Технологии за складирање на енергија за полнење на електрични возила: Сеопфатен технички преглед
Како што електричните возила (EV) стануваат мејнстрим, побарувачката за брза, сигурна и одржлива инфраструктура за полнење вртоглаво расте.Системи за складирање на енергија (ESS)се појавуваат како критична технологија за поддршка на полнење на електрични возила, справувајќи се со предизвици како што се оптоварувањето на мрежата, големата побарувачка за енергија и интеграцијата на обновливи извори на енергија. Со складирање на енергија и нејзино ефикасно доставување до станиците за полнење, ESS ги подобрува перформансите на полнење, ги намалува трошоците и поддржува позелена мрежа. Оваа статија навлегува во техничките детали на технологиите за складирање енергија за полнење на електрични возила, истражувајќи ги нивните типови, механизми, придобивки, предизвици и идни трендови.
Што е складирање на енергија за полнење електрични возила?
Системите за складирање на енергија за полнење електрични возила се технологии што складираат електрична енергија и ја ослободуваат на станиците за полнење, особено за време на најголема побарувачка или кога снабдувањето со електрична енергија е ограничено. Овие системи дејствуваат како тампон помеѓу мрежата и полначите, овозможувајќи побрзо полнење, стабилизирање на мрежата и интегрирање на обновливи извори на енергија како што се сончевата и ветерот. ESS може да се распореди на станиците за полнење, депоата или дури и во возилата, нудејќи флексибилност и ефикасност.
Примарните цели на ESS при полнење електрични возила се:
● Стабилност на мрежата:Ублажете го стресот при врвно оптоварување и спречете ги прекините на електричната енергија.
● Поддршка за брзо полнење:Обезбедете голема моќност за ултра брзи полначи без скапи надградби на мрежата.
● Ефикасност на трошоците:Искористете ја евтината електрична енергија (на пр., надвор од шпицот или обновлива енергија) за полнење.
● Одржливост:Максимизирајте ја употребата на чиста енергија и намалете ги емисиите на јаглерод.
Основни технологии за складирање на енергија за полнење електрични возила
За полнење на електрични возила се користат неколку технологии за складирање на енергија, секоја со уникатни карактеристики погодни за специфични апликации. Подолу е даден детален преглед на најзначајните опции:
1. Литиум-јонски батерии
● Преглед:Литиум-јонските (Li-ion) батерии доминираат во електроенергетските батерии (ESS) за полнење електрични возила поради нивната висока густина на енергија, ефикасност и скалабилност. Тие складираат енергија во хемиска форма и ја ослободуваат како електрична енергија преку електрохемиски реакции.
● Технички детали:
● Хемија: Вообичаени типови вклучуваат литиум железен фосфат (LFP) за безбедност и долготрајност и никел манган кобалт (NMC) за поголема густина на енергија.
● Густина на енергија: 150-250 Wh/kg, што овозможува компактни системи за станици за полнење.
● Животен циклус: 2.000-5.000 циклуси (LFP) или 1.000-2.000 циклуси (NMC), во зависност од употребата.
● Ефикасност: 85-95% ефикасност во двата правци (енергија задржана по полнење/празнење).
● Апликации:
● Напојување на брзи полначи на еднонасочна струја (100-350 kW) за време на најголема побарувачка.
● Складирање на обновлива енергија (на пр., сончева енергија) за полнење надвор од мрежата или ноќно полнење.
● Поддршка за полнење на возниот парк за автобуси и возила за достава.
● Примери:
● Мегапакот на Тесла, литиум-јонски ESS со голем обем, е распореден на станиците со суперполнач за складирање на сончева енергија и намалување на зависноста од мрежата.
● Boost Charger-от на FreeWire интегрира литиум-јонски батерии за да испорача полнење од 200 kW без поголеми надградби на мрежата.
2.Flow батерии
● Преглед: Проточните батерии складираат енергија во течни електролити, кои се пумпаат низ електрохемиски ќелии за да генерираат електрична енергија. Тие се познати по долгиот животен век и скалабилноста.
● Технички детали:
● Видови:Батерии за ванадиумски редокс проток (VRFB)се најчести, со цинк-бром како алтернатива.
● Густина на енергија: Пониска од литиум-јонската (20-70 Wh/kg), што бара поголема површина.
● Животен циклус: 10.000-20.000 циклуси, идеален за чести циклуси на полнење-празнење.
● Ефикасност: 65-85%, малку пониска поради загубите при пумпање.
● Апликации:
● Големи центри за полнење со висок дневен проток (на пр., станици за камиони).
● Складирање на енергија за балансирање на мрежата и интеграција на обновливи извори на енергија.
● Примери:
● „Инвинити енерџи системс“ распоредува VRFB-а за центри за полнење електрични возила во Европа, поддржувајќи конзистентно снабдување со енергија за ултра брзи полначи.
