Стационарные батареи (аккумуляторы) накопления энергии находится в разработке в течение нескольких десятилетий с успешным использованием перекачиваемой ГЭС хранения в качестве модели.
Несколько крупных демонстрационных проектов были построены и испытаны в различных областях применения сетки энергопредприятий. Кроме того, возобновляемые источники энергии, такие как ветер и фотоэлектрические может потребовать систем хранения энергии. В то время как эти приложения являются новыми и расширение, сдвиг в сторону расширения роли накопителя энергии батареи на рынке электроэнергии стало очевидным к концу 1980-х и начале 1990-х годов. Исследования Sandia National Laboratories определили возможности для хранения энергии батареи длительное время, а также о передаче и распределению сегментов электрической сети. 
Исследования Daniel H. Doughty, Paul C. Butler, Abbas A. Akhil, Nancy H. Clark и John D. Boyes описывают требования к аккумуляторной батарее и обеспечивают предварительную оценку потенциальных затрат и выгод от этих приложений для электрической сети США. Приложения делятся на две основные категории: энергетических применений и силовых цепей. Энергетические применения включают системы хранения данных разряда в течение определенного периода (как правило, один разрядный цикл в день) с соответственно долгих зарядных периодов. Силовые приложения включают сравнительно короткие периоды разряда (от секунд до минут), короткие периоды подзарядки, и часто требуют много циклов в день.
Подробные критерии эффективности приложений, таких как пик и выравнивания нагрузки (энергетических приложений), а также частоты и регулирования напряжения, качества электроэнергии, сглаживанию возобновляемой генерации и рампа управления скоростью (силовых цепей) описаны в материалах конференции The Electrochemical Society Interface (Fall 2010). Как правило, наиболее важное требование — есть необходимость низкой цены, гибкость конструкции, проверенные технологии батарей и надежность работы.
Хотя были предложены и разработаны для применений хранения энергии электрических батарей многие технологии, лишь малая часть была фактически использована в выставленными системах. Технологии, которые используются в исследованных системах включают свинцово-кислотные, никель / кадмий, натрий / сера, и батареи потока ванадиевая редокса.
Экономически эффективные системы хранения энергии
Есть много примеров крупных систем использования масштабных батарей в полевых условиях. В материалах конференции приводится краткий перечень примеров установленных больших аккумуляторных систем.
Вторичные батареи, такие как свинцово-кислотные, никель-кадмиевых и литий-ионных батарей могут быть развернуты для хранения энергии, но требуют некоторого реинжиниринга для масштабной электрической сети. Два новых классов аккумуляторных систем, которые имеют отношение к новым установкам крупных систем хранения энергии являются натрий / сера (Na / S) и новый тип электролита батареи. Каждая из этих батарей кратко описаны, а также выделена информация, связанная с большими батареями.
Вторичные батареи
Стабилизации масштабной электрической сети, или сети поддержки, системы хранения энергии в настоящее время состоят из крупных установок свинцово-кислотных аккумуляторов в качестве стандартной технологии. Основной функцией поддержки сети является обеспечение «Spinning резерва» в случае силовой установки или отказа оборудования линии передачи, то есть избыточные мощности, чтобы обеспечить силу, как и другие электростанции в оперативном режиме. Эти системы могут принимать энергию из сети, когда либо частота или напряжение слишком велико, и вернуть эту энергию в сеть, когда частота или напряжение начинает ослабевать. Текущая реализация может обеспечить несколько минут энергии, но в целом управления сетями, в том числе сдвиг пиковых нагрузок, а также поддержки использования возобновляемых источников энергии, потребует более длительного хранения и поэтому требуется реинжиниринг традиционных систем хранения для обработки больших коэффициентов энергии / мощности. Некоторые улучшения могут быть сделаны реинжиниринга существующих вторичных технологий батарей; большей длительности разряда , как правило, требуют новых системных и химических конструкций.
Свинцово-кислотные батареи химически могут быть модифицированы для хранения приложений сети за пределами стабилизации приложений путем модификации электродных структур. Свинец-угольные электроды предназначены для сочетания в себе высокой плотности энергии хорошо спроектированных батареи с высокой удельной мощностью, полученной с помощью зарядки и разрядки электрохимического двойного слоя. Исследование электрода свинцово-углерода было сосредоточено на продолжении жизненного цикла долговечности и удельной мощности. Углерод добавляют к режимам традиционных свинцово-кислотных батарей. В этих приложениях, хотелось бы иметь относительно глубокие разряды с хорошим жизненным циклом. Недавние исследования в Sandia показали, что новые углеродные повышенные отрицательные электроды с клапанным регулированием свинцово-кислотных (VRLA) батарей улучшили срок службы до 10 раз (до 4 ° С).
Литий-ионные батареи, которые достигли значительного проникновения в рынок портативных бытовой электроники (например: аккумуляторы suzuki) и делает переход в гибридные и электрические транспортные средства приложений, имеют также возможности в хранении энергии сети. Если рост в отрасли с транспортными средствами и на рынке бытовой электроники, что может принести улучшения и производства экономии за счет эффекта масштаба, они, вероятно, найдут свой путь в системах хранения энергии сети. Разработчики стремятся снизить эксплуатационные и эксплуатационные расходы, обеспечить высокую эффективность, и гарантировать, что крупные банки батарей можно контролировать. В качестве примера, в ноябре 2009 года, AES Energy Storage и A123 Systems объявила о коммерческой операции резервного проекта, регулирования частоты мощностью 12 МВт на подстанции в пустыне Атакама, Чили. Продолжение снижения стоимости, срока службы и состояние заряда улучшается, будет иметь решающее значение для этих типов батарей в приложениях сети.
Натрий-Бета высокотемпературные батареи
Аккумуляторные технологии батареи высокотемпературные, которые используют металлический натрий предлагают привлекательные решения для многих крупномасштабных энергопредприятий занимающихся хранением энергии. Кандидаты в области применения включают нагрузки нивелирования, качество питания и пик нагрузки, а также управление возобновляемыми источниками энергии и их интеграции. Ряд вариантов питания на натриевой основе были предложены в течение многих лет, но варианты, которые были применяются дольше всего называются бета-натрий-батарей. Это обозначение используется из-за двух общих и важные особенности: жидкий натрий, активный материал в отрицательном электроде, а также керамические функции сепараторов бета-оксид алюминия в качестве электролита. Технология натрия / сера стала использоваться в середине 1970-х.
Авторы
-
Daniel H. Даути является президентом Battery Safety Consulting Inc. в Альбукерке, Нью-Мексико. Его интересы включают в себя анализ отказов, современные материалы и высоко-технологичных конструкций батареи энергии, которые обеспечивают повышенную безопасность батареи. Он также активно участвует в разработке стандартных испытаний на безопасность батарей.
-
Paul Butler в настоящее время является менеджером Объединенной DoD / DOE программы по боеприпасам в Sandia National Laboratories. Он принимает активное участие в исследованиях и разработке технологий боеприпасов, а также передовых источников энергии.
-
Abbas Akhil является принципиальным членом технического персонала в Sandia National Laboratories в Альбукерке, Нью-Мексико. Он работает в энергетической инфраструктуры и Департамента распределенных энергетических ресурсов, а также активно участвует в проектировании и эксплуатации проектов современных систем хранения энергии. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в электрической отрасли и инженерных систем хранения энергии.
-
Nancy H. Clark менеджер проекта энергетических программ хранения DOE ESS Program-Sandia National Laboratories.