การเก็บพลังงาน

Question: ระบบSCADA ถูกใช้ครั้งแรกเมื่อไหร่?


การเก็บพลังงาน (English: Energy storage) สามารถทำได้โดยอุปกรณ์หรือตัวกลางทางกายภาพเพื่อนำมาใช้ในกระบวนการที่เป็นประโยชน์ในภายหลัง, อุปกรณ์เก็บพลังงานบางครั้งเรียกว่าตัวสะสมพลังงาน (English: accumulator).
พลังงานหลายรูปแบบสามารถสร้างงานที่มีประโยชน์, การผลิตความร้อนหรือความเย็นเพื่อตอบสนองความต้องการของสังคม. รูปแบบเหล่านี้รวมถึงพลังงานเคมี, พลังงานแรงโน้มถ่วง, พลังงานไฟฟ้า, ความแตกต่างของอุณหภูมิ, ความร้อนแฝง, และพลังงานจลน์. การเก็บพลังงานเกี่ยวข้องกับการแปลงพลังงานจากรูปแบบที่ยากในการเก็บ (เช่นไฟฟ้า, พลังงานจลน์ ฯลฯ) เพื่อให้อยู่ในรูปแบบที่สามารถจัดเก็บสะดวกกว่าหรือประหยัดกว่า. เทคโนโลยีบางอย่างสามารถเก็บพลังงานได้ระยะสั้น, และบางอย่างก็สามารถเก็บได้ระยะยาวกว่ามากเช่นการแปลงกำลังงานให้เป็นแก๊สโดยการใช้แก๊สไฮโดรเจนหรือแก๊สมีเทน, และการเก็บรักษาความร้อนหรือเย็นระหว่างฤดูกาลที่ตรงข้ามกันในชั้นหินอุ้มน้ำลึกหรือหินแข็งชั้นล่างที่อยู่ใต้ชั้นดินและทราย. นาฬิกาแบบไขลานสามารถเก็บพลังงานศักย์ (ในกรณีนี้ใช้กลไกในความตึงของสปริง), แบตเตอรี่แบบชาร์จประจุใหม่ได้ก็เก็บพลังงานเคมีที่แปลงสภาพแล้วเพื่อใช้งานโทรศัพท์มือถือ, และเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำเก็บพลังงานในอ่างเก็บน้ำเป็นพลังงานศักย์จากแรงโน้มถ่วง. ถังเก็บน้ำแข็งเก็บน้ำแข็ง (พลังงานความเย็นในรูปแบบของความร้อนแฝง) ในเวลากลางคืนเพื่อตอบสนองความต้องการใช้สูงสุดในการทำความเย็น. เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหินและน้ำมันเก็บพลังงานโบราณที่ได้มาจากแสงแดดโดยสิ่งมีชีวิตที่เสียชีวิตไปแล้ว, ถูกฝังกลบและเมื่อเวลาผ่านไปได้แปลงไปเป็นเชื้อเพลิงเหล่านี้. แม้แต่อาหาร (ซึ่งถูกทำขึ้นโดยกระบวนการเดียวกันกับเชื้อเพลิงฟอสซิล) เป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานที่เก็บไว้ในรูปแบบของสารเคมี.
ก่อนประวัติศาสตร์
การเก็บพลังงานด้วยกระบวนการทางธรรมชาติเก่าแก่เท่ากับตัวจักรวาลเอง - พลังงานที่ปรากฏขึ้นเมื่อมีการก่อตัวเริ่มแรกของจักรวาลได้รับการจัดเก็บไว้ในดวงดาวเช่นดวงอาทิตย์, และตอนนี้กำลังถูกนำมาใช้โดยมนุษย์โดยตรง (เช่นผ่านความร้อนจากแสงอาทิตย์) หรือโดยอ้อม (เช่นโดยการปลูกพืชหรือการแปลงเป็นไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์).
สำหรับกิจกรรมอย่างหนึ่งที่มุ่งสู่วัตถุประสงค์, การเก็บพลังงานมีมาตั้งแต่ก่อนประวัติศาสตร์, แม้ว่ามันมักจะไม่ได้รับการยอมรับอย่างชัดเจนว่าเป็นเช่นนั้น. ตัวอย่างของการเก็บพลังงานทางกลโดยเจตนาคือการใช้ท่อนไม้หรือก้อนหินเป็นมาตรการป้องกันในป้อมโบราณ-ท่อนไม้หรือก้อนหินจะถูกเก็บรวบรวมไว้ที่ด้านบนของเนินเขาหรือกำแพง, และพลังงานที่เก็บไว้จึงถูกใช้เพื่อโจมตีผู้บุกรุกที่เข้ามาภายในระยะ.
ลักษณะการนำมาใช้ล่าสุดอันหนึ่งก็คือการควบคุมของทางน้ำไหลเพื่อขับกังหันน้ำสำหรับการสีเมล็ดพืชหรือการให้กำลังเครื่องจักร. ระบบที่ซับซ้อนของอ่างเก็บน้ำและเขื่อนถูกสร้างขึ้นเพื่อจัดเก็บและปล่อยน้ำ (และพลังงานศักย์ที่มันเก็บไว้) เมื่อต้องการ.
การพัฒนายุคโมเดิร์น
การจัดเก็บพลังงานช่วยให้มนุษย์สามารถสร้างความสมดุลของอุปสงค์และอุปทานของพลังงาน. ระบบการจัดพลังงานในเชิงพาณิชย์ในวันนี้สามารถแบ่งออกกว้าง ๆ เป็นแบบเครื่องกล, ไฟฟ้า, เคมี, ชีวภาพและความร้อน.
การจัดเก็บสำหรับการผลิตไฟฟ้า

การจัดเก็บพลังงานได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาเศรษฐกิจด้วยการแนะนำอย่างกว้างขวางในการผลิตไฟฟ้า. ซึ่งแตกต่างจากการจัดเก็บพลังงานอื่น ๆ โดยทั่วไปในการใช้งานแบบเก่าก่อนเช่นไม้หรือถ่านหิน, ไฟฟ้าจะต้องใช้ในขณะที่มันกำลังถูกสร้างขึ้น, หรือกำลังถูกเปลี่ยนโดยทันทีให้เป็นรูปแบบของพลังงานอื่นเช่นศักย์, จลน์, หรือเคมี[1]. วิธีการแบบดั้งเดิมของการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่จะทำผ่านการใช้ไฟฟ้าพลังน้ำที่ถูกสูบขึ้นมาเก็บไว้. บางพื้นที่ของโลกเช่นนอร์เวย์, วอชิงตันและโอเรกอนในประเทศสหรัฐอเมริกา, และเวลส์ในสหราชอาณาจักร, ได้ใช้ลักษณะทางภูมิศาสตร์เพื่อจัดเก็บปริมาณมากของน้ำในอ่างเก็บน้ำที่ยกสูงขึ้น, โดยใช้กระแสไฟฟ้าส่วนเกินในช่วงเวลาของความต้องการต่ำเพื่อสูบน้ำขึ้นไปเก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำของพวกเขา. จากนั้น สิ่งอำนวยความสะดวกจะปล่อยน้ที่ผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันและแปลงพลังงานศักย์ที่เก็บไว้กลับไปเป็นไฟฟ้าเมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้ามีปริมาณสูง[2]. ในอีกตัวอย่างหนึ่ง ไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบ-เก็บในนอร์เวย์มีกำลังการผลิตทันทีที่ 25-30 GW ที่สามารถขยายได้ถึง 60 GW - พอที่จะเป็นแบตเตอรี่ให้กับยุโรป-ด้วยความพยายามที่กำลังดำเนินการในปี 2014 เพื่อขยายการเชื่อมโยงการถ่ายโอนพลังงานของมันกับประเทศเยอรมนี[1][3].
อีกวิธีหนึ่งในช่วงต้นในการแก้ไขปัญหาการจัดเก็บพลังงานสำหรับวัตถุประสงค์ทางไฟฟ้าเพื่อการพัฒนาแบตเตอรี่เพิ่อให้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บแบบเคมีไฟฟ้า. แบตเตอรี่ก่อนหน้านี้ถูกจำกัดการใช้ในระบบพลังงานไฟฟ้าเนื่องจากกำลังการผลิตที่ค่อนข้างเล็กและค่าใช้จ่ายที่สูงของพวกมัน. อย่างไรก็ตามตั้งแต่ประมาณช่วงกลางของทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 21 เทคโนโลยีของแบตเตอรี่ที่ใหม่กว่าได้รับการพัฒนาที่ตอนนี้มีความสามารถให้โหลดปรับได้ในขนาดสาธารณูปโภค (ยูทิลิตี้สเกล) และความสามารถในการควบคุมความถี่อย่างมีนัยสำคัญ[2]. ณ ปี 2013 บางส่วนของเคมีของแบตเตอรี่ใหม่ได้แสดงให้เห็นคำมั่นของการเป็นตัวแข่งขันกับวิธีการจัดเก็บพลังงานชนิดอื่น[4]. (ดูที่แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ด้านล่าง)
วิธีการขนาดใหญ่ของการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์อื่น ๆ ที่เป็นไปได้ ได้แก่: ล้อตุนกำลัง (English: flywheel), การจัดเก็บพลังงานอากาศอัด, การเก็บรักษาไฮโดรเจน, การเก็บพลังงานอุณหภูมิ (English: thermal energy), และการเปลี่ยนพลังงานให้เป็นแก๊ส (English: power to gas). การประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก-วิธีการเก็บรักษาเฉพาะรวมถึง flywheels, ตัวเก็บประจุ, และ ตัวเก็บประจุยิ่งยวด.
การเก็บพลังงานอุณหภูมิระยะสั้น, ในรูปความร้อนหรือความเย็น
ในปี 1980s ผู้ผลิตจำนวนมากได้ทำการวิจัยอย่างรอบคอบเกี่ยวกับการจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิ (English: thermal energy storage (TES)) เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการปรับอากาศในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน. วันนี้หลายบริษัทได้ผลิตระบบ TES[5]. รูปแบบที่นิยมมากที่สุดของการเก็บรักษาพลังงานอุณหภูมิสำหรับการให้ความเย็นคือการเก็บรักษาในน้ำแข็ง, เพราะมันสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าในพื้นที่น้อยกว่าการจัดเก็บน้ำและยังมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าพลังงานที่ถูกกู้คืนโดยเซลล์เชื้อเพลิงหรือ flywheels. ในปี 2009 ที่เก็บอุณหถูมิถูกใช้ในกว่า 3,300 อาคารในกว่า 35 ประเทศ. มันทำงานโดยการสร้างน้ำแข็งในเวลากลางคืนเมื่อไฟฟ้ามักจะมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า, จากนั้นใช้น้ำแข็งเพื่อทำให้อากาศเย็นในอาคารในช่วงเวลากลางวันที่ร้อนมาก[6]
ความร้อนแฝงนอกจากนี้ยังสามารถถูกเก็บไว้ในวัสดุเปลี่ยนเฟส (English: Phase-change material (PCM)) ทางเทคนิค, นอกจากน้ำแข็ง. วัสดุเหล่านี้สามารถ, ตัวอย่างเช่น, ถูกห่อหุ้มในแผ่นฝาผนังและฝ้าเพดาน, เพื่อปรับอุณหภูมิห้องให้อยู่ในระดับปานกลางระหว่างกลางวันและกลางคืน.
