Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından Güneş ve Rüzgar Santralleri İçin Depolama Yöntemleri (Bölüm 2)

Elektrokimyasal Enerji Depolama Sistemleri

Kurşun-asit Batarya ile Enerji Depolama

Lityum-İyon Batarya ile Enerji Depolama

Akışkan Bataryalarla Enerji Depolama

Süper Kapasitör ile Enerji Depolama

Süper iletken Manyetik Enerji Depolama (SMES)

Hidrojen ile Enerji Depolama

Kurşun-asit Batarya ile Enerji Depolama

336V 1000Ah Kurşun Asit Batarya Grubu

Enerji depolamada kullanılacak olan batarya sistemlerinin :

Çevrim oranı ( Bataryanın kapasitesinin %80 ‘ne düşene kadar olan şarj ve deşarj sayısı )

Enerji yoğunluğu (Birim ağırlıkta veyahut birim hacimde depolaya bileceği elektrik

enerjisi miktarı )

Şarj – deşarj süreleri

Maliyet önemlidir.

Kurşun-asit bataryalar 1859’dan itibaren kullanılan en eski ve olgun teknolojiye sahip sıvı elektrlitli bataryalardır. Genel kullanım alanları motorlu taşıtların ateşleme ve ilk çalışmasında kullanılılırlar.

Bu bataryalar ucuz maliyetleri avantaj gibi gözüksede ömürlerinin kısa oluşu bu avantajı bir nebze ortadan kaldırmakatadır.

Avantajları

Olgunlaşmış teknoloji

Kendiliğinden deşarj oranı azdır

Üretim maliyetleri ucuzdur

Geniş çalışma sıcaklığı

Dezavantajları

Düşük enerji yoğunluğu

Zararlı kimyasal elementler içermesi

Geç şarj olması

Tamamen deşarj olamaması

Çevrim oranlarının az olması

Lityum-İyon Batarya ile Enerji Depolama

400MW Lityum İyon Batarya Grubu

Sony tarafından 1991 yılında ticari üretiminin gerçekleşmesi ile birlikte günümüzde elektronik ürünlerin neredeyse hepsinde ve elektrikli arabalarda lityum-iyon bataryalar kullanılır. Çok kadim olmayan bir teknolojidir. Bu teknoloji diğer batarya teknolojilere göre oldukça yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir.

Enterkonnekte sistemde başlıca kullanım amacı:

Frekans Regulasyonu

Voltaj Regulasyonu

Yenilenebilir Şebeke Entegrasyonu

Dünyada ticari kullanımı yaygın değildir.

2011’de, NewYork’ta 20 MW lık tesis , regülasyon amaçlı devreye alınmıştır.

Verimlilik:%85

Avantajları

Yüksek enerji yoğunluğu *(7500 Wh/lt, 4000 Wh/kg, 160 Ah/Kg)

Çevrim oranlarının yüksek olması *(15,000-25,000 çevrim @ %80 derin deşarjda)

Yüksek verimlidir *(yaklaşık %87-95)

* Bu veriler Lityum-Titanat Anotlu Li-İyon Bataryalar içindir.

Dezavantajları

Aşırı şarj ve deşarja dayanamamaları

Aşırı ısınması

Kurulum maliyetlerinin yüksek olması

Akışkan Bataryalarla Enerji Depolama

Vanadyum Redox Akışkan Depolama Sistemi

Akışkan batarya sistemleri iki elektrolitik tankın arasındaki geçiş hücresi içerisindeki geçirgen poliofilen membran şarj ve deşarj durumuna göre iyonların geçişini sağlar.

Vanadium Redeox Akışkan Batarya Özelliği

Enerji Yoğunluğu 10-20 Wh/kg

Verimi %73-80

Çervrim Oranı >10,000

Ömrü 10-20 yıl

Ticari çapta kullanımı gittikçe artmaktadır.

Vanadyum Redox Akışkan Depolama Şematiği

Avantajları

Derin deşarjlara toleransı fazladır

Teorik kapasiteli çok yüksektir.

Bakım gereksinimleri azdır.

Dezavantajları

Düşük enerji yoğunluğu

Sistem kompleksliği

Süper Kapasitör ile Enerji Depolama

Enerjiyi, batarya sistemleri gibi, başka bir forma çevirmeden, direkt olarak depolayabildiği için son derece verimli ve hızlıdır. Kapasitörler iki iletken malzeme arasında bunları ayıran dielektrik bir yalıtkandan oluşurlar. Klasik kapasitörler, süper kapasitörlere göre güç yoğunluğu yüksektir fakat enerji yoğunluğu düşüktür.

Klasik kapasitör:

Güç Yoğunluğu 1012W/m3

Enerji Yoğunluğu 5 Wh/m3

Süper Kapasitörler

Güç Yoğunluğu 106W/m3

Enerji Yoğunluğu 104Wh/m3

Avantajları

Teorik olarak çevrim oranları limitsizdir

Yüksek akımlı uygulamalr için uygundur

Deşarj süreleri kısadır

Verimleri yüksektir

Dezavantajları

Kurulum maliyetinin yüksek olması

Düşük enerji yoğunluğu

Self-deşarj oranlarının yüksek olması

Frekans ve voltaj regülasyonu başta olmak üzere pek çok uygulamada kullanılabilir. Ama ne yazık ki halen çok pahalıdır.

Süper iletken Manyetik Enerji Depolama (SMES)

SMES en basit anlatım şekli ile süper iletken bobin içerisindeki akan akım ile oluşan manyetik alan içerisinde enerjinin depalanmasıdır. Süperiletkenden yapılmış bobin , enerji dönüşüm sistemi ve soğutma sisteminden oluşmaktadır. Niobium- Titanium (NbTi işletme sıcaklığı -271°C.)

Avantajları

Hızlı tepkime süresi

Hızlı şarj olabilmesi

Teorik olarak sınırsız çevrim oranı

Yüksek verimlilik

Dezavantajları

Sistemin soğutulma gereksinimden dolayı yüksek işletme maliyeti

Pahalı hammadde (gümüş, platin)

Hidrojen ile Enerji Depolama

Enerjinin fazla olduğu zamanlarda, elektroliz yöntemi ile suyun içerisinde bulunan hidrojen ve oksijen bir birinden ayrılarak oksijen doğaya salınırken hidrojen sıvı formda tanklarda -253 C derecede veya yüksek basınç altında ( 200-250 bar ) silindirik tanklarda depolanabilir.

Depolanan hidrojen daha sonra yakıt pillerinin içerisinden geçirilerek oksijenle tekrar tepkimeye girerek tekrar elektrik enerjisine dönüştürülür, tepkimeden atık madde olarak sadece su açığa çıkar.