Uskladnenie elektrickej energie

Uskladnenie elektrickej energie umožňuje výrobcom elektrickej energie poslať prebytok vyrobenej el. energie cez sieť elektrických vedení na dočasné uloženie do energetických úložísk. Tieto úložiská sa stanú v čase väčšieho dopytu po el. energií zdrojom energie. Úložiská tiež optimalizujú produkciu energie ukladaním tzv. špičkovej el. energie, ktorá sa využije v čase špičkového odberu. Tiež užívatelia fotovoltaických a veterných zdrojov sa môžu vyhnúť používaniu batérií tým, že sa pripoja do siete úložísk. Úložisko sa tak stáva jednou obrovskou batériou. El. energia fotovoltaiky môže byť potom akumulovaná do úložiska pre nočnú spotrebu a energia z vetra sa zas z úložiska využije v čase bezvetria.
Sieť energetických úložísk má úzky súvis s decentralizovanou výrobou energie. Aby decentralizovaná výroba fungovala správne zavádzajú sa špeciálne technické a ekonomické opatrenia (ako sieťové merania a energetické systémy “energia elektrovozidiel ako súčasť úložiska“) a regulačná podpora.

Príklad

Veľká finančne nákladná nukleárna, alebo uhoľná elektráreň môže optimálne pracovať na plný výkon 24 hodín denne počas 7 dní v týždni, vrátane nočnej prevádzky, keď podniky a domácnosti potrebujú približne polovicu svojho denného maxima. Lacnú nočnú elektrickú energiu používa sieť úložísk ako napríklad prečerpávacia hydroelektráreň na vytlačenie vody z nižšie položeného jazera do výšky niekoľko sto metrov do vyššie položeného jazera (prečerpávacia hydroelektráreň predstavuje spotrebič el. energie). Týmto efektívnym spôsobom je elektrická energia akumulovaná (uložená) v potenciálnej energií vody. Keď popoludní bude spotreba el. energie na vrchole svojho maxima (špičkový odber), alebo kedykoľvek nastane požiadavka na okamžitú dodávku väčšieho množstva el. energie, prečerpávacia hydroelektráreň sa stane zdrojom el. energie. Prečerpávacia hydroelektráreň začne púšťať vodu z vyššie položeného jazera do nižšie položeného jazera cez svoje turbíny, ktoré generujú elektrickú energiu. Tento systém je však limitovaný množstvom energie ktoré je schopný akumulovať a preto je vhodnejšie vyrovnať dočasné zmeny v spotrebe, než akékoľvek zmeny v dodávke.

Ekonomika

Vo všeobecnosti, úložisko energie je ekonomické keď marginálna cena elektriny sa líši viac než cena ukladania a späť—získania energie z úložiska plus cena za energiu zmarenú v procese akumulácie. Napríklad, predpokladajme, že prečerpávacie úložisko energie môže prečerpať do svojej hornej nádrže počas nočnej prevádzky do 1200 MWh za cenu 15 $ za 1 MWh. Teda úplné naplnenie hornej nádrže bude stáť 18 000 $. Na ďalší deň môže byť akumulovaná energia predaná v špičkovej prevádzke za 40$ za 1 MWh. Vyparovaním a priesakom pôdy sa stratí z 1200 MWh 50 MWh, takže predať možno len 1150 MWh za 46 000 $ s celkovým ziskom 28 000 $.
Ale marginálna cena elektriny sa mení pretože sa menia prevádzkové náklady, cena za palivo pre rôzne typy generátorov. Pri uvažovaní s extrémom elektrární pracujúcich v pásme základného zaťaženia (ako napríklad tepelné elektrárne uhoľné, jadrové elektrárne), sú tieto elektrárne vybavené generátormi, ktoré dosahujú nízke marginálne ceny. A to aj napriek všeobecne drahšej údržbe, čo vyvažuje nižšia cena paliva. Druhý extrém sú elektrárne pracujúce v pásme špičkového zaťaženia ako napr. turbíny na zemný plyn, ktoré pália drahé palivo, no sú lacnejšie na výstavbu, prevádzku a údržbu. Minimalizácia celkových prevádzkových nákladov vyrábanej elektriny sa dosahuje prevádzkou generátorov pracujúcich v pásme základného zaťaženia. Tieto generátory zabezpečujú energiu väčšinu času. Naproti tomu špičkové elektrárne sa používajú len keď je to nevyhnutné, všeobecne povedané len keď je potrebné vykryť špičkovú spotrebu energie. Toto sa nazýva „ekonomická prevádzka“.
Dopyt po elektrine z rôznych svetových sietí sa mení počas dňa a od sezóny k sezóne kolíše. Prevažná časť kolísania spotreby el. energie súvisí s meniacim sa množstvom elektrickej energie dodávaným z primárnych zdrojov. Ale stále viac operátory uskladňujú lacnejšiu energiu produkovanú v noci, namiesto toho aby ju uvoľňovali do siete počas denných špičiek, keď je energia cennejšia. V oblastiach kde existujú priehradové hydroelektrárne, spustenie výroby energie je začaté až v dobe keď je spotreba energie väčšia. Táto forma uchovávania energie je obvyklá a používa sa tam kde sú k dispozícií vodné nádrže. Toto nepredstavuje uchovávanie prebytočnej energie vyrobenej niekde inde, podstatné je dosiahnutie rovnováhy medzi výrobou a spotrebou pri dosiahnutí čo najväčšej efektivity. Obnoviteľné zdroje s premenlivou dodávkou energie ako vietor, slnečná energia, majú tendenciu zvyšovať kolísanie elektrickej záťaže, čo zvyšuje príležitosť pre používanie energetických úložísk.

Prenositeľnosť

Toto je oblasť najväčšieho úspechu pre súčasné technológie úložísk. Jednorazové a nabíjateľné batérie sú všadeprítomné a poskytujú energiu pre zariadenia od digitálnych hodiniek až po automobily. Pokrok v technológiách batérií je vo všeobecností pomalší, ale ako si užívatelia všimli predĺžila sa ich životnosť najmä vďaka efektívnemu manažmentu spotreby namiesto zvýšenia kapacity. Toto tiež zapríčinilo tlak na rast alternatívnych zdrojov ak sú spaľovacie motory používané automobiloch a iných prostriedkoch určených na transport. Tieto aplikácie vyžadujú veľmi veľkú hustotu energie (energia uložená v malom objeme, alebo hmotnosti). Tekuté uhľovodíkové palivá (ako napr. benzín, etanol/petrolej, nafta) majú pomerne vysokú hustotu energie.

Spoľahlivosť

Prakticky všetky zariadenia ktorých činnosť je závislá na elektrine sú nepriaznivo ovplyvnené náhlym prerušením dodávky energie. Riešenia ako UPS (zdroj nepretržitého napájania), alebo záložné generátory sú možné, no sú drahé. Efektívne technológie zálohovania energie by umožňovali použiť zálohovacie zdroje vstavané do zariadení pre prípad výpadku napájania. Mohlo by to predchádzať, alebo aspoň znižovať následky výpadku napájania. Príklady použitia tohto typu zálohovania energie sú dnes v podobe palivových článkov, alebo zotrvačníkov..