การเก็บอุณหภูมิระหว่างฤดู, ในรูปความร้อนหรือความเย็น
อีกรูปแบบหนึ่งของการเก็บรักษาอุณหภูมิที่ได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ปี 1970s ที่ตอนนี้มักใช้เป็นที่เก็บพลังงานอุณหภูมิตามฤดูกาล (English: seasonal thermal energy storage (STES)). มันจะช่วยให้ความร้อนหรือเย็นจะถูกใช้ได้หลายเดือนหลังจากที่มันถูกเก็บมาจากการพลังงานสูญเปล่าหรือแหล่งธรรมชาติ, แม้แต่ในฤดูที่ตรงข้ามกัน. การเก็บอุณหภูมิอาจจะประสบความสำเร็จในชั้นหินอุ้มน้ำ, กลุ่มของหลุมเจาะในพื้นผิวทางธรณีวิทยาที่หลากหลายเช่นเดียวกับทรายหรือหินผลึก, ในหลุมเรียงรายที่เต็มไปด้วยกรวดและน้ำ, หรือการทำเหมืองแร่แบบเติมน้ำ. ตัวอย่างหนึ่งคืออัลเบอร์ต้า, ชุมชนแสงอาทิตย์สาดส่องแห่ง Drake ของแคนาดา, ซึ่ง 97% ของความร้อนตลอดทั้งปีได้รับจากตัวสะสมพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์บนหลังคาโรงจอดรถ, กับการจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิแบบหลุมเจาะ (BTES) เป็นเทคโนโลยีผู้ช่วย[7][8]. โครงการ STES มักจะสามารถจ่ายคืนในช่วงสี่ถึงหกปี[9].
การจัดเก็บพลังงานในเชื้อเพลิงเคมี
เชื้อเพลิงสารเคมีได้กลายเป็นรูปแบบที่โดดเด่นของการจัดเก็บพลังงาน, ทั้งในการผลิตไฟฟ้าและการขนส่งพลังงาน. เชื้อเพลิงสารเคมีที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ถ่านหินที่ผ่านขบวนการแล้ว, น้ำมัน, เชื้อเพลิงดีเซล, ก๊าซธรรมชาติ, ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG), โพรเพน, บิวเทน, เอทานอล, และไบโอดีเซล. ทั้งหมดของวัสดุเหล่านี้จะถูกแปลงได้อย่างง่ายดายให้เป็นพลังงานกลและจากนั้นทำให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยการใช้เครื่องยนต์ความร้อน (ผ่านกังหันหรือเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่น ๆ, หรือหม้อไอน้ำหรือเครื่องยนต์สันดาปภายนอกอื่น ๆ) เพื่อใช้ในการกำเนิดไฟฟ้า. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ความร้อนเกือบเป็นของสากล, มีตั้งแต่เครื่องยนต์ขนาดเล็กที่ผลิตไฟฟ้าได้ไม่กี่กิโลวัตต์ถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดยูทิลิตี้สเกลที่มีกำลังการผลิตได้ถึง 800 เมกะวัตต์. ข้อเสียที่สำคัญสำหรับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนก็คือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของพวกมันอย่างมีนัยสำคัญที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนเช่นเดียวกับสารมลพิษที่สำคัญอื่น ๆ ที่ปล่อยออกมาจากแหล่งเชื้อเพลิงที่สกปรกเช่นถ่านหินและน้ำมัน.
เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนของเหลวที่ใช้กันมากที่สุดรูปแบบของการจัดเก็บพลังงานสำหรับใช้ในการขนส่ง แต่เป็นเพราะเกิดปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานเชื้อเพลิงเหลวเหล่านี้ (เผาไหม้) การผลิตก๊าซเรือนกระจกให้บริการอื่น ๆ เช่นพลังงานไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการผลิตของ ก๊าซเรือนกระจก
ระบบก้าวหน้า

เทคโนโลยีที่ก้าวหน้าหลายอย่างได้รับการสืบหาและกำลังได้รับการพัฒนาเชิงพาณิชย์, รวมทั้ง flywheels, ซึ่งสามารถเก็บพลังงานจลน์, และแรงอัดอากาศที่สามารถฉีดเข้าไปในถ้ำใต้ดินและเหมืองร้างในการจัดเก็บพลังงานศักย์[2][10].
เซลล์เชื้อเพลิงที่เก็บพลังงานได้ (English: Regenerative fuel cell) หรือเซลล์เชื้อเพลิงย้อนกลับ (English: Reverse fuel cell (RFC)) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานในโหมดย้อนกลับ, ซึ่งบริโภคไฟฟ้าและสารเคมี B เพื่อผลิตสารเคมี A. ตามนิยาม, กระบวนการของเซลล์เชื้อเพลิงใด ๆ สามารถทำแบบย้อนกลับได้. อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ใด ๆ มักจะถูกผลิตออกมาให้เหมาะสำหรับการใช้งานในโหมดหนึ่งและอาจจะไม่ถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่จะสามารถทำงานย้อนกลับได้. เซลล์เชื้อเพลิงมาตรฐานที่ทำงานย้อนกลับโดยทั่วไปจะไม่ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพมากนอกเสียจากพวกมันจะถูกสร้างขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ให้ทำเช่นนั้นเหมือนกับเครื่องเช่นอิเล็กโตรไลเซอร์แรงดันสูง[11], เซลล์เชื้อเพลิงที่เก็บพลังงานได้, solid-oxide electrolyser cells และ unitized regenerative fuel cells[12]. (อ่านเพิ่มเติม en:Regenerative fuel cell)
อีกวิธีหนึ่งที่ทันสมัยที่ใช้ในโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศสหรัฐอเมริกาและหอพลังงานแสงอาทิตย์ที่ Tres ในประเทศสเปนจะใช้เกลือเหลวเพื่อจัดเก็บพลังงานความร้อนที่จับมาได้จากพลังงานแสงอาทิตย์, แล้วแปลงมันให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อมีความจำเป็น. ระบบจะปั๊มเกลือเหลวผ่านหอหรือท่อพิเศษอื่น ๆ ที่กระทบความร้อนเข้มข้นจากรังสีของดวงอาทิตย์. ถังหุ้มฉนวนจะเก็บสารละลายเกลือร้อนไว้, และเมื่อจำเป็นต้องใช้น้ำจะถูกนำมาใช้ในการสร้างไอน้ำที่จะป้อนให้กับกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า.
การวิจัยยังถูกดำเนินการเพื่อเก็บเกี่ยวประโยชน์จากผลกระทบแบบควอนตัมของตัวเก็บประจุที่มีขนาดระดับนาโนในการสร้างแบตเตอรี่ควอนตัมดิจิตอล. แม้ว่าเทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการทดลอง, ในทางทฤษฎีมันมีศักยภาพในการให้ความสามารถในการจัดเก็บพลังงานเพิ่มขึ้นเป็นอย่างมาก[13][14].
การจัดเก็บพลังงานจากกริดไฟฟ้า
บทความหลัก: Grid energy storage
การจัดเก็บพลังงานจากกริด (หรือการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่) ช่วยให้ผู้ผลิตพลังงานไฟฟ้าส่งไฟฟ้าส่วนเกินเข้าไปในกริดการส่งกระแสไฟฟ้าไปยังสถานที่จัดเก็บกระแสไฟฟ้าชั่วคราวที่ต่อมากลายเป็นผู้จ่ายพลังงานเมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงขึ้น. การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการจับคู่อุปสงค์และอุปทานในช่วงระยะเวลา 24 ชั่วโมง.
ตัวแปรที่นำเสนอของการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเรียกว่าระบบจัดเก็บพลังงานยานพาหนะให้กับกริด (English: vehicle-to-grid), ที่ซึ่งยานพาหนะไฟฟ้าที่ทันสมัยที่มีการเสียบเข้ากับกริดพลังงานสามารถปล่อยพลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ของพวกมันกลับเข้าไปในกริดเมื่อมีความจำเป็น.
การจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน
Renewable energy storage

หลายแหล่งพลังงานหมุนเวียน (ส่วนใหญ่ได้แก่แสงอาทิตย์และลม) ผลิตไฟฟ้าได้ไม่สม่ำเสมอ[2]. ที่ไหนก็ตามที่แหล่งพลังงานไม่สม่ำเสมอถูกใช้ถึงจุดสูงสุดของกริด, การจัดเก็บพลังงานจะกลายเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่จะให้พลังงานที่เชื่อถือได้. โครงการการจัดเก็บพลังงานแต่ละแห่งสามารถเสริมกริดไฟฟ้าได้โดยจับพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินในช่วงที่มีความต้องการต่ำและเก็บไว้ในรูปแบบอื่น ๆ จนกระทั่งกริดไฟฟ้าต้องการมัน. พลังงานจะถูกแปลงในภายหลังกลับไปในรูปแบบไฟฟ้าและกลับไปที่กริดได้ตามต้องการ.
รูปแบบทั่วไปของการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนรวมถึงไฟฟ้าพลังน้ำจัดเก็บด้วยการสูบ, ซึ่งได้เก็บรักษากำลังการผลิตรวมที่ใหญ่ที่สุดของพลังงานที่เก็บไว้ทั่วโลกไว้เป็นเวลานาน, เช่นเดียวกับระบบแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จไฟใหม่ได้, การเก็บพลังงานอุณหภูมิที่รวมทั้งเกลือหลอมเหลวซึ่งสามารถจัดเก็บและปล่อยพลังงานความร้อนปริมาณมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ[6], และการจัดเก็บพลังงานลมอัด. ที่พบได้น้อยกว่า, รูปแบบเฉพาะของการจัดเก็บรวมถึงระบบจัดเก็บพลังงานแบบ Flywheel, การใช้พลังงานที่เก็บในภาวะเย็นยิ่งยวดและขดลวดแม่เหล็กนำกระแสยิ่งยวด.
