Milea Ioana Andreea MS3

MILEA Ioana AndreeaMS3

STOCAREA ENERGIEI

IntroducereEnergia electric constituie o marf specific. Principala particularitate a ei o constituie existena bilanului instantaneu dintre energia electric produs i consumat. Stocarea surplusului de energie electric n orele de supraproducere a ei este astzi o problem actual, care n lume se soluioneaz prin diferite metode. Actualitatea este condiionat,de asemenea, i de implementarea intens a surselor de energie regenerabil, de creterea sarcinilor de consum a energiei electrice n regim de impuls i de majorarea cerinelor ctre calitatea energiei electrice din partea consumatorului.Situaia economic influeneaz asupra particularitilor de soluionare a problemei date, privind stocarea i conservarea energiei electrice. Din acest punct de vedere, nu toate soluiile tehnice cunoscute pot fi eficiente n aceiai msur pentru diferite ri. Eficiena uneia sau altei soluii tehnice poate varia pe parcursul timpului, adic pe parcursul perioadei de utilizare activ a echipamentului tehnic i tehnologic utilizat pentru stocarea i conversia energiei electrice.

Necesitatea stocrii energiei electriceStocarea eficient a energiei devine unul dintre cele mai spectaculoase i sensibile domeniideactivitateiiniiativ,dezvoltareaprocedeelor,echipamentelori tehnologiilordeconversieistocarefiindocondiieexclusivpentruutilizarea competitiv a tuturor surselor rennoibile de energie (solar, eolian, maree etc.).Necesitatea conceperii i realizrii unor noi sisteme performante pentru stocarea energieiesteimpusdediscrepanaevidentdintremomentuliloculproducerii energiei i momentul i locul consumrii acesteia.Fluctuaiile de consum pot fi: diurne, sptmnale, sezoniereDup cum se tie, fluctuaiile diurne prezint amplitudini mari, cererea din orele mici ale dimineii situndu-se la cca. 1/3 din cea care corespunde perioadei de vrf.n rile n care nclzirea electric este larg rspndit,solicitarea centralelorelectrice n timpul iernii este de dou ori mai mare dect vara, iar n ri cu clima torid,unde climatizarea este utilizat frecvent, vrful de consum nregistrat vara este maxim ncursul unui an.Este evident c funcionarea centralelor electrice la capacitate mare i constant depinde de cuplarea acestora la sisteme de stocare.Dezvoltareaenergeticiisolareesteputernicinfluenatdeperfecionarea sistemelordestocare,folosireaeficientaenergieicaptatedepinznddeevoluia sistemelor de stocare diurn.Dealtfel,ngeneral,atragereancircuituleconomiccompetitivasurseloralternative de energie este n funcie de costul i fiabilitatea tehnologiilor de stocare.Tehnologiile i echipamentele de stocare a energiei, folosind parial sau integralprocese electrochimice, pot fi mprite n: tehnologii i echipamente pentru stocare de scurt durat i cu capaciti mici (sub 0,5Wh). tehnologii i echipamente pentru stocare medie (12-60 ore) i cu capaciti pn lacteva sute de MWh; tehnologii i echipamente pentru stocare de lung durat (10-300 zile) i cu capacitimai mari dect 1000 MWh.Exista cel putin cateva motive pentru care este necesar sa stocam energiaelectrica. Printre altele, pot fi mentionate urmatoarele cauze: cresterea cererii de energie electrica in cazul supraproductiei, generarea rapida in cazul unei cereri de varf rapide, optimizarea utilizarii surselor de energie regenerabila primare, realizarea postulatului privind compensarea energiei disponibile local.Unitatile de generare distribuita (GD) nu sunt controlate si reglate de operatorii sistemului de energie. Energia produsa de GD este optimizata de proprietar pentru a maximiza profitul, caldura produsa sau utilizarea surselor de energie regenerabila.Acest lucru este facut indiferent de cererea de energie in retelele la care aceste surse sunt conectate. Daca utilizarea generarii distribuite reprezinta mai mult de doisprezece