енергією, наприклад:
Акумулятори: ці пристрої перетворюють накопичену хімічну енергію в електричну. Їх можна використовувати в різних масштабах, від домашніх до мережевих, і останніми роками вони стали дешевшими та ефективнішими. Наприклад, сховище енергії Moss Landing у Каліфорнії, США, є найбільшою у світі системою накопичення енергії від акумуляторів потужністю 300 мегават.
Насосна гідро: Цей метод передбачає перекачування води вгору в періоди низького попиту на енергію та випуск її через турбіни для виробництва електроенергії в періоди високого попиту. Це найбільш широко використовувана форма зберігання енергії, особливо для великомасштабних застосувань. Очікується, що гідроенергетика, включаючи гідроакумулюючу енергію, залишатиметься найбільшим у світі джерелом відновлюваної електроенергії.
Накопичувач теплової енергії: Ця техніка передбачає зберігання тепла чи холоду в таких матеріалах, як вода, розплавлена сіль, лід або матеріали зі зміною фази. Його можна використовувати для опалення або охолодження будівель або промислових процесів або для виробництва електроенергії за допомогою парових турбін або теплових двигунів. Передбачається, що до 2030 року накопичувачі теплової енергії збільшаться втричі.
Механічний накопичувач енергії: цей підхід використовує рух або силу тяжіння для зберігання електроенергії. Приклади включають маховики, стиснене повітря та гравітаційні системи. Ці технології можуть забезпечити швидку та гнучку реакцію на коливання мережі та проблеми з якістю електроенергії.
Технології зберігання енергії: ключовий виклик
Хоча зберігання енергії може запропонувати багато переваг для інтеграції сонячної енергії в райони з дефіцитом електроенергії, воно також стикається з багатьма проблемами. Деякі з них включають:
Вартість: Технології зберігання енергії все ще дорогі порівняно зі звичайними електростанціями, що працюють на викопному паливі. Вартість зберігання енергії залежить від різних факторів, таких як тип, розмір, розташування та застосування технології. Вирівняна вартість зберігання (LCOS), яка вимірює середню вартість одиниці електроенергії, що постачається системою зберігання протягом усього терміну служби, сильно відрізняється в залежності від технологій і регіонів.
Продуктивність: Технології зберігання енергії мають різні характеристики щодо потужності, енергетичної ємності, ефективності, тривалості життя та впливу на навколишнє середовище. Це впливає на їх придатність для різних цілей і сценаріїв. Наприклад, батареї можуть забезпечувати високу вихідну потужність протягом короткого часу, тоді як насосна гідросистема може забезпечувати низьку вихідну потужність протягом тривалого часу. Крім того, деякі технології накопичення енергії можуть погіршуватися з часом або втрачати ефективність через циклічність або саморозряд.
Надійність: Технології накопичення енергії мають бути достатньо надійними, щоб задовольнити попит на електроенергію в регіонах з дефіцитом електроенергії, де перебої з електроенергією можуть мати серйозні наслідки для здоров’я, освіти та економічної діяльності. Однак надійність зберігання енергії залежить від наявності та якості сонячного ресурсу, а також від конструкції та роботи системи. Наприклад, дослідження Tong et al. виявили, що навіть за ідеальної передачі та річної генерації, яка дорівнює річному попиту, але без накопичення енергії, сонячні системи можуть задовольнити потреби країни’ в електроенергії лише за 48–79% годин (порівняно з 72–91% для вітрових систем ). Додавання 12 годин зберігання може збільшити цей діапазон до 65–88% для систем, що працюють від сонячної енергії (і 83–94% для систем, що працюють від вітру), але все одно залишить сотні годин незадоволеного попиту на рік.
Висновок
Сонячна енергія та накопичення енергії можуть відігравати важливу роль у забезпеченні екологічно чистої та сталої електроенергії для регіонів з дефіцитом електроенергії. Однак вони також стикаються з багатьма технічними, економічними та соціальними проблемами, які необхідно вирішити. Тому необхідний цілісний і комплексний підхід, який враховує не лише сонячні та вітрові ресурси, але й інші відновлювані джерела, такі як гідроелектроенергію, геотермальна енергія та біомаса; а також інші рішення, такі як управління попитом, скорочення та регіональне агрегування. Крім того, розробка накопичувачів енергії повинна узгоджуватися з потребами та вподобаннями місцевих громад, а також з екологічними та соціальними наслідками технологій.