ตัวเลือกอื่น ๆ รวมถึงการหันไปพึ่งโรงไฟฟ้าแบบจุดยอด (English: peaking power plant) ที่ใช้แก๊สมีเทนที่ได้จากขบวนการเปลี่ยนไฟฟ้าให้เป็นแก๊สและการจัดเก็บ (ในกรณีนี้ไฟฟ้าส่วนเกินจะถูกแปลงเป็นไฮโดรเจนโดยวิธีการ electrolysis, รวมกับ CO2 (ระบบ CO2 ระดับต่ำถึงขนาดกลาง) เพื่อผลิตก๊าซมีเทน (ก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ผ่านกระบวนการ Sabatier) กับคลังเก็บของในเครือข่ายของก๊าซธรรมชาติ) [16][17] และสมาร์ทกริด[18] กับการบริหารจัดการความต้องการพลังงานขั้นสูง. ตัวหลังเกี่ยวข้องกับการนำ "ราคากับอุปกรณ์"[18], เช่นการทำอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้าที่สามารถปรับการทำงานของตนเพื่อหาราคาที่ต่ำสุดของกระแสไฟฟ้า. ในกริดที่มีการใช้งานของพลังงานหมุนเวียนสูง, ราคาที่ต่ำจะสอดคล้องกับช่วงเวลาของลมและ/หรือแสงแดดที่มีสูง.
วิธีการจัดเก็บพลังงานอีกแบบหนึ่งก็คือการบริโภคส่วนเกินหรือพลังงานต้นทุนต่ำ (โดยปกติในช่วงเวลากลางคืน) สำหรับการแปลงให้เป็นทรัพยากรเช่นน้ำร้อน, น้ำเย็นหรือน้ำแข็ง, ที่ใช้เพื่อให้ความร้อนหรือความเย็นในช่วงเวลาอื่น ๆ เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ในระดับความต้องการที่สูงและที่ค่าใช้จ่ายต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh) ที่มากขึ้น[6]. การเก็บพลังงานอุณหภูมิดังกล่าวมักจะถูกใช้งานที่สถานที่ของผู้ใช้สุดท้ายเช่นอาคารขนาดใหญ่, และยังเป็นส่วนหนึ่งของการให้ความร้อนในพื้นที่อยู่อาศัย, จึงเป็นการ 'เลื่อน' การบริโภคพลังงานไปในช่วงเวลาอื่น ๆ เพื่อความสมดุลของอุปสงค์และอุปทานที่ดีขึ้น.
การจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิตามฤดูกาล (STES) จะจัดเก็บความร้อนลึกลงไปในพื้นดินผ่านทางกลุ่มของหลุมเจาะ. ชุมชนพลังงานแสงอาทิตย์ตกอินที่เมือง Drake ในแอลเบอร์ตา, แคนาดาได้ประสบความสำเร็จในการเก็บเศษของพลังงานแสงอาทิตย์ได้ถึง 97% เพื่อให้ความร้อนตลอดทั้งปี, ด้วยตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาโรงรถเป็นแหล่งความร้อน[19]. ใน Braestrup, เดนมาร์ก, ระบบให้ความร้อนของเขตจากพลังงานแสงอาทิตย์ของชุมชนก็ใช้ STES เช่นกันที่อุณหภูมิการเก็บรักษา 65 °C (149 °F). ปั๊มความร้อน, ซึ่งจะทำงานเฉพาะเมื่อมีพลังงานลมส่วนเกินในกริดแห่งชาติ, จะถูกใช้เพื่อสกัดความร้อนจากที่จัดเก็บเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้ถึง 80 °C (176 °F) สำหรับการกระจาย. วิธีการนี้จะช่วยกริดแห่งชาติให้มีเสถียรภาพ, เช่นเดียวกับการมีส่วนร่วมเพื่อการใช้พลังงานลมให้มีประโยชน์สูงสุด. เมื่อลมส่วนเกินในการผลิตไฟฟ้าไม่เพียงพอให้ใช้ได้, หม้อต้มด้วยก๊าซจะถูกใช้แทน. ปัจจุบัน 20% ของความร้อนของ Braestrup มาจากแสงอาทิตย์, แต่การขยายตัวของสิ่งอำนวยความสะดวกได้วางแผนที่จะเพิ่มให้ถึง 50%[20].
ในปี 2011 สำนักบริหารพลังงานแห่ง Bonneville ในทิศตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐได้สร้างโปรแกรมการทดลองเพื่อดูดซับลมส่วนเกินและไฟฟ้าพลังน้ำที่สร้างขึ้นในเวลากลางคืนหรือในช่วงที่มีพายุที่จะมาพร้อมกับลมแรง. ภายใต้การควบคุมจากส่วนกลางด้วยคอมพิวเตอร์, เครื่องใช้ในบ้านในภูมิภาคนี้ได้รับคำสั่งให้ดูดซับพลังงานส่วนเกินในช่วงเวลาดังกล่าวโดยการให้ความร้อนกับอิฐเซรามิกในเครื่องทำความร้อนพื้นที่พิเศษให้ได้หลายร้อยองศา, และโดยการเพิ่มอุณหภูมิของถังเครื่องทำความร้อนที่ถูกโมดิฟายด์อีกด้วย. หลังจากที่ถูกประจุอย่างเต็มที่, เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านที่หุ้มฉนวนเป็นอย่างดีจะให้ความร้อนและน้ำร้อนกับบ้านในเวลาต่อมาตามต้องการ. ระบบที่ทดลองได้ถูกสร้างขึ้นเป็นผลมาจากพายุรุนแรงในปี 2010 ที่ได้ผลิตพลังงานหมุนเวียนมากเกินกำลังในภาคตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐในขนาดที่ว่าแหล่งพลังงานดั้งเดิมทั้งหมดถูกปิดตัวลงอย่างสมบูรณ์, หรือในกรณีของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์, ได้ลดลงถึงระดับต่ำสุดในการดำเนินงานที่เป็นไปได้, ปล่อยให้แนวขนาดใหญ่ของภูมิภาคมีการใช้งานเกือบสมบูรณ์จากพลังงานหมุนเวียน. [21][22].
การวิจัย
การวิจัยในการจัดเก็บพลังงานจะได้รับการประสานงานโดยหลายรัฐบาล.
รัฐบาลเยอรมันได้จัดสรร € 200M (ประมาณ US$ 270M) สำหรับการวิจัยขั้นสูง, รวมทั้งอีก € 50M เพื่ออุดหนุนการจัดเก็บแบตเตอรี่สำหรับใช้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนชั้นดาดฟ้าที่อยู่อาศัย, ตามคำพูดของตัวแทนของสมาคมเก็บพลังงานเยอรมัน[23].
การประเมินผลทางเศรษฐกิจและทางเทคนิค
การประเมินมูลค่าทางเศรษฐกิจของการประยุกต์ใช้งานขนาดใหญ่ (รวมทั้งการจัดเก็บแบบสูบน้ำและการเก็บอากาศบีบอัด) จะต้องประเมินผลประโยชน์ต่าง ๆ รวมถึง: การหลีกเลี่ยงการลดแรงลม, การหลีกเลี่ยงความแออัดของกริด, การเก็งกำไรราคา, และการจัดส่งพลังงานที่ไม่มีคาร์บอน[6][24][25]. ในการประเมินทางเทคนิคครั้งหนึ่งโดยศูนย์อุตสาหกรรมไฟฟ้า Carnegie Mellon, เป้าหมายทางเศรษฐกิจอาจสามารถทำได้ด้วยแบตเตอรี่ถ้าการจัดเก็บพลังงานสามารถทำได้ในราคาทุนที่ $ 30 ถึง $ 50 ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงของความจุการเก็บ[6].
ในปี 2014, การวิจัยและศูนย์ทดสอบหลายแห่งเปิดให้มีการประเมินเทคโนโลยีและประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงาน. ในหมู่พวกเหล่านั้นในประเทศสหรัฐอเมริกาคือห้องปฏิบัติการการทดสอบระบบขั้นสูงที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซินเมดิสัน, ในรัฐวิสคอนซิน, ซึ่งร่วมมือกับกลุ่มบริษัทข้ามชาติ (และผู้ผลิตแบตเตอรี่) Johnson Controls[26]. ห้องปฏิบัติการได้ถูกสร้างขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของสถาบันพลังงานแห่งวิสคอนซินที่เพิ่งเปิดใหม่ของมหาวิทยาลัย[27]. เป้าหมายของพวกเขารวมถึงการประเมินแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ได้พัฒนาชั้นสูงขึ้นมาใหม่และเป็น next generation, รวมถึงการใช้งานของแบตเตอรี่เหล่านั้นเมื่อพวกมันมีการเชื่อมต่อกับกริดไฟฟ้าเพื่อเสริมกับกริดไฟฟ้าในระหว่างที่มีความต้องการไฟฟ้าขึ้นสูงสุด, ตามคำกล่าวของศาสตราจารย์ทอม Jahns[26].
นอกจากนี้ในปี 2014 รัฐนิวยอร์กได้เปิดตัวการทดสอบและศูนย์บริการเชิงพาณิชย์สำหรับแบตเตอรี่และเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานของนิวยอร์ก (NY-BEST) ที่อีสต์แมน Business Park ในโรเชสเตอร์, รัฐนิวยอร์ก, ค่าใช้จ่ายที่ $ 23 ล้านสำหรับห้องปฏิบัติการของศูนย์ขนาด เกือบ 1,700 m2. ศูนย์, สมาคมร่วมค้าอันหนึ่ง, ยังประกอบด้วยศูนย์ระบบพลังงานในอนาคต, ซึ่งเป็นการทำงานร่วมกันระหว่างมหาวิทยาลัยคอร์เนลของอิธาก้า, รัฐนิวยอร์ก กับสถาบันโพลีเทคนิค Rensselaer ในเมืองทรอย, รัฐนิวยอร์ก. NY-BEST จะดำเนินการทดสอบ, การตรวจสอบและให้การรับรองอย่างเป็นอิสระในรูปแบบที่หลากหลายของการจัดเก็บพลังงานที่มีวัตถุประสงค์ที่จะไว้ใช้ในเชิงพาณิชย์. ผู้อำนวยการศูนย์กล่าวว่าในปัจจุบันมีชาวนิวยอร์ก 3,000 คนกำลังทำงานอยู่ในอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงาน, คาดว่าจะเติบโตในที่สุดถึง 40,000 คนเมื่อภาคอุตสาหกรรมเจริญเต็มที่[28].
ในสหราชอาณาจักร ประมาณงสิบสี่ภาคอุตสาหกรรมและหน่วยงานภาครัฐร่วมมือกันกับเจ็ดมหาวิทยาลัยของอังกฤษในเดือนพฤษภาคม 2014 เพื่อสร้างศูนย์การเก็บพลังงาน SUPERGEN เพื่อช่วยในการประสานงานการวิจัยและการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน[29][30].
