Электрлік көлікті зарядтауға арналған энергияны сақтау технологиялары: кешенді техникалық бұзылу
Электрлік көліктер (EVs) негізгі ағымға айналған сайын, жылдам, сенімді және тұрақты зарядтау инфрақұрылымына сұраныс күрт өсуде.Энергия сақтау жүйелері (ESS)электр желілерінің кернеуі, жоғары қуат талаптары және жаңартылатын энергияны біріктіру сияқты мәселелерді шешу үшін электр энергиясын зарядтауды қолдаудың маңызды технологиясы ретінде пайда болады. Энергияны сақтау және оны зарядтау станцияларына тиімді жеткізу арқылы ESS зарядтау өнімділігін арттырады, шығындарды азайтады және жасыл желіні қолдайды. Бұл мақалада электр энергиясын зарядтауға арналған энергия сақтау технологияларының техникалық мәліметтері, олардың түрлерін, механизмдерін, артықшылықтарын, қиындықтарын және болашақ тенденцияларын зерттейді.
Электр энергиясын зарядтау үшін энергияны сақтау дегеніміз не?
Электр энергиясын зарядтауға арналған энергияны сақтау жүйелері - бұл электр энергиясын сақтайтын және оны қуаттандыру станцияларына жіберетін технологиялар, әсіресе сұраныстың шыңы кезінде немесе желімен қамтамасыз ету шектелген кезде. Бұл жүйелер тор мен зарядтағыштар арасында буфер қызметін атқарып, жылдам зарядтауға, желіні тұрақтандыруға және күн мен жел сияқты жаңартылатын энергия көздерін біріктіруге мүмкіндік береді. ESS икемділік пен тиімділікті ұсына отырып, зарядтау станцияларында, деполарда немесе тіпті көліктерде орналастырылуы мүмкін.
EV зарядтаудағы ESS негізгі мақсаттары:
● Тор тұрақтылығы:Ең жоғары жүктеме кернеуін азайтыңыз және өшіруді болдырмаңыз.
● Жылдам зарядтауды қолдау:Қымбат желіні жаңартусыз ультра жылдам зарядтағыштар үшін жоғары қуатты жеткізіңіз.
● Шығындардың тиімділігі:Зарядтау үшін арзан электр қуатын (мысалы, жоғары емес немесе жаңартылатын) пайдаланыңыз.
● Тұрақтылық:Таза энергияны барынша пайдалану және көміртегі шығарындыларын азайту.
Электр энергиясын зарядтауға арналған негізгі энергияны сақтау технологиялары
Электр энергиясын зарядтау үшін бірнеше энергия сақтау технологиялары пайдаланылады, олардың әрқайсысының ерекше қолданбаларға сәйкес келетін бірегей сипаттамалары бар. Төменде ең көрнекті нұсқалардың егжей-тегжейлі көрінісі берілген:
1.Литий-ионды батареялар
● Шолу:Литий-ионды (Li-ion) батареялар энергияның жоғары тығыздығы, тиімділігі және ауқымдылығының арқасында EV зарядтау үшін ESS-те басым болады. Олар энергияны химиялық түрде сақтайды және оны электрохимиялық реакциялар арқылы электр тогы ретінде шығарады.
● Техникалық мәліметтер:
● Химия: Жалпы түрлерге қауіпсіздік пен ұзақ өмір сүру үшін литий темір фосфаты (LFP) және жоғары энергия тығыздығы үшін никель марганец кобальт (NMC) жатады.
● Энергия тығыздығы: 150-250 Вт/кг, зарядтау станциялары үшін ықшам жүйелерді қосады.
● Циклдың қызмет ету мерзімі: пайдалануға байланысты 2000-5000 цикл (LFP) немесе 1000-2000 цикл (NMC).
● Тиімділік: 85-95% бару тиімділігі (зарядтау/разрядтан кейін сақталатын энергия).
● Қолданбалар:
● Ең жоғары сұраныс кезінде тұрақты ток жылдам зарядтағыштарды (100-350 кВт) қуаттандыру.
● Желіден тыс немесе түнде зарядтау үшін жаңартылатын энергияны (мысалы, күн) сақтау.
● Автобустар мен жеткізу көліктері үшін флотты зарядтауды қолдау.
● Мысалдар:
● Tesla Megapack, кең ауқымды Li-ion ESS, күн энергиясын сақтау және желіге тәуелділікті азайту үшін Supercharger станцияларында орналастырылған.
