Optische Speicher- und Ladesysteme sind eine neue Art von Energieinfrastruktur, die Solarstromerzeugung kombiniert,Energiespeicherund das Laden von Elektrofahrzeugen. Sie können saubere und komfortable Energiedienstleistungen für städtische und ländliche Gebiete bereitstellen, insbesondere für Regionen mit unzureichender Stromversorgung oder hohen Strompreisen. Optische Speicher- und Ladesysteme stehen jedoch auch vor Herausforderungen wie der Schwankung und Unsicherheit der Solarenergie, den hohen Kosten und der geringen Effizienz der Energiespeicherung sowie der Koordination und Verwaltung mehrerer Energiequellen und -lasten.
Wie Energiespeicher helfen können
Die Energiespeicherung ist eine Schlüsselkomponente optischer Speicher- und Ladesysteme, da sie dazu beitragen kann, Stromangebot und -nachfrage auszugleichen, die Zuverlässigkeit und Stabilität des Systems zu verbessern sowie die Betriebskosten und den CO2-Fußabdruck des Systems zu reduzieren.
Es gibt verschiedene Arten von Energiespeichertechnologien, die in optischen Speicher- und Ladesystemen eingesetzt werden können, wie zum Beispiel:
Batterien: Diese Geräte wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Sie können auf verschiedenen Ebenen eingesetzt werden, vom Haushalt bis zur Netzebene, und sind in den letzten Jahren kostengünstiger und effizienter geworden. Sie können eine schnelle Reaktion und eine hohe Ausgangsleistung für kurzfristige Anwendungen bieten, wie z. B. Spitzenausgleich, Frequenzregelung und Spannungsregelung.
Pumpspeicherkraftwerk: Bei dieser Methode wird in Zeiten geringen Energiebedarfs Wasser bergauf gepumpt und in Zeiten hohen Energiebedarfs durch Turbinen zur Stromerzeugung freigesetzt. Es ist die am weitesten verbreitete Form der Energiespeicherung, insbesondere für Großanwendungen. Es kann eine kostengünstige und langfristige Speicherung für große Stromanwendungen wie Lastausgleich, Spinnreserve und Schwarzstart bieten.
Wärmeenergiespeicher: Bei dieser Technik wird Wärme oder Kälte in Materialien wie Wasser, geschmolzenem Salz, Eis oder Phasenwechselmaterialien gespeichert. Es kann zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden oder Industrieprozessen oder zur Stromerzeugung mithilfe von Dampfturbinen oder Wärmekraftmaschinen eingesetzt werden. Es kann die Nutzung solarthermischer Energie verbessern und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern.
Mechanische Energiespeicherung: Dieser Ansatz nutzt Bewegung oder Schwerkraft, um Elektrizität zu speichern. Beispiele hierfür sind Schwungräder, Druckluft und schwerkraftbasierte Systeme. Diese Technologien können eine schnelle und flexible Reaktion auf Netzschwankungen und Probleme mit der Stromqualität ermöglichen.
Was sind die Herausforderungen?Energiespeicher
Während die Energiespeicherung für optische Speicher- und Ladesysteme viele Vorteile bieten kann, steht sie auch vor vielen Herausforderungen. Einige davon umfassen:
Kosten: Energiespeichertechnologien sind im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken auf Basis fossiler Brennstoffe immer noch teuer. Die Kosten für die Energiespeicherung hängen von verschiedenen Faktoren ab, etwa der Art, Größe, Standort und Anwendung der Technologie. Die Levelized Cost of Storage (LCOS), die die durchschnittlichen Kosten pro Stromeinheit messen, die ein Speichersystem über seine Lebensdauer liefert, variieren stark je nach Technologie und Region.
Leistung: Energiespeichertechnologien weisen unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Leistungskapazität, Energiekapazität, Effizienz, Lebensdauer und Umweltauswirkungen auf. Diese wirken sich auf ihre Eignung für verschiedene Zwecke und Szenarien aus. Beispielsweise weisen Batterien eine hohe Selbstentladungsrate und eine begrenzte Lebensdauer auf, während Pumpspeicherkraftwerke einen hohen Flächenbedarf und große Auswirkungen auf die Umwelt haben.
Zuverlässigkeit: Energiespeichertechnologien müssen zuverlässig genug sein, um den Strombedarf in optischen Speicher- und Ladesystemen zu decken, wo Stromausfälle schwerwiegende Folgen für Kunden und Unternehmen haben können. Die Zuverlässigkeit der Energiespeicherung hängt jedoch von der Verfügbarkeit und Qualität der Solarressource sowie vom Design und Betrieb des Systems ab. Eine Studie von Wang et al. fanden heraus, dass die dynamische Abstimmung optischer Absorber in Phasenwechselmaterialien die solarthermische Laderate um mehr als 270 % verbessern und die Menge der insgesamt gespeicherten Wärmeenergie verdreifachen könnte.
Abschluss
Die Energiespeicherung spielt in optischen Speicher- und Ladesystemen eine wichtige Rolle, da sie dazu beitragen kann, die Leistung und Wirtschaftlichkeit der Solarstromerzeugung und des Ladens von Elektrofahrzeugen zu verbessern. Allerdings steht die Energiespeicherung auch vor vielen technischen, wirtschaftlichen und sozialen Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Daher ist ein umfassender und integrierter Ansatz erforderlich, der nicht nur Energiespeichertechnologien berücksichtigt, sondern auch andere Faktoren wie die Bewertung der Solarressourcen, Systemdesign und -optimierung, Netzintegration und -regulierung, Kundenverhalten und -zufriedenheit. Darüber hinaus sollte die Entwicklung der Energiespeicherung an den Zielen und Werten einer nachhaltigen Entwicklung ausgerichtet sein.