กลุ่มซีเมนส์เอจีของเยอรมนีเริ่มการทดสอบการใช้งานของระบบสำหรับโรงงานผลิต-วิจัยที่จะเปิดในปี 2015 ที่ Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff (ZSW ศูนย์พลังงานแสงอาทิตย์และการวิจัยไฮโดรเจนเยอรมันในรัฐ Baden-Württemberg), การทำงานร่วมกันของอุตสาหกรรมกับหลายมหาวิทยาลัยใน Stuttgart, Ulm และ Widderstall, มีพนักงานประมาณ 350 คนเป็นนักวิทยาศาสตร์, นักวิจัย, วิศวกร, และช่างเทคนิค. โรงงานจะพัฒนาวัสดุที่ใกล้การผลิตและกระบวนการใหม่ (NPMM & P) โดยใช้ระบบการควบคุมกำกับดูแลคอมพิวเตอร์และการได้มาซึ่งข้อมูล (SCADA). เป้าหมายของมันจะช่วยให้การขยายตัวของการผลิตแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้เพื่อให้มีทั้งคุณภาพที่เพิ่มขึ้นและลดต้นทุนการผลิต[31][32].
วิธีการเก็บรักษา
การจัดเก็บทางเครื่องกล
มวล 1 กิโลกรัม, ถูกยกขึ้นสูง 1,000 เมตรจะเก็บพลังงานโน้มถ่วงได้ 9.8 กิโลจูล, ซึ่งเทียบเท่ากับมวล 1 กก. เร่งความเร็วถึง 140 เมตร/วินาที. เป็นปริมาณของพลังงานเดียวกันที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กิโลกรัมให้มีอุณหภูมิสูงขึ้น 2.34 °C.
พลังงานสามารถถูกเก็บไว้ในน้ำที่ถูกสูบให้อยู่ในระดับที่สูงขึ้นโดยใช้วิธีการเก็บรักษาแบบสูบ (English: pumped storage method) และโดยการย้ายของแข็งไปยังสถานที่ที่สูงขึ้นเช่นกัน. หลายบริษัท เช่น Energy Cache และ Advanced Rail Energy Storage (ARES) กำลังทำงานเกี่ยวกับเรื่องนี้[33][34]. วิธีทางกลเชิงพาณิชย์อื่น ๆ รวมถึงการบีบอัดอากาศและการปั่น flywheels ขนาดใหญ่ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานจลน์, และค่อยเปลี่ยนกลับมาเป็นไฟฟ้าอีกครั้งเมื่อความต้องการไฟฟ้าขึ้นสู่ยอด.
การจัดเก็บไฟฟ้าพลังน้ำ

บทความหลัก: Pumped-storage hydroelectricity (PSH)
การจัดเก็บไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบทั่วโลกเป็นรูปแบบความจุที่ใหญ่ที่สุดในการจัดเก็บพลังงานกริดที่มีอยู่, และ, ณ เดือนมีนาคม 2012, สถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้า (EPRI) รายงานว่า PSH ขึ้นบัญชีไว้มากกว่า 99% ของความจุของที่เก็บขนาดใหญ่ทั่วโลก, คิดเป็นประมาณ 127,000 เมกะวัตต์[35]. PSH รายงานประสิทธิภาพการใช้พลังงานแตกต่างกันในทางปฏิบัติระหว่าง 70% ถึง 80%[35][36][37][38], กับบางส่วนที่อ้างว่าสูงถึง 87%[39].
ในช่วงเวลาที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำ, กำลังการผลิตส่วนเกินจะถูกใช้ในการสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำที่อยู่ต่ำกว่าไปยังอ่างเก็บน้ำที่อยู่สูงกว่า. เมื่อมีความต้องการสูงขึ้น, น้ำจะถูกปล่อยออกมากลับลงมาสู่อ่างเก็บน้ำ (หรือทางน้ำไหล) ด้านล่าง ผ่านกังหัน, ทำการผลิตกระแสไฟฟ้า. ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า-กังหันกลับทางได้ (English: Reversible turbine-generator assemblies) จะทำหน้าที่เป็นทั้งเครื่องสูบน้ำและกังหัน (โดยปกติจะเป็นการออกแบบกังหันของฟรานซิส). การทำงานเกือบทั้งหมดใช้ความแตกต่างของความสูงระหว่างสองร่างกายตามธรรมชาติของน้ำหรืออ่างเก็บน้ำที่ประดิษฐ์ขึ้น. โรงงานที่เก็บกักแบบสูบอย่างเดียวจะเพียงแค่ย้ายน้ำจากอ่างเก็บน้ำหนึ่งไปยังอีกอ่างหนึ่งเท่านั้น, ในขณะที่ วิธีการ"ปั๊มกลับ" เป็นการผสมกันของโรงงานไฟฟ้าพลังน้ำแบบการจัดเก็บแบบสูบและโรงงานแบบธรรมดาที่ใช้กระแสไหลตามธรรมชาติ.
การจัดเก็บพลังงานอากาศแบบอัด

บทความหลัก: Compressed air energy storage
การจัดเก็บพลังงานอากาศอัด (CAES) เป็นวิธีการที่เก็บพลังงานที่สร้างขึ้นในเวลาหนึ่งสำหรับการใช้งานในอีกเวลาหนึ่งโดยใช้อากาศที่ถูกบีบอัด. ในระดับสาธารณูปโภค, พลังงานที่สร้างขึ้นในช่วงระยะเวลาของความต้องการพลังงานต่ำ (off-peak) จะถูกปล่อยออกมาเพื่อตอบสนองในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงขึ้น (peak load) [40]. ระบบขนาดเล็กได้ถูกนำมาใช้ในการใช้งานเช่นการขับเคลื่อนหัวรถจักรในเหมือง. การใช้งานขนาดใหญ่จะต้องอนุรักษ์พลังงานความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการบีบอัดอากาศ, การกระจายความร้อนจะลดประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงาน.
เทคโนโลยีสามารถจัดเก็บพลังงานในช่วง off-peak ที่มีต้นทุนต่ในรูปแบบของอากาศอัดในแหล่งเก็บกักใต้พื้นดิน. จากนั้น อากาศจะถูกปล่อยออกในช่วงเวลา peak load และ, โดยการใช้เทคโนโลยี CAES แบบเก่า, ถูกทำให้ร้อนด้วยไอเสียร้อนจากของกังหันการเผาไหม้แบบมาตรฐาน. อากาศที่ถูกทำให้ร้อนนี้จะถูกแปลงให้เป็นพลังงานผ่านไปที่กังหันส่วนขยายเพื่อผลิตไฟฟ้าต่อไป. โรงงานที่ใช้ CAES ได้อยู่ในการดำเนินงานในเมืองแมคอินทอช, รัฐอลาบามาตั้งแต่ปี 1991 และได้ทำงานประสบความสำเร็จ[41]. การนำไปใช้ในงานอื่น ๆ ก็สามารถเป็นไปได้. Walker Architects ได้ตีพิมพ์การใช้งานด้วยแก๊ส CO2 ครั้งแรก, ได้นำเสนอการใช้ CO2 ที่ถูกแยกตัว (English: sequestered carbondoxide) สำหรับการเก็บรักษาพลังงาน.
การบีบอัดของอากาศสร้างความร้อน; อากาศจะอุ่นขึ้นหลังจากการบีบอัด. การขยายตัวต้องใช้ความร้อน. ถ้าไม่มีความร้อนส่วนเกินที่เพิ่มเข้าไป, อากาศจะเย็นงมากหลังจากที่ขยายตัว. ถ้าความร้อนที่ถูกสร้างขึ้นในระหว่างการบีบอัดสามารถถูกจัดเก็บไว้ได้และถูกใช้ในระหว่างการขยายตัว, ประสิทธิภาพในการจัดเก็บจะดีขึ้นอย่างมาก.[10] มีสามวิธีที่ระบบ CAES สามารถจัดการกับความร้อน. การจัดเก็บอากาศสามารถเป็นแบบ adiabatic, diabatic หรือ isothermal. หลายบริษัทยังได้ทำงานออกแบบสำหรับยานพาหนะโดยใช้พลังงานอากาศอัด[42][43].
การจัดเก็บพลังงานแบบล้อตุนกำลัง

บทความหลัก: Flywheel energy storage
การจัดเก็บพลังงานแบบล้อตุนกำลัง (FES) ทำงานโดยการเร่งความเร็วโรเตอร์ (flywheel) ให้มีความเร็วที่สูงมากและรักษาระดับพลังงานในระบบที่เรียกว่าพลังงานการหมุน (English: rotational energy) ด้วยการสูญเสียแรงเสียดทานน้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้. เมื่อพลังงานถูกสกัดออกจากระบบ, ความเร็วในการหมุนของล้อตุนกำลังจะลดลงโดยเป็นผลมาจากหลักการของการอนุรักษ์พลังงาน; การเพิ่มพลังงานให้กับระบบส่งผลตามการเพิ่มความเร็วของล้อตุนกำลัง.
ระบบ FES ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้าเพื่อเร่งและการชะลอความเร็วล้อตุนกำลัง, แต่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานกลโดยตรงกำลังถูกพัฒนาขึ้น[44].
ระบบ FES ขั้นสูงมีโรเตอร์ที่ทำจากวัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความแข็งแรงสูง, แขวนไว้โดยแบริ่งแม่เหล็ก, และหมุนด้วยความเร็วตั้งแต่ 20,000 ถึง 50,000 รอบต่อนาทีในภาชนะสูญญากาศ[45]. flywheels ดังกล่าวสามารถทำความเร็วได้ในไม่กี่นาที - ถึงกำลังการผลิตพลังงานของพวกมันได้รวดเร็วมากกว่าบางรูปแบบอื่น ๆ ของการจัดเก็บ. ระบบแบบหนึ่งประกอบด้วยโรเตอร์หนึ่งตัวแขวนโดยแบริ่งอยู่ภายในห้องสูญญากาศเพื่อลดแรงเสียดทาน, เชื่อมต่อกับชุดมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า.
เมื่อเทียบกับวิธีอื่น ๆ ในการจัดเก็บไฟฟ้า, ระบบ FES มีอายุการใช้งานนาน (นานหลายทศวรรษด้วยการบำรุงรักษาที่น้อยหรือไม่มีเลย[45]; อายุการใช้งานเต็มวงจรถูกอ้างว่า flywheels จะมีตั้งแต่เกิน 105 ถึง 107 รอบการใช้งาน[46]) ความหนาแน่นของพลังงานสูง (100-130 วัตต์·h/กก. หรือ 360-500 กิโลจูล/กิโลกรัม[46][47]) และกำลังไฟฟ้าส่งออกสูงสุดขนาดใหญ่.