● FreeWire's Boost зарядтағыш литий-ионды батареяларды біріктіреді, ол 200 кВт зарядтауды электр желісін күрделі жаңартусыз қамтамасыз етеді.
2. Батареялар ағыны
● Шолу: Ағынды батареялар электр энергиясын өндіру үшін электрохимиялық ұяшықтар арқылы айдалатын сұйық электролиттерде энергияны сақтайды. Олар ұзақ қызмет ету мерзімімен және ауқымдылығымен танымал.
● Техникалық мәліметтер:
● Түрлері:Ванадий-тотықсыздану ағынының батареялары (VRFB)балама ретінде мырыш-бромды бар ең көп таралған.
● Энергия тығыздығы: Ли-ионнан төмен (20-70 Вт/кг), үлкенірек іздер қажет.
● Циклдың қызмет ету мерзімі: 10 000-20 000 цикл, жиі зарядтау-разряд циклдері үшін өте қолайлы.
● Тиімділігі: 65-85%, сорғыдағы жоғалтуларға байланысты сәл төмен.
● Қолданбалар:
● Күнделікті өткізу қабілеті жоғары ауқымды зарядтау концентраторлары (мысалы, жүк көліктерінің тоқтауы).
● Электр желілерін теңгерімдеу және жаңартылатын интеграция үшін энергияны сақтау.
● Мысалдар:
● Invinity Energy Systems ультра жылдам зарядтағыштар үшін дәйекті қуат беруді қолдай отырып, Еуропадағы EV зарядтау хабтарына арналған VRFB құрылғыларын орналастырады.
3.Суперконденсаторлар
● Шолу: Суперконденсаторлар энергияны электростатикалық түрде сақтайды, жылдам зарядтау мүмкіндіктерін және ерекше төзімділікті ұсынады, бірақ энергия тығыздығын төменірек.
● Техникалық мәліметтер:
● Энергия тығыздығы: 5-20 Вт/кг, батареялардан әлдеқайда төмен.: 5-20 Вт/кг.
● Қуат тығыздығы: 10-100 кВт/кг, жылдам зарядтау үшін жоғары қуаттың жарылуын қамтамасыз етеді.
● Циклдың қызмет ету мерзімі: 100 000+ цикл, жиі, қысқа мерзімді пайдалану үшін өте қолайлы.
● Тиімділігі: 95-98%, энергияның аз шығыны.
● Қолданбалар:
● Өте жылдам зарядтағыштарды (мысалы, 350 кВт+) қысқа қуатпен қамтамасыз ету.
● Батареялары бар гибридті жүйелерде қуат беруді тегістеу.
● Мысалдар:
● Skeleton Technologies суперконденсаторлары гибридті ESS-те қалалық станцияларда жоғары қуатты электр энергиясын зарядтауды қолдау үшін қолданылады.
4. Маховиктер
● Шолу:
●Маховиктер роторды жоғары жылдамдықпен айналдыру арқылы энергияны кинетикалық түрде сақтайды, оны генератор арқылы қайтадан электр энергиясына айналдырады.
● Техникалық мәліметтер:
● Энергия тығыздығы: 20-100 Вт/кг, литий-ионмен салыстырғанда орташа.
● Қуат тығыздығы: жоғары, қуатты жылдам жеткізуге жарамды.
● Циклдың қызмет ету мерзімі: 100 000+ цикл, ең аз деградациямен.
● Тиімділік: 85-95%, бірақ уақыт өте үйкеліс салдарынан энергия жоғалады.
● Қолданбалар:
● Желілік инфрақұрылымы әлсіз аймақтарда жылдам зарядтағыштарды қолдау.
● Желілік үзілістер кезінде резервтік қуатпен қамтамасыз ету.
● Мысалдар:
● Beacon Power компаниясының маховик жүйелері электр қуатын беруді тұрақтандыру үшін EV зарядтау станцияларында сынақтан өткізіледі.
5.Екінші өмірлік EV батареялары
● Шолу:
●Бастапқы сыйымдылығының 70-80%-ы бар ескірген EV батареялары үнемді және тұрақты шешімді ұсына отырып, стационарлық ESS үшін қайта тағайындалады.
● Техникалық мәліметтер:
●Химия: бастапқы EV-ге байланысты әдетте NMC немесе LFP.
●Циклдың қызмет ету мерзімі: стационарлық қолданбаларда 500-1000 қосымша цикл.
●Тиімділігі: 80-90%, жаңа батареяларға қарағанда сәл төмен.