3. Суперкондензатори
● Преглед: Суперкондензаторите складираат енергија електростатски, нудејќи можности за брзо полнење-празнење и исклучителна издржливост, но помала густина на енергија.
● Технички детали:
● Густина на енергија: 5-20 Wh/kg, многу пониска од батериите.: 5-20 Wh/kg.
● Густина на моќност: 10-100 kW/kg, овозможувајќи изливи на голема моќност за брзо полнење.
● Животен циклус: 100.000+ циклуси, идеален за честа, краткотрајна употреба.
● Ефикасност: 95-98%, со минимална загуба на енергија.
● Апликации:
● Обезбедување кратки напојувања за ултра-брзи полначи (на пр., 350 kW+).
● Непречено испорачување на енергија во хибридни системи со батерии.
● Примери:
● Суперкондензаторите на Skeleton Technologies се користат во хибридни ESS за поддршка на полнење на електрични возила со голема моќност во урбаните станици.
4. Замаецки
● Преглед:
●Замаецот складира енергија кинетички со вртење на роторот со голема брзина, претворајќи ја назад во електрична енергија преку генератор.
● Технички детали:
● Густина на енергија: 20-100 Wh/kg, умерена во споредба со Li-ion.
● Густина на моќност: Висока, погодна за брзо испорака на енергија.
● Животен циклус: 100.000+ циклуси, со минимално оштетување.
● Ефикасност: 85-95%, иако со текот на времето се јавуваат загуби на енергија поради триење.
● Апликации:
● Поддршка на брзи полначи во области со слаба мрежна инфраструктура.
● Обезбедување резервна енергија за време на прекини во мрежата.
● Примери:
● Системите за замаец на Beacon Power се пилотираат во станици за полнење електрични возила за да се стабилизира испораката на енергија.
5. Батерии за електрични возила од втор век
● Преглед:
●Пензионираните батерии за електрични возила, со 70-80% од оригиналниот капацитет, се пренаменуваат за стационарни ESS, нудејќи економично и одржливо решение.
● Технички детали:
●Хемија: Типично NMC или LFP, во зависност од оригиналното електрично возило.
●Животен циклус: 500-1.000 дополнителни циклуси во стационарни апликации.
●Ефикасност: 80-90%, малку пониска од новите батерии.
● Апликации:
●Станици за полнење чувствителни на трошоци во рурални или области во развој.
●Поддршка за складирање на обновлива енергија за полнење надвор од шпицот.
● Примери:
●Нисан и Рено ги пренаменуваат батериите на Leaf за станиците за полнење во Европа, намалувајќи го отпадот и трошоците.
Како складирањето на енергија го поддржува полнењето на електричните возила: Механизми
ESS се интегрира со инфраструктурата за полнење електрични возила преку неколку механизми:
●Врвно бричење:
●ESS складира енергија вон шпиц часовите (кога електричната енергија е поевтина) и ја ослободува за време на најголемата побарувачка, намалувајќи го стресот на мрежата и трошоците за побарувачка.
●Пример: Литиум-јонска батерија од 1 MWh може да напојува полнач од 350 kW во шпиц часовите без да црпи енергија од мрежата.
●Баферирање на енергија:
●Полначите со голема моќност (на пр., 350 kW) бараат значителен капацитет на мрежата. ESS обезбедува моментална енергија, избегнувајќи скапи надградби на мрежата.
●Пример: Суперкондензаторите испорачуваат напливи на енергија за ултра брзи сесии на полнење од 1-2 минути.
●Интеграција на обновливи извори:
●ESS складира енергија од повремени извори (сончева енергија, ветер) за конзистентно полнење, намалувајќи ја зависноста од мрежи базирани на фосилни горива.
●Пример: Суперполначите на соларна енергија на Тесла користат Мегапакови за складирање на дневна сончева енергија за употреба во текот на ноќта.
●Мрежни услуги:
●ESS поддржува поврзување на возилото со мрежата (V2G) и одговор на побарувачката, дозволувајќи им на полначите да ја вратат складираната енергија во мрежата за време на недостиг.
●Пример: Проточните батерии во центрите за полнење учествуваат во регулирањето на фреквенцијата, остварувајќи приход за операторите.
●Полнење на мобилен телефон:
●Преносните ESS единици (на пр., приколки на батерии) овозможуваат полнење во оддалечени области или за време на итни случаи.
●Пример: Mobi Charger-от на FreeWire користи литиум-јонски батерии за полнење електрични возила надвор од електричната мрежа.
Предности на складирањето енергија за полнење електрични возила
●ESS испорачува висока моќност (350 kW+) за полначи, намалувајќи го времето на полнење на 10-20 минути за опсег од 200-300 км.
●Со намалување на врвните оптоварувања и користење на електрична енергија надвор од врвниот период, ESS ги намалува трошоците за побарувачка и трошоците за надградба на инфраструктурата.