การจัดเก็บพลังงานศักย์แรงโน้มถ่วง
แนวคิดใหม่กว่าที่เรียกว่าการจัดเก็บพลังงานศักย์หรือระบบการจัดเก็บพลังงานแรงโน้มถ่วง, ได้สร้างข้อเสนอบางอย่าง, อย่างน้อยหนึ่งในนั้นอยู่ภายใต้การพัฒนาที่ทำจริงจังในปี 2013 ในรัฐเนวาดาของสหรัฐในการร่วมมือกับผู้ประกอบการระบบอิสระแห่งแคลิฟอร์เนีย[48][49][50]. ในการนี้ การจัดเก็บไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบเป็นรูปแบบหนึ่งของการจัดเก็บพลังงานศักย์ที่จะใช้น้ำ, รูปแบบที่ใหม่กว่ามีการคาดการณ์ถึงการเคลื่อนไหวของมวลที่แข็ง (เช่น hopper rail cars หรือโบกี้ขนแร่หรือพืชผลหรือดินธรรมดาขับเคลื่อนด้วยหัวรถจักรไฟฟ้า) จากที่ต่ำขึ้นสู่ที่สูง. จากนั้นมวลดินจะถูกเก็บไว้ที่นั่นที่ระดับความสูงที่สูงกว่าโดยไม่มีการสูญเสียประสิทธิภาพจนกระทั่งมีความต้องการใช้ไฟฟ้าที่จะต้องส่งกลับเข้าไปในกริด, ณ จุดนั้นมวลดินเหล่านั้นจะถูกส่งกลับไปยังตำแหน่งการจัดเก็บในระดับความสูงเดิมของพวกมันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในระหว่างเคลื่อนที่ลงมาด้านล่าง[34]
ข้อดีของระบบดังกล่าว, ที่เรียกว่าการเก็บพลังงานจากรางขั้นสูง (English: Advanced Rail Energy Storage (ARES)), ได้แก่การจัดเก็บไม่มีกำหนดของพลังงานศักย์โดยไม่มีการสูญเสียประสิทธิภาพตามช่วงเวลา (แรงโน้มถ่วงไม่ลดขนาด), ค่าใช้จ่ายของวัสดุที่บรรทุกในโบกี้มีค่าต่ำเมื่อมีการใช้ดินหรือหิน, ไม่ได้ใช้แหล่งน้ำในพื้นที่ที่น้ำเป็นสิ่งที่หายาก, บวกกับ, เนื่องจากไม่ได้ใช้น้ำในโครงการนี้, ประสิทธิภาพจึงไม่สูญเสียไปเนื่องจากการระเหยในวันที่ร้อน, หนึ่งในประเด็นของประสิทธิภาพหลายอย่างที่พบกับการจัดเก็บแบบอ่างเก็บน้ำแบบลฃสูบส่วนใหญ่[51]. ณ ปี 2014 ARES ได้เริ่มต้นการวางแผนเบื้องแรกในโครงการเชิงพาณิชย์ในเนวาดาใกล้ชายแดนรัฐแคลิฟอร์เนีย, ร่วมกับ Valley Electric Association Inc.[34].
การจัดเก็บอุณหภูมิ

บทความหลัก: Thermal energy storage และ Seasonal thermal energy storage
การจัดเก็บอุณหภูมิเป็นที่เก็บความร้อนชั่วคราวและปล่อยออกเพื่อใช้ในภายหลัง. ตัวอย่างหนึ่งของการเก็บอุณหภูมิคือการเก็บรักษาพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ในช่วงกลางวันเพื่อที่จะใช้ในเวลาต่อมาเพื่อให้ความร้อนในเวลากลางคืน. ในด้าน HVAC/R (heating, ventilating, and air conditioning/Refrigeration), ชนิดของโปรแกรมนี้ใช้เก็บอุณหภูมิเพื่อให้ความร้อนซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาน้อยกว่าการใช้เก็บอุณหภูมิเพื่อให้ความเย็น. ตัวอย่างหนึ่งของการจัดเก็บของ "เย็น" และปล่อยออกเพื่อใช้ในภายหลังคือน้ำแข็งที่ทำในช่วงเวลากลางคืนสำหรับการใช้งานในช่วงเวลากลางวันที่ร้อน[6]. การเก็บรักษาน้ำแข็งนี้จะถูกทำขึ้นเมื่ออัตราค่าสาธารณูปโภคไฟฟ้ามีราคาถูกกว่า[52]. วิธีการนี้มักจะถูกเรียกว่าการให้ความเย็นช่วง "off-peak".
เมื่อถูกนำมาใช้ในโปรแกรมที่เหมาะสมด้วยการออกแบบที่เหมาะสม, ระบบให้ความเย็นช่วง off-peak สามารถลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้. Green Building Council ของสหรัฐอเมริกาได้มีการพัฒนาโปรแกรม ความเป็นผู้นำในการออกแบบพลังงานและสิ่งแวดล้อม (English: Leadership in Energy and Environmental Design (LEED)) เพื่อส่งเสริมการออกแบบอาคารประสิทธิภาพสูงที่จะช่วยปกป้องสภาพแวดล้อมของเรา. ระดับที่เพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยการใช้ระบบให้ความเย็นช่วง off-peak อาจมีคุณสมบัติของสินเชื่อถ้ามีใบรับรองจาก LEED.
ข้อดีของการเก็บอุณหภูมิคือ:
อัตราค่าไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์จะต่ำกว่าในเวลากลางคืน;
มันใช้พลังงานน้อยกว่าในการทำให้น้ำแข็งในเวลากลางคืนเพราะอุณหภูมิจะเย็นกว่า, จะประหยัดพลังงานจากโรงไฟฟ้าได้มากกว่า.
ระบบที่มีขนาดเล็กกว่า, ค่าใช้จ่ายน้อยกว่าสามารถทำงานของระบบขนาดใหญ่โดยใช้เวลาหลายชั่วโมงมากขึ้น[53].
เครื่องปรับอากาศเก็บน้ำแข็ง
บทความหลัก: Ice storage air conditioning
เครื่องปรับอากาศที่อยู่บนพื้นฐานของการเก็บน้ำแข็งสำหรับการจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิได้กลายเป็นเทคโนโลยีเชิงพาณิชย์ที่ได้รับการยอมรับในศตวรรษที่ 21. สิ่งนี้ทำได้จริงในทางปฏิบัติเพราะความร้อนขนาดใหญ่ที่เกิดจากการละลายของน้ำ: การละลายของน้ำแข็งหนึ่งเมตริกตัน (ประมาณหนึ่งลูกบาศก์เมตร) สามารถจับพลังงานอุณหภูมิได้ 334 megajoules (MJ) (317,000 BTU).
การเปลี่ยนระบบปรับอากาศที่มีอยู่ไปใช้เครื่องปรับอากาศแบบการจัดเก็บน้ำแข็งจะเป็นวิธีการจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพด้านค่าใช้จ่ายวิธีหนึ่ง, หรือการใช้พลังงานลมส่วนเกินและแหล่งพลังงานที่ไม่แน่นอนอื่น ๆ เพื่อเก็บอากาศที่หนาวเหน็บไว้ใช้งานในเวลาต่อมา, อาจจะเป็นเวลาเดือนหลังจากนั้น. รูปแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายของเทคโนโลยีนี้สามารถพบได้ในเครื่องปรับอากาศระบบน้ำแช่แข็ง (English: chilled water system) ในอาคารขนาดใหญ่ในสถาบันการศึกษา. ระบบปรับอากาศ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอาคารพาณิชย์, เป็นผู้บริโภคไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดที่สามารถเห็นได้ในวันที่มีอากาศร้อนในประเทศต่าง ๆ. ในโปรแกรมนี้, ตัวทำความเย็นจัด (English: chiller) มาตรฐานจะทำงานในเวลากลางคืนเพื่อผลิตกองน้ำแข็ง. จากนั้น น้ำก็จะไหลเวียนผ่านกองน้ำแข็งนี้ในช่วงเวลากลางวันเพื่อผลิตน้ำเย็นจัดที่ปกติจะเป็นเอาต์พุตของ chiller ในเวลากลางวัน.
ระบบจัดเก็บบางส่วนช่วยลดการลงทุนโดยให้ชิลเลอร์ทำงานเกือบตลอด 24 ชั่วโมงต่อวัน. ในเวลากลางคืน, พวกมันผลิตน้ำแข็งเก็บเอาไว้และในช่วงเวลากลางวันพวกมันทำให้น้ำเย็นจัดสำหรับระบบเครื่องปรับอากาศ. น้ำที่ไหลเวียนำผ่านน้ำแข็งที่กำลังละลายจะช่วยเสริม การผลิตความเย็น. ระบบดังกล่าวมักจะทำงานในโหมดการทำน้ำแข็ง 16-18 ชั่วโมงต่อวันและในโหมดน้ำแข็งละลายหกชั่วโมงต่อวัน. ใช้จ่ายด้านทุนจะลดลงเพราะชิลเลอร์สามารถมีขนาดเพียง 40-50% ของขนาดที่จำเป็นสำหรับการออกแบบทั่วไป. การเก็บน้ำแข็งก็มักจะเพียงพอสำหรับการปล่อยความร้อนเพียงครึ่งวัน.
ระบบจัดเก็บเต็มรูปแบบจะช่วยลดค่าใช้จ่ายของพลังงานที่ดำเนินการระบบนั้นโดยการปิดชิลเลอร์โดยสิ้นเชิงในช่วงเวลาโหลดสูงสุด. ต้นทุนจะสูงกว่า, เพราะระบบดังกล่าวต้องใช้ชิลเลอร์ค่อนข้างใหญ่กว่าชิลเลอร์จากระบบจัดเก็บบางส่วนและจากระบบการจัดเก็บน้ำแข็งขนาดใหญ่
ไฟฟ้าเคมี

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้
บทความหลัก: Rechargeable battery
แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้, หรือเรียกว่า storage battery หรือ accumulator, เป็นแบตเตอรี่ไฟฟ้าชนิดหนึ่ง. มันประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมีหนึ่งชุดหรือมากกว่า, และเป็นต้วสะสมพลังงานประเภทหนึ่ง. มันเป็นที่รู้จักกันในนาม 'เซลล์รอง' เพราะปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีของมันเป็นแบบไฟฟ้าย้อนกลับ. แบตเตอรี่ที่ชาร์จไฟได้มาในรูปทรงและขนาดที่แตกต่างกัน, ตั้งแต่เซลล์ขนาดกระดุมจนถึงระบบเมกะวัตต์ที่เชื่อมต่อเพื่อรักษาเสถียรภาพของเครือข่ายการกระจายไฟฟ้า. ส่วนผสมของสารเคมีที่แตกต่างกันหลายอย่างถูกนำมาใช้โดยทั่วไป, ได้แก่ ตะกั่ว-กรด, นิกเกิลแคดเมียม (NiCd), นิกเกิลเมททัลไฮไดรด์ (NiMH), ลิเธียมไอออน (Li-ion), และพอลิเมอลิเธียมไอออน (Li-ion polymer).
แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้มีค่าใช้จ่ายการใช้ทั้งหมดและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วทิ้ง. แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้บางประเภทมีขนาดเดียวกันกับประเภทใช้แล้วทิ้ง. แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้มีค่าใช้จ่ายเริ่มต้นสูงกว่า แต่สามารถชาร์จใหม่ด้วยราคามากและใช้ได้หลายครั้ง.
สารเคมีในแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่พบบ่อย ได้แก่:
แบตเตอรี่ Lead-acid: แบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรดยังคงถือส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่ที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์จัดเก็บไฟฟ้าทั้งหมดในวันนี้. เซลล์ตะกั่ว-กรดตัวเดียวผลิตประมาณ 2V เมื่อชาร์จเต็ม. ในสถานะที่ชาร์จเต็ม ขั้วไฟฟ้าลบโลหะตะกั่วและขั้วไฟฟ้าบวกตะกั่วซัลเฟตจะถูกแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลท์กำมะถัน (H2SO4) เจือจาง. ในกระบวนการปล่อยกระแส อิเล็กตรอนจะผลักออกจากเซลล์เมื่อตะกั่วซัลเฟตขึ้นรูปแบบที่ขั้วลบในขณะที่อิเล็กโทรไลท์จะลดลงเป็นน้ำ.
แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม (NiCd): ใช้นิกเกิลออกไซด์ไฮดรอกไซและโลหะแคดเมียมเป็นเป็นขั้วไฟฟ้า. แคดเมียมเป็นองค์ประกอบที่เป็นพิษ, และเป็นสิ่งต้องห้ามสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่จากสหภาพยุโรปในปี 2004. แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมได้รับการแทนที่เกือบสมบูรณ์โดยนิกเกิลเมททัลไฮไดรด์ (NiMH)
แบตเตอรี่นิกเกิลเมททัลไฮไดรด์ (NiMH): ประเภทเชิงพาณิชย์ครั้งแรกมีในปี 1989[54]. ตอนนี้พวกมันเป็นประเภทผู้บริโภคทั่วไปและประเภทอุตสาหกรรม. แบตเตอรี่มีขั้วลบเป็นโลหะผสมดูดซับไฮโดรเจนแทนแคดเมียม.
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: เทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังไม่ได้ถึงจุดที่เติบโตเต็มที่. อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่เป็นชนิดของทางเลือกในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากและมีอัตราส่วนพลังงานต่อมวลที่ดีที่สุดชนิดหนึ่งและมีการสูญเสียประจุช้ามากเมื่อไม่ใช้งาน.
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: แบตเตอรี่เหล่านี้มีน้ำหนักเบาและสามารถทำให้มีรูปทรงตามที่ต้องการ
แบตเตอรี่ไหล
บทความหลัก: Flow battery และ Vanadium redox battery
แบตเตอรี่ไหลเป็นชนิดของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่ความสามารถในการชาร์จไฟเกิดขึ้นจากสององค์ประกอบทางเคมีที่ละลายในของเหลวที่อยู่ภายในระบบและคั่นด้วยเมมเบรน. การแลกเปลี่ยนไอออน (ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า) เกิดขึ้นผ่านเมมเบรนในขณะที่ของเหลวทั้งสองหมุนเวียนในพื้นที่ของตนเองตามลำดับ. แรงดันไฟฟ้าของเซลล์จะถูกกำหนดทางเคมีโดยสมการของ Nernst และมีช่วงการใช้งานจริงตั้งแต่ 1.0-2.2 โวลต์.
แบตเตอรี่ไหลมีความคล้ายคลึงด้านเทคนิคกับทั้งเซลล์เชื้อเพลิงและเซลล์สะสมไฟฟ้าเคมี (ความสามารถในการเปลี่ยนกลับทางด้านเคมีไฟฟ้า). ในขณะที่มันมีข้อได้เปรียบทางเทคนิคเช่นถังของเหลวที่อาจแยกได้และอายุยืนยาวเกือบไม่จำกัดเหนือกว่าแบตเตอรีแบบชาร์จไฟได้ธรรมดาส่วนใหญ่, การใช้งานในปัจจุบันเมื่อเปรียบเทียบกันแล้วมีประสิทธิภาพน้อยกว่าและต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมากกว่า. ชนิดใหม่กว่าของแบตเตอรี่ไหลกำลังมีการพัฒนาเพื่อให้สามารถจัดเก็บพลังงานจำนวนมากได้, เนื่องจากการเพิ่มกำลังการผลิตพลังงานโดยรวมของระบบ (มีค่าเป็น MWh) โดยทั่วไปต้องใช้เพียงการเพิ่มขึ้นของขนาดของอ่างเก็บสารเคมีที่เป็นของเหลวเท่านั้น.
ตัวเก็บประจุยิ่งยวด

บทความหลัก: ตัวเก็บประจุยิ่งยวด
ตัวเก็บประจุยิ่งยวด, หรือที่เรียกว่าตัวเก็บประจุไฟฟ้าสองชั้น (English: electric double-layer capacitor (EDLC)) หรือ Ultracapacitors, เป็นคำทั่วไปสำหรับครอบครัวของตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่ใช้เคมีไฟฟ้า[55]. ตัวเก็บประจุยิ่งยวดไม่ได้มีสาร dielectric ที่เป็นของแข็งธรรมดา. ค่าความจุของตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่ใช้เคมีไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยสองหลักการจัดเก็บ, ซึ่งทั้งสองมีส่วนร่วมแบบแยกกันไม่ออกสำหรับค่าความจุทั้งหมด[56][57][58]:
ตัวเก็บประจุยิ่งยวดลดช่องว่างระหว่างตัวเก็บประจุแบบธรรมดาและแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้. พวกมันเก็บพลังงานส่วนใหญ่ต่อหน่วยปริมาตรหรือมวล (ความหนาแน่นพลังงาน) ท่ามกลางตัวเก็บประจุอื่น ๆ. พวกมันรองรับได้ถึง 10,000 Farads/1.2 โวลต์[59], สูงถึง 10,000 เท่าของตัวเก็บประจุแบบ electrolytic, แต่ส่งมอบกำลังงานหรือรับเข้าน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของกำลังงานต่อหน่วยเวลา (ความหนาแน่นของกำลังงาน) [55].
ในทางตรงกันข้าม, ในขณะที่ตัวเก็บประจุยิ่งยวดมีความหนาแน่นพลังงานประมาณ 10% ของแบตเตอรี่ทั่วไป, ความหนาแน่นของกำลังงานของพวกมันโดยทั่วไปใหญ่กว่า 10-100 เท่า. นี่ส่งผลให้เวลาการชาร์จ/ดีสชาร์จสั้นกว่าแบตเตอรี่มาก ๆ. นอกจากนี้พวกมันยังอดทนต่อจำนวนการชาร์จ/ดีสชาร์จได้มากกว่าแบตเตอรี่หลายเท่า.
ตัวเก็บประจุยิ่งยวดสนับสนุนการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึง:
จ่ายกระแสที่ต่ำให้กับการสำรองข้อมูลในหน่วยความจำแบบ static random-access memory (SRAM)
ให้พลังงานสำหรับรถยนต์, รถโดยสาร, รถไฟ, รถเครนและลิฟท์, รวมถึงการกู้คืนพลังงานจากการเบรก, การจัดเก็บพลังงานระยะสั้นและการส่งพลังงานแบบ burst-mode
UltraBattery
บทความหลัก: UltraBattery
UltraBattery คือเซลล์ตะกั่ว-กรดแบบไฮบริดและ ultracapacitor ที่ใช้คาร์บอน (หรือตัวเก็บประจุยิ่งยวด) คิดค้นโดยหน่วยงานวิจัยแห่งชาติของออสเตรเลีย, องค์การวิจัยวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมเครือจักรภพ (CSIRO). เซลล์ตะกั่ว-กรดและ ultracapacitor ใช้อิเล็กโทรไลท์กรดกำมะถันร่วกันและทั้งสองอย่างจะถูกบรรจุลงในเซลล์กายภาพเดียวกัน[60]. UltraBattery สามารถถูกผลิตให้มีลักษณะทางกายภาพและทางไฟฟ้าคล้ายกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบเดิมทำให้สามารถใช้แทนแบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรดที่ใช้งานอยู่จำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพด้านค่าใช้จ่าย (English: cost effective) ด้วยเทคโนโลยีของ UltraBattery.
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดธรรมดากับเทคโนโลยี UltraBattery ก็คือ UltraBattery ทำงานเหมือน ultracapacitor เมื่อจำเป็นและเหมือนเซลล์ตะกั่ว-กรดในเวลาอื่น, หมายความว่ามันสามารถทำงานได้ในช่วงกว้างมากของการใช้งาน, วงจรการใช้งานอย่างต่อเนื่องและการชาร์จ/ดีสชาร์จอย่างรวดเร็วเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานเช่นการปรับให้เรียบของพลังงานทดแทน, การทำให้ระบบกริดมั่นคง, ยานพาหนะไฟฟ้าและไฮบริดไฟฟ้าสามารถมีผลที่เป็นอันตรายเนื่องจากแบตเตอรี่เคมี แต่จะได้รับการจัดการอย่างดีจากคุณภาพของ ultracapacitive ของเทคโนโลยี UltraBattery.
UltraBattery จะยอมอดทนต่อระดับการชาร์จและดีสชาร์จที่สูงและจำนวนรอบการใช้งานที่สูงมากตลอดช่วงชีวิตของมัน, ซึ่งเหนือกว่าเซลล์ตะกั่ว-กรดที่มีมาก่อนมาก[61]. ในการทดสอบรถไฟฟ้าไฮบริด, มีการใช้งานนับล้านวงรอบ[62]. UltraBattery ยังมีความอดทนอย่างสูงใจต่อผลกระทบจากเกลือของกรดกำมะถัน (English: sulfation) เมื่อเทียบกับเซลล์ตะกั่ว-กรดแบบดั้งเดิม[63]. นี่หมายความว่ามันสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องในสภาวะของการชาร์จบางส่วนในขณะที่แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปจะถูกชะลอไว้ที่การชาร์จจนเต็มระหว่างการดืสชาร์จ. ปกติมันจะไม่มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดจนเต็มอย่างนั้นโดยการลดเวลาในภูมิภาคด้านบนของการชาร์จ. UltraBattery บรรลุประสิทธิภาพสูงปกติระหว่าง 85-95% DC-DC[64].
เทคโนโลยีได้รับการติดตั้งในประเทศออสเตรเลียและสหรัฐอเมริกาในระดับเมกะวัตต์เพื่อใช้ในการควบคุมความถี่และการทำพลังงานหมุนเวียนให้เรียบ.