● Қолданбалар:
●Ауылдық немесе дамушы аймақтардағы шығынға сезімтал зарядтау станциялары.
●Ең жоғары емес зарядтау үшін жаңартылатын энергияны сақтауды қолдау.
● Мысалдар:
●Nissan және Renault Еуропадағы зарядтау станциялары үшін Leaf аккумуляторларын қайта тағайындайды, бұл қалдықтар мен шығындарды азайтады.
Энергияны сақтау EV зарядтауды қалай қолдайды: механизмдер
ESS бірнеше механизмдер арқылы EV зарядтау инфрақұрылымымен біріктіріледі:
●Қырыну шыңы:
●ESS энергияны белсенді емес сағаттарда (электр энергиясы арзанырақ болған кезде) сақтайды және оны ең жоғары сұраныс кезінде босатады, бұл желі кернеуін және сұраныс төлемдерін азайтады.
●Мысал: 1 МВт/сағ литий-ионды аккумулятор 350 кВт зарядтағышты ең жоғары сағаттарда желіден тартпай-ақ қуаттай алады.
●Қуатты буферлеу:
●Жоғары қуатты зарядтағыштар (мысалы, 350 кВт) айтарлықтай электр желісінің сыйымдылығын қажет етеді. ESS желіні қымбат жаңартуларды болдырмай, лезде қуат береді.
●Мысал: Суперконденсаторлар 1-2 минуттық ультра жылдам зарядтау сеанстары үшін қуат жарылыстарын береді.
●Жаңартылатын интеграция:
●ESS тұрақты зарядтау үшін үзік-үзік көздерден (күн, жел) энергияны сақтайды, бұл қазба отынына негізделген желілерге тәуелділікті азайтады.
●Мысал: Tesla-ның күн энергиясымен жұмыс істейтін супер зарядтағыштар түнде пайдалану үшін күндізгі күн энергиясын сақтау үшін Megapacks пайдаланады.
●Тор қызметтері:
●ESS зарядтағыштарға тапшылық кезінде сақталған энергияны желіге қайтаруға мүмкіндік беретін көліктен желіге (V2G) және сұранысқа жауап береді.
●Мысал: Зарядтау концентраторларындағы ағынды батареялар жиілікті реттеуге қатысады, операторлар үшін табыс табады.
●Мобильді зарядтау:
●Портативті ESS қондырғылары (мысалы, батареямен жұмыс істейтін тіркемелер) шалғай аудандарда немесе төтенше жағдайлар кезінде зарядтауды қамтамасыз етеді.
●Мысал: FreeWire компаниясының Mobi зарядтау құрылғысы электр желісінен тыс зарядтау үшін литий-ионды батареяларды пайдаланады.
Электр энергиясын зарядтау үшін энергияны сақтаудың артықшылықтары
●ESS зарядтағыштар үшін жоғары қуатты (350 кВт+) береді, 200-300 км қашықтыққа зарядтау уақытын 10-20 минутқа дейін қысқартады.
●Ең жоғары жүктемелерді қырыну және электр қуатын шектен тыс пайдалану арқылы ESS сұраныс төлемдері мен инфрақұрылымды жаңарту шығындарын азайтады.
●Жаңартылатын көздермен интеграция таза нөлдік мақсаттарға сәйкес келетін электр энергиясын зарядтаудағы көміртегі ізін азайтады.
●ESS үзілістер кезінде резервтік қуат береді және тұрақты зарядтау үшін кернеуді тұрақтандырады.
● Масштабтау:
●Модульдік ESS конструкциялары (мысалы, контейнерлік литий-ионды батареялар) зарядтау сұранысының өсуіне қарай оңай кеңейтуге мүмкіндік береді.
Электр энергиясын зарядтау үшін энергияны сақтау қиындықтары
● Жоғары бастапқы шығындар:
●Li-ion жүйелерінің құны 300-500 доллар/кВт/сағ, ал жылдам зарядтағыштарға арналған кең ауқымды ESS бір сайт үшін 1 миллион доллардан асуы мүмкін.
●Күрделі конструкцияларға байланысты ағынды батареялар мен маховиктердің бастапқы құны жоғары болады.
● Кеңістік шектеулері:
●Ағынды батареялар сияқты энергия тығыздығы төмен технологиялар қалалық зарядтау станциялары үшін үлкен іздерді қажет етеді.
