由于能源流動的非恒定性,可再生能源的整合還需要擴大存儲選擇。如今,水力發(fā)電廠已用于此目的,在能量過剩時將水抽回水庫。然而,它們的容量是有限的,存儲能量最明顯的方法是使用電池。
鉛酸電池已經(jīng)使用了幾十年,但重量重,能量密度相對較低,充電過程緩慢,只能充電約300-600次。
與鉛酸電池相比,鋰電池有幾個優(yōu)點。例如,它們不僅比鉛酸電池更輕、更小,而且充電速度更快,可以達到數(shù)千個充電周期。這使得它們非常適合在移動設備和電動汽車中使用。
但他們需要的材料的可用性有限,而且其中一些材料是在有問題的條件下獲得的。每千瓦時的容量,典型的電動汽車電池不僅需要 120 – 180 克鋰,還需要一些其他可用量有限的材料。根據(jù)德國汽車俱樂部ADAC的研究,一輛汽車的50kWh電池含有約4公斤鋰、11公斤錳、12公斤鈷、12公斤鎳和33公斤石墨。
為了將機動性從內燃機轉向電動驅動,未來將需要數(shù)十萬噸這些材料?;厥者@種材料的方法很復雜,據(jù)專家稱,部分方法仍處于開發(fā)或測試階段。因此,人們正在尋找替代方案,不僅在電池技術方面,而且在電能存儲方式方面。
您可能聽說過基于鋁-硫、鈉離子、碳-銅或鐵-氧的電池。目前尚未面向大眾市場推出,這些是使用大量可用材料的選擇,而且開采問題也較少。
對于非移動應用,電池的尺寸和重量也不是那么重要。在風力渦輪機塔的底部,即使是較大的電池也有足夠的空間。當電網(wǎng)能量過剩時,渦輪機產(chǎn)生的能量可以儲存在那里,并在能量短缺時饋入電網(wǎng)。通常,能源只需在電網(wǎng)中臨時存儲 12 至 24 小時。
但每種電池技術都有不同的電壓,如果有人想要設計與應用中使用的不同電池技術和電池數(shù)量兼容的面向未來的系統(tǒng),這是一個真正的挑戰(zhàn)。因此,P-Duke 等電源制造商提供輸入電壓范圍為 2:1 至 12:1 的轉換器。通過這些轉換器,可以涵蓋許多不同的電池技術。
超級電容器是電池的一種有趣的替代品,因為它們具有更長的使用壽命、高達 100 萬次的充電周期和非常高的充電電流。與電池不同,超級電容器不會因深度放電而損壞。它們非常適合電力需求少于 1-2 分鐘但充電周期次數(shù)非常多的應用。為什么不在倉庫中的運輸機器人上使用超級電容器,因為它只能短距離行駛,然后可以在幾秒鐘內充電。與電池不同,超級電容器的輸出電壓很大程度上取決于充電狀態(tài)。由于大多數(shù)電子負載需要穩(wěn)定的電壓,因此需要具有非常寬輸入范圍的DC/DC轉換器。
還有許多其他方式來儲存能量。通過電解可以從空氣中獲得氫氣。在進一步的工藝步驟中,可以生產(chǎn)天然氣的主要成分甲烷。這兩種氣體都可以儲存、運輸和用作燃料,例如在燃料電池中,這是另一種新興技術。如今,甚至無人機也在使用燃料電池。
存儲機械能供以后使用的其他方法是氣壓和飛輪存儲裝置。15 多年前,美國的一家初創(chuàng)公司希望將壓縮空氣用于風力渦輪機,但由于解決方案過于復雜且效率低下而從未實現(xiàn)。但仍有一些項目致力于將風力渦輪機產(chǎn)生的多余能量儲存在壓縮空氣中。
1950年,第一批陀螺巴士上市,能夠回收制動能量,但每4-6公里需要一個充電站,不適合現(xiàn)代公共交通。如今,飛輪存儲設備主要用于短時間提供高功率,例如穩(wěn)定電網(wǎng)。
這些只是幾個例子; 能源市場很復雜,有數(shù)千種選擇,幾乎每天都會出現(xiàn)新的想法和技術,每種想法和技術都對所需的電源提出了不同的要求。此外,為了實現(xiàn)節(jié)能、廣泛使用,現(xiàn)代系統(tǒng)必須相互通信。所有這些系統(tǒng)都需要從各種來源產(chǎn)生穩(wěn)壓電源電壓。
交流電網(wǎng)電壓水平和瞬態(tài)規(guī)范已設定多年,P-DUKE 等公司提供各種滿足各種要求的交流/直流電源解決方案(圖 4,P-DUKE 的交流/直流解決方案)
對于直流電源來說,情況更加復雜,因為新系統(tǒng)預計將進入市場。但今天已有解決方案。在電信和鐵路市場,不同的電池電壓已經(jīng)使用了幾十年。這些市場中的系統(tǒng)制造商希望提供一種解決方案,因此 P-DUKE 等電源制造商設計的轉換器系列甚至涵蓋鐵路應用中 16V 至 160V 的極寬輸入范圍,并實現(xiàn)高達 200W 的功率水平。這些轉換器的標準輸出電壓范圍為 5V 至 53V,可用于所有類型的能源市場應用中的多種不同電池電壓。