สารเคมีอื่น ๆ
ไฮโดรเจน

บทความหลัก: เศรษฐกิจไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนได้กำลังถูกพัฒนาเช่นกันให้เป็นตัวกลางในการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า. ไฮโดรเจนไม่ได้เป็นแหล่งพลังงานหลัก, แต่เป็นวิธีการจัดเก็บพลังงานแบบพกพาแบบหนึ่ง, เพราะตอนแรกมันจะต้องถูกผลิตโดยแหล่งพลังงานอื่น ๆ เพื่อที่จะนำมาใช้. อย่างไรก็ตาม, ในฐานะที่เป็นตัวกลางในการจัดเก็บ, มันก็อาจจะเป็นปัจจัยสำคัญในการใช้พลังงานทดแทน ดูการเก็บรักษาไฮโดรเจน.
ด้วยพลังงานหมุนเวียนที่มาเป็นระยะ ๆ เช่นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม, ผลผลิตอาจถูกป้อนโดยตรงให้กับกริดไฟฟ้า. ที่ความต้องการใช้งานของกริดต่ำกว่า 20%, ปริมาณขนาดนี้ไม่ได้เปลี่ยนเศรษฐศาสตร์อย่างรุนแรง; แต่ต้องเกินกว่าประมาณ 20% ของความต้องการทั้งหมด, การจัดเก็บภายนอกจึงมีความสำคัญ[65]. ถ้าแหล่งพลังงานเหล่านี้ถูกนำไปใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้าเพื่อที่จะผลิตไฮโดรเจนแล้ว, พวกมันก็สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่เมื่อใดก็ตามที่มันพร้อมใช้งาน, ถ้ามองในแง่โอกาส. พูดกว้าง ๆ, มันไม่สำคัญที่พวกมันจะเข้ามาหรือออกไปเมื่อไร, ไฮโดรเจนจะถูกเก็บไว้อย่างเรียบง่ายและถูกใช้ตามความจำเป็น. ชุมชนหนึ่งได้วางโครงการนำร่องโดยใช้กังหันลมและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไฮโดรเจนได้ถูกดำเนินการจากปี 2007 เป็นเวลาห้าปีในชุมชนที่ห่างไกลของ Ramea, Newfoundland and Labrador[66]. โครงการที่คล้ายกันได้ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 2004 ที่ Utsira, เทศบาลเล็ก ๆ บนเกาะที่นอร์เวย์.
การสูญเสียพลังงานเกี่ยวข้องในวงรอบการจัดเก็บไฮโดรเจนของการผลิตไฮโดรเจนสำหรับการใช้งานกับยานพาหนะด้วย electrolysis ของน้ำ, การเปลี่ยนให้เป็นของเหลวหรือการบีบอัด, และการแปลงกลับไปเป็นไฟฟ้า[67] และวงรอบการจัดเก็บไฮโดรเจนของการผลิตไฮโดรเจนสำหรับการประยุกต์ใช้เซลล์เชื้อเพลิงที่อยู่กับที่ (English: stationary fuel cell applications) เหมือน Micro combined heat and power (MicroCHP) ที่ 93 %[68] ด้วย biohydrogen หรือการผลิตไฮโดรเจนทางชีวภาพ (ด้วยสาหร่าย), และการแปลงให้เป็นกระแสไฟฟ้า
ประมาณ 50 กิโลวัตต์·h (180 MJ) ของพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตหนึ่งกิโลกรัมของไฮโดรเจน, ดังนั้นต้นทุนของไฟฟ้าชัดเจนว่าเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง, แม้ว่าสำหรับการใช้ไฮโดรเจนเป็นอย่างอื่นนอกเหนือจากการจัดเก็บเพื่อการผลิตไฟฟ้า. ที่ $ 0.03/kWh, อัตราสายไฟฟ้าแรงสูงทั่วไปช่วง off-peak ในประเทศสหรัฐอเมริกา, นี่หมายถึงไฮโดรเจนมีค่าใช้จ่าย $ 1.50/กิโลกรัมสำหรับการผลิตไฟฟ้า, เทียบเท่ากับ $ 1.50/แกลลอนสำหรับน้ำมันเบนซินถ้าถูกใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงยานพาหนะ. ค่าใช้จ่ายอื่น ๆ จะรวมถึงโรงงาน electrolyzer, เครื่องอัดไฮโดรเจนหรือเครื่องเปลี่ยนให้เป็นของเหลว, การจัดเก็บและการขนส่ง, ซึ่งจะมีความสำคัญ.
การจัดเก็บไฮโดรเจนใต้ดิน
การจัดเก็บไฮโดรเจนใต้ดินคือการจัดเก็บไฮโดรเจนในถ้ำใต้ดิน, โดมเกลือและบ่อน้ำมันและก๊าซที่แห้งแล้ว[69][70]. ไฮโดรเจนในรูปของแก๊สปริมาณขนาดใหญ่ถูกจัดเก็บไว้ในถ้ำใต้ดินโดย Imperial Chemical Industries (ICI) เป็นเวลาหลายปีโดยไม่มีความยุ่งยากใด ๆ [71]. โครงการยุโรป Hyunder ระบุในปี 2013 ว่าสำหรับการจัดเก็บพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์, ถ้ำเพิ่มเติมจำนวน 85 ถ้ำจะต้องใช้เพราะมันไม่สามารถแทนที่โดยการจัดเก็บไฟฟ้าพลังน้ำโดยวิธีสูบ (PHES) และระบบการจัดเก็บอากาศอัด (CAES) [72].
พลังงานให้เป็นแก๊ส
บทความหลัก: Power to gas
Power to gas เป็นเทคโนโลยีที่แปลงพลังงานไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงแก๊ส. มีสามวิธีที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน; ทั้งหมดใช้ไฟฟ้าแยกน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยวิธีการอิเล็กโทรไลซิส.
ในวิธีการแรก, ไฮโดรเจนที่ได้จะถูกฉีดเข้าไปในกริดก๊าซธรรมชาติหรือถูกนำไปใช้ในการขนส่งหรืออุตสาหกรรม. วิธีที่สองคือการรวมไฮโดรเจนกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และแปลงสองก๊าซให้เป็นมีเทน (ดูก๊าซธรรมชาติ) โดยใช้ปฏิกิริยา methanation เช่นปฏิกิริยา Sabatier หรือ methanation ทางชีวภาพทำให้เกิดการสูญเสียการแปลงพลังงานส่วนเกินที่ 8%. จากนั้น ก๊าซมีเทนอาจจะถูกป้อนให้กับกริดของก๊าซธรรมชาติ. วิธีที่สามใช้ก๊าซที่ได้จากเครื่องผลิตก๊าซไม้ (English: wood gas generator) หรือโรงงานก๊าซชีวภาพ, หลังจาก ที่ต้วเพิ่มสมรรถนะของก๊าซชีวภาพถูกผสมเข้ากับไฮโดรเจนที่ผลิตจาก Electrolyzer, เพื่อยกระดับคุณภาพของก๊าซชีวภาพ.
จากนั้น พลังงานส่วนเกินหรือพลังงานช่วง off–peak ที่สร้างโดยกังหันลมหรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะสามารถนำไปใช้สำหรับสร้างความสมดุลของโหลดในกริดพลังงาน. การใช้ระบบก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่สำหรับไฮโดรเจน, ผู้ผลิตเซลล์เชื้อเพลิงเช่น Hydrogenics และผู้จัดจำหน่ายก๊าซธรรมชาติเช่น Enbridge ได้ร่วมมือกันในการพัฒนาระบบ power to gas ดังกล่าวในแคนาดา[73].
ไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ในเครือข่ายท่อส่งก๊าซธรรมชาติ. ก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้ก๊าซธรรมชาติ, เครือข่ายก๊าซของเยอรมันได้ดำเนินการโดยใช้ towngas, ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจน. ความจุในการจัดเก็บของเครือข่ายก๊าซธรรมชาติเยอรมัน, ซึ่งก็ประกอบด้วยถ้ำที่มนุษย์สร้างขึ้นมากมาย (ถ้ำเทียมที่สร้างโดยการทำเหมืองแร่), มีมากกว่า 200,000 GW·ชั่วโมง, ซึ่งเพียงพอสำหรับความต้องการพลังงานหลายเดือน. จากการเปรียบเทียบ, ความสามารถของโรงเก็บพลังงานแบบสูบทั้งหมดของมีเพียงประมาณ 40 GW·ชั่วโมงเท่านั้น. การขนส่งพลังงานผ่านทางเครือข่ายก๊าซจะสูญเสียน้อยมาก (<0.1%) กว่าในเครือข่ายสายส่ง (8%) (ยกเว้นระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูง). การใช้ระบบท่อส่งก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่แล้วสำหรับไฮโดรเจนได้รับการศึกษาโดย NaturalHy[74].
เชื้อเพลิงชีวภาพ
บทความหลัก: biofuel
เชื้อเพลิงชีวภาพต่าง ๆ เช่นไบโอดีเซล, น้ำมันพืชตรง, เชื้อเพลิงแอลกอฮอล์, หรือชีวมวลสามารถใช้แทนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนได้. กระบวนการทางเคมีหลายอย่างสามารถแปลงคาร์บอนและไฮโดรเจนในถ่านหิน, ก๊าซธรรมชาติ, พืชและสัตว์ (ชีวมวล), และขยะอินทรีย์ให้เป็นสารไฮโดรคาร์บอนสั้นเหมาะที่จะใช้แทนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่. ตัวอย่างเช่นดีเซลแบบ Fischer-Tropsch, เมทานอล, ไดเมทิลอีเทอร์, หรือ ซินแก๊ส. แหล่งดีเซลนี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในสงครามโลกครั้งที่สองในประเทศเยอรมนี, ที่การเข้าถึงแหล่งจ่ายน้ำมันดิบถูกจำกัด. วันนี้แอฟริกาใต้ผลิตส่วนใหญ่ของดีเซลของประเทศจากถ่านหินด้วยเหตุผลที่คล้ายกัน[75]. ราคาน้ำมันในระยะยาวเหนือ US$ 35/บาร์เรลอาจทำให้เชื้อเพลิงเหลวสังเคราะห์ดังกล่าวประหยัดในกระบวนการผลิตขนาดใหญ่ (ดูถ่านหิน). บางส่วนของพลังงานในต้นฉบับเดิมได้หายไปในขั้นตอนการแปลง. ในทางประวัติศาสตร์, ต้วถ่านหินเองได้ถูกใช้โดยตรงเพื่อวัตถุประสงค์ในการขนส่งด้วยยานพาหนะและเรือที่ใช้เครื่องยนต์ไอน้ำ. นอกจากนี้ ก๊าซธรรมชาติอัดยังถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงอีกด้วย, เช่นรถเมล์กับบางหน่วยงานขนส่งมวลชน.
