Ai passat tròp d'oras a legir de libres blancs e de fuèlhas d'especificacions a prepaus deemmagazinatge d'energia. E vaquí çò qu'ai descobèrt: lo païsatge entièr es mai desordenat e mai interessant que la màger part dels articles o fan sonar.
Tot lo monde parla de pilas. Pro just-son pertot ara. Mas l'emmagazinatge d'energia? Aquò's una convèrsa fòrça mai granda. Parlam de tot, dempuèi de resèrvas massivas d'aiga que se tròban suls cims de montanha fins a de tròces de metal que filan dins de cambras de vuèg. Qualques unas d'aquelas tecnologias existisson dempuèi que vòstres arrièr-avi èran dròlles. D'autres existisson subretot dins de laboratòris e de presentacions PowerPoint.
Daissatz-me vos guidar çò qu'es en realitat aquí defòra.
Lo Vièlh Caval de Trabalh que Degun ne parla pas
Emmagazinatge idro pompat. Sona avorrit, non? Dos bacins a d'elevacions diferentas, qualques turbinas, d'aiga que davala e raja. Fisica simpla.
Mas vaquí la causa-aquela tecnologia "avorrida" gestiona aperaquí 95% de tot l'emmagazinatge d'energia a l'escala grasilha- dins lo mond entièr. Nonanta-cinc per cent. Quand las gents debat de las quimicas de las batariás e se discutan sul liti vèrs lo sòdi, l'idro pompat fa son trabalh en rèire plan en silenci.
Lo concèpte es gaireben vergonhosament simple. Quand l'electricitat es economica (generalament de nuèch, o quand lo solelh es a l'esclat e los panèls solars s'enfonsan), pompatz d'aiga en montanha dins un reservoir. Quand los prètzs aumentan o la demanda aumenta, daissatz aquela aiga davalar enrè a travèrs de turbinas. L'eficiéncia plana a l'entorn de 70-85%, çò qu'es pas perfièch, mas la capacitat d'emmagazinatge es massissa. Parlam d'installacions que pòdon emmagazinar de gigawatt-oras d'energia. Pas de megawatt-oras. Gigawatt-oras. Ensajatz de far aquò amb de liti-ion.
De segur, i a un problèma. Avètz besonh de geografia. Avètz besonh de dos bacins. Avètz besonh de la diferéncia d'elevacion justa. Podètz pas exactament bastir un d'aqueles en Kansas. La permission environamentala sola pren d'annadas. E los còstes d'avança? Astronomica. Mas un còp bastidas, aquelas usinas foncionan 50, 60, de còps 80 ans. L'installacion del Comtat de Bath en Virgínia fonciona dempuèi 1985 e mòstra pas cap de signes d'arrèst.
Aire comprimit: L'apròchi sosterranh
L'emmagazinatge d'energia d'aire comprimit (CAES) es lo cosin estranh de l'idro pompat. En luòc de desplaçar l'aiga, comprimissètz l'aire dins de cavernas sosterranhas-de còpulas de sal, de camps de gas natural esgotats, d'aquifèrs, quinas formacions geologicas que sián disponiblas.
Pendent las oras fòra-de pic, los compressors electrics empontan d'aire dins aqueles espacis sosterranhs a de pressions que farián petaçar vòstras aurelhas en i pensant. Quand avètz besonh d'energia, l'aire comprimit es liberat, escalfat (generalament amb de gas natural, qu'es la partida pas-tan-verda), e passa a travèrs de turbinas.
I a pas que doas usinas comercialas CAES que foncionan ara. Dos. Un en Alemanha que fonciona dempuèi 1978, e un en Alabama dempuèi 1991. La tecnologia fonciona, clarament. Mas las exigéncias geologicas son estrictas, e l'economia s'es pas completada dins fòrça endreches. Pasmens, los cercaires contunhan de trabalhar sus de versions avançadas-de sistèmas adiabatics que capturan e reutilizan la calor de la compression, en eliminant lo besonh de gas natural. Aquestes existisson subretot dins de projèctes pilòt per ara.
Volants: Beutat Mecanica Pura
O admetrai-los volants son mon favorit. I a quicòm d'elegant a l'emmagazinatge d'energia coma movement rotacional.
Un sistèma de volant es essencialament un rotor pesuc que vira dins una cambra de vuèg, suspendut per de rodaments magnetics per minimizar la friccion. Quand avètz d'excès d'electricitat, los motors fan virar lo volant mai rapidament. Quand avètz besonh d'energia de retorn, aquela massa de filament acciona un generator. La fisica es neta, intuitiva.