● Өмір сүру ұзақтығы және деградация:
●Ли-ионды аккумуляторлар уақыт өте келе тозып, әсіресе жиі жоғары қуатты велосипедпен жүру кезінде 5-10 жыл сайын ауыстыруды қажет етеді.
●Екінші қызмет ету мерзімі бар батареялардың қызмет ету мерзімі қысқа, бұл ұзақ мерзімді сенімділікті шектейді.
● Нормативтік кедергілер:
●Тордың өзара қосылу ережелері мен ESS үшін ынталандырулар аймаққа байланысты өзгеріп отырады, бұл орналастыруды қиындатады.
●V2G және желілік қызметтер көптеген нарықтарда реттеуші кедергілерге тап болады.
● Жеткізу тізбегінің тәуекелдері:
●Литий, кобальт және ванадий тапшылығы шығындарды арттырып, ESS өндірісін кешіктіруі мүмкін.
Ағымдағы күй және нақты әлем мысалдары
1. Жаһандық бала асырап алу
●Еуропа:Германия мен Нидерланды ESS біріктірілген зарядтауда көшбасшы болып табылады, мысалы Fastned компаниясының Li-ion батареяларын пайдаланатын күн энергиясымен жұмыс істейтін станциялары.
●Солтүстік америка: Tesla және Electrify America ең жоғары жүктемелерді басқару үшін жоғары трафикті тұрақты ток жылдам зарядтау орындарында Li-ion ESS қолданады.
●Қытай: BYD және CATL қалалық зарядтау орталықтары үшін LFP негізіндегі ESS қамтамасыз етеді, бұл елдің жаппай электр көліктер паркін қолдайды.
2. Белгіленген енгізулер
2. Белгіленген енгізулер
● Tesla супер зарядтағыштар:Калифорниядағы Tesla-ның күн-плюс-Megapack станциялары 20-дан астам жылдам зарядтағыштарды тұрақты түрде қуаттай отырып, 1-2 МВт/сағ энергияны сақтайды.
● FreeWire Boost зарядтағыш:Біріктірілген литий-ионды батареялары бар мобильді 200 кВт зарядтағыш, Walmart сияқты бөлшек сауда орындарында желіні жаңартусыз орналастырылған.
● Invinity Flow батареялары:150 кВт зарядтағыштар үшін сенімді қуат беретін жел энергиясын сақтау үшін Ұлыбританияның зарядтау орталықтарында қолданылады.
● ABB гибридті жүйелері:Норвегиядағы 350 кВт зарядтағыштарға арналған литий-ионды батареялар мен суперконденсаторларды біріктіріп, энергия мен қуат қажеттіліктерін теңестіреді.
Электр энергиясын зарядтау үшін энергияны сақтаудағы болашақ тенденциялар
●Келесі ұрпақ батареялары:
●Қатты күйдегі батареялар: 2027-2030 жылдарға дейін күтілуде, олар 2 есе қуат тығыздығын және жылдамырақ зарядтауды ұсынып, ESS өлшемі мен құнын азайтады.
●Натрий-ионды батареялар: литий-ионға қарағанда арзанырақ және көп, 2030 жылға қарай стационарлық ESS үшін өте қолайлы.
●Гибридті жүйелер:
●Энергия мен қуат беруді оңтайландыру үшін батареяларды, суперконденсаторларды және маховиктерді біріктіру, мысалы, сақтау үшін литий-ион және жарылыстар үшін суперконденсаторлар.
●AI негізіндегі оңтайландыру:
●AI зарядтау сұранысын болжайды, ESS зарядтау-разряд циклдерін оңтайландырады және шығындарды үнемдеу үшін динамикалық тор бағасымен біріктіреді.
●Айналмалы экономика:
●Екінші қызмет ететін батареялар мен қайта өңдеу бағдарламалары шығындар мен қоршаған ортаға әсерді азайтады, Redwood Materials сияқты компаниялар жетекшілік етеді.
●Орталықтандырылмаған және мобильді ESS:
●Портативті ESS қондырғылары және көлікпен біріктірілген сақтау орны (мысалы, V2G қосылған электр машиналары) икемді, желіден тыс зарядтау шешімдеріне мүмкіндік береді.
●Саясат және ынталандырулар:
●Үкіметтер бала асырап алуды жеделдете отырып, ESS-ті орналастыруға субсидиялар ұсынады (мысалы, ЕО-ның жасыл мәміле, АҚШ-тың инфляцияны төмендету туралы заңы).
Қорытынды
Жіберу уақыты: 25 сәуір-2025 ж