ก๊าซมีเทน
บทความหลัก: Substitute natural gas
ก๊าซมีเทนเป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่ธรรมดาที่สุดที่มีสูตรโมเลกุล CH4. ก๊าซมีเทนสามารถผลิตได้จากพลังงานไฟฟ้าโดยการใช้เทคโนโลยี power to gas[76]. ก๊าซมีเทนจะถูกเก็บไว้ง่ายกว่าไฮโดรเจนและการขนส่ง, การจัดเก็บและโครงสร้างพื้นฐานการเผาไหม้ (ท่อส่ง, gasometers, โรงไฟฟ้า) มีความมั่นคงแล้ว.
ก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ (SNG) จะถูกสร้างขึ้นในกระบวนการหลายขั้นตอน, เริ่มต้นเมื่อไฮโดรเจนและออกซิเจนถูกผลิตขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ. ไฮโดรเจนก็จะทำปฏิกิริยากับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการ Sabatier, ผลิตก๊าซมีเทนและน้ำ. ก๊าซมีเทนสามารถถูกจัดเก็บและถูกใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าในภายหลัง. น้ำที่ผลิตได้จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในขั้นตอนอิเล็กโทรไลซิส, เป็นการลดความจำเป็นสำหรับน้ำบริสุทธิ์ใหม่เพิ่มเติม. ในขั้นตอนอิเล็กโทรไลซิส ออกซิเจนก็จะถูกเก็บไว้สำหรับการเผาไหม้ก๊าซมีเทนในสภาพแวดล้อมของออกซิเจนบริสุทธิ์ที่โรงไฟฟ้าที่อยู่ติดกัน, เป็นการกำจัดไนโตรเจนออกไซด์.
ในการเผาไหม้ของก๊าซมีเทน, ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำจะถูกผลิตขึ้น. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สร้างขึ้นจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อเพิ่มกระบวนการ Sabatier และน้ำจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในขั้นตอนอิเล็กโทรไลซิส. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการเผาไหม้ก๊าซมีเทนจะหันกลับไปเป็นมีเทน, การผลิตจึงไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจก. การผลิต, การจัดเก็บและการเผาไหม้ที่อยู่ติดกันของก๊าซมีเทนจะรีไซเคิลผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของปฏิกิริยา, เป็นการสร้างวัฏจักรคาร์บอนต่ำ.
ดังนั้น CO2 จึงจะเป็นทรัพยากรที่มีค่าทางเศรษฐกิจในฐานะที่เป็นส่วนประกอบหนึ่งของเวกเตอร์การจัดเก็บพลังงาน, ไม่ใช่เสียค่าใช้จ่ายเหมือนกับการจับและการเก็บรักษาคาร์บอน.
อะลูมิเนียม, โบรอน, ซิลิคอนและสังกะสี
อะลูมิเนียม[77], โบรอน[78], ซิลิกอน[79], ลิเธียม, และสังกะสี[80] ได้รับการเสนอเป็นโซลูชั่นการจัดเก็บพลังงาน.
วิธีการทางไฟฟ้า
ตัวเก็บประจุ
บทความหลัก: ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุ (แต่เดิมเรียกว่า 'คอนเดนเซอร์') เป็นชิ้นส่วนไฟฟ้าสองขั้วแบบพาสซีฟถูกใช้ในการเก็บพลังงานไฟฟ้าสถิตย์ในสนามไฟฟ้า. รูปแบบของตัวเก็บประจุในทางปฏิบัติแตกต่างกัน, แต่ทั้งหมดประกอบด้วยอย่างน้อยสองตัวนำไฟฟ้า (สองแผ่น) แยกจากกันโดยมีสารไดอิเล็กทริก (เช่นฉนวน) อยู่ตรงกลาง. ตัวเก็บประจุสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าเมื่อตัดการเชื่อมต่อออกจากวงจรการชาร์จของมัน, ดังนั้นมันจึงสามารถนำมาใช้เหมือนกับแบตเตอรี่ชั่วคราว, หรือเหมือนประเภทอื่น ๆ ของระบบการจัดเก็บพลังงานที่ชาร์จไฟใหม่ได้[81]. ตัวเก็บประจุยังเป็นที่นิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อรักษาแหล่งจ่ายไฟในขณะที่ทำการเปลี่ยนแบตเตอรี่ (ซึ่งช่วยป้องกันการสูญหายของข้อมูลในหน่วยความจำระเหย). ตัวเก็บประจุแบบธรรมดาให้ความหนาแน่นของพลังงานน้อยกว่า 360 จูลต่อกิโลกรัมในขณะที่แบตเตอรี่อัลคาไลน์ทั่วไปมีความหนาแน่นของ 590 กิโลจูล/กิโลกรัม.
ไม่เหมือนตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุไม่กระจายพลังงาน, แทนที่จะกระจาย ตัวเก็บประจุจะเก็บพลังงานในรูปแบบของสนามไฟฟ้าสถิตระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองของมัน. เมื่อมีความต่างศักย์คร่อมตัวมัน (เช่นเมื่อตัวเก็บประจุถูกต่อเข้ากับแบตเตอรี่), สนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นทั่วไดอิเล็กทริก, ทำให้เกิดประจุบวก (+Q) สะสมบนแผ่นตัวนำหนึ่งและประจุลบ (-Q) สะสมบนอีกแผ่นตัวนำหนึ่ง. ถ้าแบตเตอรี่ถูกต่อเข้ากับตัวเก็บประจุเป็นเวลานานเพียงพอ, จะไม่มีกระแสสามารถไหลผ่านตัวเก็บประจุได้. อย่างไรก็ตาม, ถ้าแรงดันไฟฟ้าเร่งหรือสลับถูกนำมาใช้คร่อมตัวตัวเก็บประจุ, กระแสที่เคลื่อนที่จะสามารถไหลได้.
ปริมาณประจุไฟฟ้า (ค่าความจุ) จะมากขึ้นเมื่อช่องห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองแคบลงและเมื่อตัวนำทั้งสองจะมีพื้นผิวที่มีขนาดใหญ่ขึ้น. ในทางปฏิบัติ, ไดอิเล็กทริกระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองสามารถให้กระแสรั่วจำนวนเล็กน้อยผ่านได้และไดอิเล็กทริกยังมีขีดจำกัดของความเข้มสนามไฟฟ้าอีกด้วย, ที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าถล่มทะลาย (English: breakdown voltage). ตัวนำทั้งสองและขาทั้งสองข้างของมันจะสร้างการเหนี่ยวนำ (English: inductance) และความต้านทาน (English: resistance) ที่ไม่พึงประสงค์.
ตัวเก็บประจุถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับปิดกั้นกระแสตรงขณะที่ยอมให้กระแสสลับผ่านได้. ในวงจรกรองแบบอนาล็อก, พวกมันทำเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟให้เรียบ. ในวงจรเรโซแนนซ์ พวกมันใช้จูนหาสถานีวิทยุ. ในระบบส่งกำลังไฟฟ้า พวกมันทำแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าให้มีเสถียรภาพ[82].
การจัดเก็บแบบแม่เหล็กไฟฟ้า
บทความหลัก: Superconducting magnetic energy storage
ระบบการจัดเก็บพลังงานด้วยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (SMES) จะจัดเก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้นโดยการไหลของกระแสตรงในขดลวดตัวนำยิ่งยวดที่ทำให้เย็นแบบ cryogenic ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิยิ่งยวดวิกฤตของมัน. ระบบ SMES ทั่วไปประกอบด้วยสามส่วน: ขดลวดตัวนำยิ่งยวด, ระบบปรับสภาพไฟฟ้าและตู้เย็นที่ให้ความเย็นแบบ cryogenic. เมื่อขดลวดตัวนำยิ่งยวดถูกชาร์จ, กระแสจะไม่สลายตัวและพลังงานแม่เหล็กสามารถถูกเก็บไว้ตลอดไป[83].
พลังงานที่เก็บไว้จะถูกปล่อยกลับไปยังเครือข่ายโดยการดีสชาร์จขดลวด. ระบบปรับสภาพไฟฟ้าใชัตัวเรียงกระแส เพื่อแปลงกระแสสลับ (AC) ให้เป็นกระแสตรง (DC) หรือใช้อินเวอร์เตอร์แปลง DC กลับไปเป็น AC. อินเวอร์เตอร์/ตัวเรียงกระแสทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานประมาณ 2-3% ในแต่ละทิศทาง. SMES สูญเสียพลังงานไฟฟ้าในขั้นตอนการจัดเก็บเป็นจำนวนที่น้อยที่สุดเมื่อเทียบกับวิธีอื่น ๆ ของการจัดเก็บพลังงาน. ระบบ SMES มีประสิทธิภาพสูง; ประสิทธิภาพไป-กลับมีมากกว่า 95%[84].
เนื่องจากความต้องการพลังงานอย่างมากของเครื่องทำความเย็นและค่าใช้จ่ายที่สูงของขดลวดตัวนำยิ่งยวด, SMES ในขณะนี้จะถูกใช้สำหรับการจัดเก็บพลังงานระยะเวลาสั้น. ดังนั้น SMES ได้รับการทุ่มเทกันโดยทั่วไปมากที่สุดเพื่อการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า. ถ้า SMES จะถูกใช้สำหรับการสาธารณูปโภค, มันควรจะเป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานรายวัน, ชาร์จจากไฟฟ้า baseload ในเวลากลางคืนและใช้ช่วง peak load เวลากลางวัน[83].
รายการแบบกว้าง
ดูเพิ่มเติม: Outline of energy storage
รายการต่อไปนี้ประกอบด้วยประเภทของการจัดเก็บพลังงานแบบธรรมชาติและแบบที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์อื่น ๆ, นอกเหนือจากพวกที่ได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและการพาณิชย์:
แบบกลไก
Compressed air energy storage (CAES)
Fireless locomotive
Flywheel energy storage
Gravitational potential energy (device)
Hydraulic accumulator
Hydroelectric energy storage
Liquid nitrogen
Pumped-storage hydroelectricity
แบบไฟฟ้า
ตัวเก็บประจุ
Superconducting magnetic energy storage (SMES)
แบบชีวภาพ
Glycogen
Starch
แบบไฟฟ้าเคมี
Flow battery
Rechargeable battery
ตัวเก็บประจุยิ่งยวด
UltraBattery
แบบอุณหภูมิ
Brick storage heater
Cryogenic liquid air or nitrogen
Eutectic system
Ice Storage
Molten salt
Phase Change Material
Seasonal thermal energy storage
Solar pond
Steam accumulator
Thermal energy storage (general)
แบบเคมี
เชื้อเพลิงชีวภาพ
Hydrated salts
ไฮโดรเจน
Hydrogen peroxide

Power to gas
Vanadium pentoxide
อ้างอิง