Los volants destacan dins de causas que las batariás odian: de cicles de carga rapida-descarga, de milions de cicles sus lor vida, de temps de responsa instantanèas mesurats en millisegondas. Son perfèctes per la regulacion de frequéncia-aqueles ajustaments minusculs e constants que la grasilha a besonh per demorar establa a exactament 60 Hz (o 50 Hz, segon ont vivètz).
En qué son pas bons? Emmagazinar l'energia pendent de longs periòdes. Quitament amb los melhors rodaments magnetics e los aspiradors gaireben perfèctes, los volants pèrdon d'energia per la friccion amb lo temps. Daissatz-ne un assetat pendent un jorn e avètz perdut un tròç significatiu de vòstra energia emmagazinada. Daissatz-lo una setmana e, ben, prenètz pas la pena.
Los volants ocupan doncas un niç especific: aplicacions de durada corta-, de nauta-poténcia. Los centres de donadas los utilizan coma poténcia de pont pendent las qualques segondas que prenon als generators diesel per començar. Qualques sistèmas de transit recupèran l'energia de frenatge dins los volants e la descargan al tresen ralh en qualques segondas. La NASA a jogat amb eles per de naus espacialas.
Pilas: La categoria que tot lo monde se preocupa
D'acòrdi, parlem de pilas. Las opcions electroquimicas an esclatat dins los ans recents, e onèstament ven confús.
Ion de liti-domina la convèrsa per una bona rason. Una densitat d'energia nauta significa mai d'emmagazinatge dins mens d'espaci. Decenta vida de cicle, mai que mai amb de quimicas mai novèlas. Los còstes an tombat -coma, tombat 90% dempuèi 2010 una mena de tombat. Vòstre telefòn, vòstre ordinator portable, los veïculs electrics, e de mai en mai, l'emmagazinatge sus la ret foncionan totes sus de variacions d'ion de liti.
Mas "liti-ion" es pas una causa. Es una familha. Lo fosfat de fèrre de liti (LFP) sacrifica una cèrta densitat d'energia per una melhora seguretat e una vida mai longa-pas de cobalt, çò qu'importa a l'encòp eticament e economicament. Los fabricants chineses anèron totes sus LFP, e ara pren lo dessús. Mentretant, lo niquèl-manganesi-cobalt (NMC) empaqueta mai d'energia per quilograma, çò qu'importa quand ensajatz de donar a una veitura electrica una autonomia decenta.
Lo costat escur de l'ion de liti-? Fugida termica. Aquelas batariás pòdon prene fuòc de manièra espectaclosa se son damatjadas, subrecargadas, o simplament malurosas. La fabricacion es intensiva en energia-. Las cadenas d'avitalhament pel liti e lo cobalt an lor pròpri bagatge etic. E del temps que l'infrastructura de reciclatge melhora, la màger part de las batariás gastadas acaban encara dins los depauses.
Pilas de fluxprene un apròchi completament diferent. En luòc d'emmagazinar d'energia dins d'electrodes solids, utilizan d'electrolits liquids dins de tancs extèrnes. Volètz mai de capacitat energetica? Prenètz de tancs mai grands. Lo poder e l'energia son descoblats, çò que càmbia tota la filosofia del dessenh.
Las pilas de flux redox de vanadi (VRFB) son la version mai madura. Duran practicament per totjorn-parlam de 15 000 a 20 000 cicles, benlèu mai. Pas de degradacion per la descarga prigonda. L'electrolit s'esgota pas; se desplaça d'un costat a l'autre dins la pila de cellulas. Vint-cinc ans dins, podètz drenar l'electrolit, l'enviar endacòm mai, e contunhar de l'utilizar.
Mas las batariás de flux son voluminosas. Una densitat d'energia bassa significa qu'an pas cap de sens pels veïculs o las aplicacions portablas. Lo vanadi es pas economic tanpauc. Per l'emmagazinatge a l'escala de grasilha- ont l'emprenta importa pas e la longevitat ? Son de mai en mai atractius.
L'acid de plomb-es la batariá recargabla originala, fondamentalament invariada dempuèi 1859. Vòstra veitura comença amb una. Son economics, plan-compreses, e 98% reciclables. Mas la vida del cicle es mediòcra, la densitat d'energia es paura, e son pesucs. Per las aplicacions de ret, son estadas largament remplaçadas, mas dominan encara dins los sistèmas d'energia de seguida ont lo còst importa mai que tot lo demai.