la suta din productia de energie, atunci va aparea problema compensarii energetice in reteaua locala sau in tot sistemul. Solutia problemei ar putea sa fie stocarea energiei.In realitate, nu exista posibilitatea de a stoca direct energia electrica. Este necesara conversia acesteia in alte forme de energie. Printre solutiile posibile pentru sistemele de stocare se numara:1. Stocarea mecanica-permite acumularea energiei electrice n energia potentiala a apei din centrale hidroelectrice cu acumulare prin pompare a aerului din central cu aer comprimat si n energia cinetica a volantei;a. stocarea pe baza de pomparii apeib. stocarea cu aer sub presiunec. stocarea cu volanti2. Stocare electrochimica-permite acumularea energiei electrice ca energie electrochimica baterii de acumulatoare.a. Acumulatori cu stocare interna (ex. Pb, NiCd, Li-ion)b. Acumulatori cu stocare externa:- baterii primare cu regenerare externa (ex. Zn-aer)- stocare in gaz (electrolizor, celule de combustie)- stocarea cu electrozi lichizi (ex. redox cu vanadiu)3. Stocare Electrica-permite nmagazinarea energiei n cmpul magnetic al materialelor supraconductoare sau n cmpul electric al supercondensatoarelor:a. bobine supra-conductoareb. condensatori (diferite tehnologii)Alegerea sistemului corespunzator se poate face pe baza mai multor factori, cum ar fi: capacitatea necesara pentru stocare, perioada minima de stocare, conditiile de incarcare si descarcare, spatiul si mediul disponibile, tipul de fluctuatii compensate, densitatea de energie necesara, durata de viata necesara, numarul minim de cicluri si proprietatile sistemului energetic.Este interesant faptul ca exista mai multe surse de energie regenerabila care contin sisteme naturale de stocare. Acestea sunt centralele hidro-electrice si generatoarele ce utilizeaza biomasa si biogazul.Stocarea energiei electrice n energia potenial a apei const n utilizarea surplusului de energie al surselor intermitente pentru pomparea apei dintr-un bazin inferior ntr-unul superior. Cnd este nevoie de energie, de exemplu n perioadele de vrf de sarcin, apa este eliberat i are loc producere de energie pe cale hidroelectric.Este singura metod de stocare care asigur stocarea unor cantiti mari de energie, dar i integrarea surselor intermitente de energie electric, cum sunt energia eolian i solar. De aici, rezult importana centralelor hidro-eoliene, cu toate c randamentul este mai sczut. Fezabilitatea i costul depind de amplasamentul geografic al sistemului, deoarece este necesar o cantitate mare de ap i/sau este necesar o separare vertical ntre stocare i rezervorul de descrcare. Structura fizic a sistemului de stocare poate fi construit de la zero, caz n care costurile iniiale se ridic foarte mult, sau poate fi consolidat pe baza resurselor existente sau se poate profita de condiiile naturale. Astfel, n unele cazuri separarea ntre bazine a fost consolidatn subteran, unde pot fi folosite minele inundate sau alte caviti. Marea, lacurile sau rurile poate fi folosite ca un rezervor de nlime inferioar. Unele baraje mari ale centralelor hidroelectrice au capacitate de stocare i pot fi utilizate pentru pompare hidro. De altfel, orice poate ine apa i se afl la nlime mai mic dect bazinul superior poate fi considerat bazin inferior. De asemenea, se caut soluii pentru realizarea bazinului superior cu costuri ct mai reduse, prin utilizarea unor lacuri naturale sau a unor vi care necesit baraje de dimensiuni reduse.Avantajele: scar larg pentru tehnologia de stocare i utilizarea tehnologiilor mai vechi de stocare; tehnologie verificat, producnd mai mult de 2,5 % din piaa de energie a Statelor Unite i generarea a peste 90 GW global; stocare pe termen lung, fr pierderi de energie; din energia utilizat pentru pompare, 70-85% poate fi recapturat; rspuns rapid