●Интеграцијата со обновливи извори на енергија го намалува јаглеродниот отпечаток од полнењето електрични возила, усогласувајќи се со целите за нето-нулта емисија на јаглерод.
●ESS обезбедува резервна енергија за време на прекини и го стабилизира напонот за конзистентно полнење.
● Скалабилност:
●Модуларните ESS дизајни (на пр., контејнерирани литиум-јонски батерии) овозможуваат лесно проширување како што расте побарувачката за полнење.
Предизвици на складирање на енергија за полнење електрични возила
● Високи однапред трошоци:
●Литиум-јонските системи чинат 300-500 долари/kWh, а потрошувачката на електрична енергија (ESS) во голем обем за брзи полначи може да надмине 1 милион долари по локација.
●Проточните батерии и замаецот имаат повисоки почетни трошоци поради сложените дизајни.
● Ограничувања на просторот:
●Технологиите со ниска густина на енергија, како што се проточните батерии, бараат голем простор за полнење, што е предизвик за урбаните станици за полнење.
● Животен век и деградација:
●Литиум-јонските батерии се деградираат со текот на времето, особено при чести циклуси на голема моќност, што бара замена на секои 5-10 години.
●Батериите со втор век на траење имаат пократок век на траење, што ја ограничува долгорочната сигурност.
● Регулаторни бариери:
●Правилата и стимулациите за меѓусебно поврзување на мрежата за ESS се разликуваат во зависност од регионот, што го комплицира распоредувањето.
●V2G и мрежните услуги се соочуваат со регулаторни пречки на многу пазари.
● Ризици во синџирот на снабдување:
●Недостатокот на литиум, кобалт и ванадиум би можел да ги зголеми трошоците и да го одложи производството на ESS.
Моментална состојба и примери од реалниот свет
1. Глобално усвојување
●Европа:Германија и Холандија се водечки во полнењето интегрирано со ESS, со проекти како станиците на соларна енергија на Fastned кои користат литиум-јонски батерии.
●Северна АмерикаТесла и Електрифај Америка распоредуваат литиум-јонски ESS батерии на места за брзо полнење на еднонасочна струја со голем сообраќај за управување со врвните оптоварувања.
●КинаBYD и CATL испорачуваат ESS базиран на LFP за урбани центри за полнење, поддржувајќи ја огромната флота на електрични возила во земјата.
2. Значајни имплементации
2. Значајни имплементации
● Тесла суперполначи:Соларните плус мегапак станици на Тесла во Калифорнија складираат 1-2 MWh енергија, напојувајќи на одржливо ниво повеќе од 20 брзи полначи.
● FreeWire Boost полнач:Мобилен полнач од 200 kW со интегрирани литиум-јонски батерии, распореден на малопродажни места како Walmart без надградби на мрежата.
● Батерии Invinity Flow:Се користи во центрите за полнење во Велика Британија за складирање на енергијата од ветерот, обезбедувајќи сигурна енергија за полначи од 150 kW.
● ABB хибридни системи:Комбинира литиум-јонски батерии и суперкондензатори за полначи од 350 kW во Норвешка, балансирајќи ги потребите за енергија и моќност.
Идни трендови во складирањето на енергија за полнење електрични возила
●Батерии од следната генерација:
●Батерии во цврста состојба: Се очекува до 2027-2030 година, нудејќи 2x поголема густина на енергија и побрзо полнење, намалувајќи ја големината и цената на ESS.
●Натриум-јонски батерии: Поевтини и позастапени од литиум-јонските, идеални за стационарни ESS до 2030 година.
●Хибридни системи:
●Комбинирање батерии, суперкондензатори и замаецки за оптимизирање на испораката на енергија и моќност, на пр., литиум-јонски батерии за складирање и суперкондензатори за рафални напојувања.
●Оптимизација водена од вештачка интелигенција:
●Вештачката интелигенција ќе ја предвиди побарувачката за полнење, ќе ги оптимизира циклусите на полнење-празнење на ESS и ќе се интегрира со динамичното ценообразување на мрежата за заштеда на трошоци.
●Циркуларна економија:
●Батериите од втор век на траење и програмите за рециклирање ќе ги намалат трошоците и влијанието врз животната средина, а компании како „Редвуд Материјалс“ ќе го предводат патот.
●Децентрализиран и мобилен ESS:
●Преносните ESS единици и складирањето интегрирано во возилата (на пр., електрични возила овозможени со V2G) ќе овозможат флексибилни решенија за полнење надвор од мрежата.
●Политика и стимулации:
●Владите нудат субвенции за распоредување на ESS (на пр., Зелениот договор на ЕУ, Законот за намалување на инфлацијата во САД), забрзувајќи го усвојувањето.
Заклучок
Време на објавување: 25 април 2025 година