Ion de sòdi-es lo novèl vengut qu'obten una atencion seriosa. Lo sòdi es pertot-literalament dins l'aiga de mar-doncas las preocupacions de la cadena d'avitalhament s'esvanisson. Lo procès de fabricacion pòt tornar utilizar l'equipament d'usina d'ions de liti existent. La performància es pas encara plan als nivèls d'ions de liti, mas barra rapidament lo desfasament. CATL comencèt la produccion en massa en 2023. Dins cinc ans, l'ion sòdi- poiriá talhar una part de mercat seriosa per l'emmagazinatge estacionari.
deuriái mencionarniquèl-cadmi(encara utilizat dins qualques aplicacions industrialas, e mai se lo cadmi es toxic e l'UE l'a restrench),idrur de metal de niquèl-(vos sovenètz del Prius abans que passèsse al liti?), esòdi-sofre(sistèmas de temperatura nauta-que las entrepresas japonesas empontèron fòrt dins las annadas 2000). Mas a aqueste punt listi de causas sonque per las listar. La realitat practica es que las batariás d'ions de liti- e de flux son ont es l'accion, amb d'ions de sòdi que ven rapidament.
Emmagazinatge termic: calor coma batariá
Vaquí una categoria que receb pas pro d'atencion: emmagazinar l'energia coma calor (o freg).
Emmagazinatge de sal fondutes cossí foncionan las centralas solaras concentradas de nuèch. Los miralhs concentran la lutz del solelh sus una torre, caufant la sal fonduda a 500-600 grases. Aquela sal es emmagazinada dins de tancs isolats, e quand avètz besonh d'electricitat, l'utilizatz per far de vapor e far foncionar una turbina. La centrala Gemasolar en Espanha pòt generar d'energia pendent 15 oras après lo pòr del solelh. Crescent Dunes en Nevada conten pro de calor per 10 oras de generacion.
Çò de fresc de la sal fonduda es que l'emmagazinatge de calor es economic. Plan mai economic per kWh que las batariás. La causa pas-cool es l'eficiéncia de viatge d'anada e tornada-que perdètz fòrça dins la conversion de la calor a l'electricitat e enrè.
Emmagazinatge de glaçes l'equivalent termic del desplaçament del temps-. Los bastiments comercials congelan l'aiga pendent la nuèch quand los tausses d'electricitat son bas, puèi utilizan aquel glaç per provesir de climatizacion pendent las oras de pic de l'après-miègjorn. Es pas glamour, mas fonciona. Disney World l'utiliza. Fòrça bastiments de burèus dins de climas cauds l'utilizan. Utilizatz essencialament lo glaç coma batariá per la demanda de refregiment.
I a tanben de concèptes mai novèls:Pilas de Carnotqu'emmagazinan l'electricitat coma calor e la convertisson enrè en utilizant de motors de calor, de sèrvas d'aiga cauda que cambian de caufatge electric, d'emmagazinatge termic sasonièr per de quartièrs entièrs. L'univèrs termic es estonantment prigond.
Idrogèn: Lo joker
L'emmagazinatge d'energia d'idrogèn a de defensors apassionats e de criticas duras, e onèstament, los dos an de punts valids.
L'apèl es simple: utilizar l'excès d'electricitat renovelable per dividir l'aiga en idrogèn e oxigèn (electrolisi). Emmagazinar l'idrogèn. Quand avètz besonh d'energia, la fasètz passar per una pila de combustible o la crematz dins una turbina. L'idrogèn pòt emmagazinar de quantitats massivas d'energia pendent de duradas fòrça longas-setmanas, meses, quitament de sasons.
La critica es egalament simpla: l'eficiéncia d'anada e tornada-es terribla. Perdètz 30% dins l'electrolisi. Perdètz mai en compression o liquefaccion. Perdètz mai en tornant convertir en electricitat. Fin-a-fin, podètz tornar obténer 30-40% de vòstra energia originala. Comparatz aquò a 85-90% per l'ion de liti.
Alara quand l'idrogèn a de sens? Quand avètz besonh d'emmagazinar de quantitats vertadièrament massivas d'energia pendent de periòdes prolongats. Quand descarbonizatz de processus industrials que necessitan de calor nauta. Quand avètz besonh d'un portaire d'energia que pòsca èsser transportat a de longas distàncias. Quand d'autras opcions pòdon pas literalament far lo trabalh.