la schimbrile n cererile de ncrcare, msurat n secunde; unele baraje mari sunt deja prevzute cu posibiliti de stocare a apei; apa poate fi dulce sau srat; n cazul unei centrale cu ap srat se poate introduce desalinizarea; capacitate ridicat (pn la 1000 MW sau mai mult); timpul de eliberare poate varia de la ore la zile; nu implic utilizarea de materiale toxice; poate fi utilizat zilnic sau de mai multe ori pe zi; are reacie rapid cnd este necesar, pentru a rspunde rapid la condiiile de piaa n general dureaz mai puin de 10 minute s ajung la capacitate maxim, iar dac lucreaz n standby poate ajunge la capacitate maxim n 10, 30 de secunde. Dezavantaje : construciile dureaz mult, sunt scumpe, mai ales dac se ncepe de la zero, acestea pot fi nlturate prin folosirea structurilor pre-existente i caracteristicile geografice; costuri mari de capital, se poate folosi actualizarea hidrocentralelor existente ca o oportunitate de a reduce costurile; tehnologie intensiv cu nevoi mari de teren, tinde s fie departe de transmiterea cererii de ncrcare; se poate evita dunarea ecosistemului dac sistemul utilizeaz caviti subterane n locul rurilor.Stocarea energiei sub forma energiei poteniale a aerului comprimat se bazeaz pe utilizarea energiei din perioadele de alimentare n exces pentru a comprima aerul ntr-o cavitate subteran. Ofer capacitate ridicat de stocare a energiei i rspuns rapid. Dezavantajul principal al acestei metode de stocare const n necesitatea unui rezervor mare etan care poate fi specific locaiei.Sistemele ineriale cu roat volant servesc la nivelarea puterii de intrare i de ieire a unui dispozitiv mecanic de rotire (o turbin). Sunt dispozitive de stocare n care se stocheaz energie cinetic prin accelerarea foarte rapid a unui rotor, ideale pentru utilizarea n cazul reelelor mici sau nelegate la sistemul naional pentru netezirea vnturilor intermitente de energie produs. Timpul de stocare este scurt.Stocarea energiei sub forma energiei chimice are loc n bateriile electrochimice i reprezint cea mai rspndit form de stocare a energiei electrice. Plaja de putere a acestor sisteme este foarte ntins (de la civa W pn la civa MW). Bateriile prezentate sunt bateria cu plumb (Pb), bateria Nichel-Cadmiu (NiCd), bateria Nichel-Metal hidrid (NiMH), Bateria cu ioni de litiu (Li-Ion) i n final un tip de baterie care funcioneaz pe baza unei reacii chimice de oxidoreducere, substana electrolitului fiind Vanadiu (VRB).Un dispozitiv de stocare a energiei ce are la baza proprietatile materialelor supraconductoare este alcatuit din:bobina supraconductoare, statia de conversie a energieielectrice si sistemul de refrigerare criogenic (utiliznd azot lichid cu temperatura de fierbere 77 K). Odata ncarcata bobina supraconductoare, curentul electric prin ea nu se va diminua si energia stocata n cmpul magnetic va persista pe o perioada nedefinita de timp. ncarcarea bobinei se realizeaza la curent electric continuu obtinut prin intermediul unei statii de conversie/optimizare. Statia de conversie este corespunzatoare pentru 2...3% din pierderile de putere n fiecare directie. Dintre toate metodele de stocare a energiei electrice, aceast` metod` este cea mai eficienta. Eficienta de stocare este de 96%, dispozitivul fiind capabil sa inverseze modul de ncarcare/descarcare n mai putin de 17 ms.Folosirea sistemelor de stocare a energiei electrice determina cresterea semnificativa a sigurantei n exploatare a S.E.N., permitand o mai buna controlabilitatea indicatorilor de calitate ai energiei electrice. Prin decuplarea partiala a curbei de productie de graficul de consum se va realiza o functionare mai economica a unitatilor de productie prin posibilitatea mentinerii incarcarii optime a grupurilor chiar n conditiile functionarii centralelor eoliene n gol de sarcina.Pagina 5 din 5