Alemanha a aposta fòrça sus l'idrogèn. Tanben lo Japon. Austràlia bastís d'infrastructuras d'exportacion per expedir d'idrogèn verd en Asia. Se aquesta escomesa paga depend dels còstes que davalan mai rapidament que las batariás melhoran-e que las batariás melhoran rapidament.
Las causas de durada ultra-corta-
Supercondensadorsemmagazinar l'energia electrostaticament puslèu qu'electroquimicament. Pòdon cargar e descargar gaireben a l'instant, gerir de milions de cicles, e provesir una densitat de poténcia ridicula. Çò que pòdon pas far es d'emmagazinar fòrça energia. Un banc de supercondensators de la talha d'un contenedor d'expedicion poiriá emmagazinar çò que conten un paquet de batariá de la talha d'una maleta.
Lor punt doç es las rafadas ultra-cortas: frenatge regeneratiu dins los sistèmas de transit, alisament de la liurason d'energia dins las installacions renovelablas, provesissent aquela fraccion-segonda de poténcia qu'un UPS a besonh abans que las pilas prengan lo dessús.
Emmagazinatge d'energia magnetica supercondutritz(SMES) es encara mai exotic. Emmagazinar l'energia dins un camp magnetic creat per de bobinas supercondutriças refrejadas a de temperaturas criogènicas. Responsa gaireben instantanèa, pas de degradacion, vida de cicle essencialament infinit. Mas los còstes e la complexitat de manténer las temperaturas de superconductoras an mantengut los SMES dins d'aplicacions de niç-subretot la qualitat d'energia per las usinas de semiconductors e d'autras installacions ont quitament de desrevelhs de tension momentanèas còstan de milions.
L'emmagazinatge per la gravitat: la novèla idèa
Una categoria de mai que val la pena de mencionar: los sistèmas basats sus la gravetat- que son pas pompats a l'idro.
Comba d'energiabastís de sistèmas de gruas qu'apilan e despilhan de blòts de beton massís. Levatz los blòts quand l'energia es economica, los davalatz a travèrs de generators quand avètz besonh d'energia. Es idro pompat sens l'aiga, essencialament.
D'autras entrepresas son a explorar de minas abandonadas-baissar los pes dins l'arbre, los tornar montar. O de torres bastidas a prepaus. O quitament de concèptes implicant de vagons de tren cargats de ròcs sus de vias inclinadas.
Lo jurat es encara fòra de saber se pòdon concurrençar economicament. La densitat d'energia de l'emmagazinatge per la gravetat es intrinsècament bassa-avètz besonh de fòrça massa e de nautor per emmagazinar d'energia significativa. Mas los defensors argumentan qu'utilizar de materials economics (beton, grava) e de mecanica simpla poiriá batre las batariás sul còst per d'aplicacions de durada longa.
Alara Qué Impòrta Realament?
S'avètz legit fins aquí, vos demandatz benlèu: quina tecnologia ganha?
Question incorrècta.
L'emmagazinatge d'energia es pas un mercat ganhant-prene-tot. De tecnologias diferentas s'adaptan a diferents niches en foncion de la durada, del temps de responsa, de l'emplaçament, de l'estructura del còst e de l'aplicacion.
Avètz besonh de regulacion de frequéncia en millisegondas? Volants o pilas. Avètz besonh de quatre oras de salvament per una centrala solara? Pilas de liti-ions o de flux. Avètz besonh de cambiar l'excedent sasonièr de renovelables? Probablament idrogèn, o idro pompat se la geografia o permet. Avètz besonh de refregir un bastiment pendent la demanda maximala? Emmagazinatge de glaç.
La grasilha de l'avenir foncionarà pas sus una sola tecnologia d'emmagazinatge. Coparà de multiplas tecnologias-supercondensadors per una responsa instantanèa, de batariás per de minutas a d'oras, d'idro pompat per lo ciclisme quotidian, d'idrogèn o termic per una durada mai longa. Cada ranura dins l'espèctre de durada serà probablament emplenada per quina tecnologia que siá qu'ofrís la melhora economia per aquela aplicacion especifica.
La partida passionanta es que los còstes davalan dins gaireben totas aquelas categorias. Los còstes de la batariá d'ions de liti s'an craterat. Los electrolizators seguisson una corba d'aprendissatge similara. La produccion de batariá de flux s'escala. Quitament l'idro pompat vei d'innovacion amb de sistèmas de bucle barrat- e de jaciments sosterranhs.
Fa dètz ans, res d'aquò semblava economicament viable a l'escala. Ara? L'emmagazinatge es lo segment del sector energetic en creissença mai rapida.