Energiespeicherung ist der Schlüssel zu einer Zukunft mit erneuerbaren Energien

Unser Energieverbrauch trägt dazu bei, unsere moderne Welt voranzutreiben, indem wir Benzin in unsere Autos, Lebensmittel in unsere Mägen und Batterien in unser Spielzeug füllen, denn fast alles, was wir in unserer Welt verwenden, benötigt Energie in irgendeiner Form, um es zu ermöglichen, und bis wir die vielen entdeckten Nutzung von Elektrizität, gab es keinen großen Bedarf an Energiespeicherung.

Früher war unser Energieverbrauch direkt durch das Verbrennen von Kohle, Holz oder durch die Verwendung von Wasserrädern, um Mühlen anzutreiben oder Wasser zu pumpen, wenn wir es brauchten. Aber heute ist die Welt zu einem Ort mit zunehmendem Energiehunger geworden, und diese konstante und wachsende Nachfrage nach elektrischer Energie erfordert, dass wir neue Wege finden, um Energie nicht nur zu erzeugen, sondern auch Energie zu speichern.

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Energiespeicherung ist auch ein wesentlicher Bestandteil aller natürlichen Prozesse hier auf der Erde. Die Speicherung von Energie in der einen oder anderen Form für die spätere Verwendung ist nicht nur für die Menschheit, sondern für praktisch jede andere Lebensform äußerst wichtig.

Als Menschen speichern wir Energie in Form von chemischen Strukturen wie Kohlenhydraten und Zucker in unserem Körper, wenn wir essen. Diese einmal gespeicherte Energie wird im Laufe der Zeit langsam freigesetzt, was es uns ermöglicht, zwischen den Mahlzeiten lange zu überleben und zu funktionieren. Ohne diese Energiespeicherung wäre kein Leben möglich.

Aber neben dem Leben ist die Energiespeicherung eine Schlüsselkomponente in jedem nachhaltigen Energiesystem. Fossile Brennstoffressourcen wie Kohle und Erdöl werden in einigen Gebieten nicht nur knapper, sondern auch zunehmend unzugänglich und kostspielig in der Gewinnung.

Aber zum Glück für uns ist die Erde mit einem reichen Vorrat an natürlichen Ressourcen gesegnet und wir haben viele verschiedene Arten von erneuerbaren Energiesystemen entwickelt, um die reichlich vorhandene Energie von Sonne, Wind, Flüssen und Ozeanen in elektrische Energie umzuwandeln. p>

Aber was passiert, wenn die Sonne nicht scheint, der Wind nicht weht oder die Gezeiten der Ozeane ihre Höhen und Tiefen erreichen und diese kostenlose Energie nicht verfügbar ist, dann müssen wir Wege finden, den erzeugten Strom wirtschaftlich für eine spätere Nutzung zu speichern. Obwohl Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, kann sie in verschiedenen Formen gespeichert werden, beispielsweise durch chemische Speicherung in einer Batterie. Dies wird als gespeicherte Energie bezeichnet, und es ist die Energiespeicherung, die eine entscheidende Rolle in einer effizienten und erneuerbaren Energiezukunft spielen wird.

Wenn der Begriff “Energiespeicher” verwendet wird, denken die meisten Menschen an die Speicherung von Elektrizität in Batterien, aber die Fähigkeit, Energie aus einer Primärquelle für den späteren Gebrauch zu speichern, ist in vielen Situationen wichtig, insbesondere wenn diese Primärenergiequelle aus einer unkontrollierbaren und variablen Quelle wie Solar stammt oder Wind. Der Begriff “Speichermedium” ist das Energiereservoir, das die potentielle Energie in einem Energiespeicher für eine spätere Nutzung zurückhält.

Es gibt viele Möglichkeiten, wie wir Energie speichern können, wie z. , und thermisch (geschmolzenes Salz, Dampf, Gewässer), um nur einige zu nennen, und jede hat ihre eigenen Vor- und Nachteile der Energiespeicherung.

Es gibt zwei Hauptgründe, warum die Energiespeicherung wichtig ist und warum Es wird mit der verstärkten Entwicklung erneuerbarer Energiequellen wachsen:

• Viele wichtige erneuerbare Energiequellen sind intermittierend und erzeugen nur, wenn das Wetter es vorschreibt, wie Wind und Sonne, sodass die Speicherung von Energie eine Möglichkeit bietet, sich an Schwankungen des Energiebedarfs anzupassen
• Viele Transportsysteme erfordern, dass Energie gespeichert und mit dem Fahrzeug transportiert wird, entweder in Form einer Batterie zum Starten des Motors, Batteriebänken für Elektrofahrzeuge oder Brennstoffzellen ein Fahrzeug in seinen verschiedenen Betriebsmodi antreiben.

Energiespeicherung ist eine wichtige Komponente in jedem nachhaltigen Energiesystem, wobei die Arten von Energiespeichermedien, die Energie in Form von Strom aufnehmen und abgeben können, den universellsten Wert haben, da Strom effizient entweder in mechanische oder Wärmeenergie umgewandelt werden kann. Die gebräuchlichste Art der Energiespeicherung für den späteren Gebrauch ist die Verwendung von Batterien.

Speicherbatterien

Energiespeicherung mit Batterien

Elektrochemische Batterien sind das am häufigsten verwendete Energiespeichergerät und immer noch das vorherrschende Mittel zur Energiespeicherung in vielen netzunabhängigen und nachhaltigen Energiesystemen.

Das liegt daran, dass Batterien per Definition tragbare, geschlossene Systeme sind, die elektrische Energie speichern Energie in Form von chemischer Energie, und wenn Strom benötigt wird, wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt.

Batterien können eine hohe Energieumwandlungseffizienz aufweisen, was sie ideal für den Einsatz nicht nur im Transportwesen, sondern auch in alternativen Energiesystemen zu Hause macht.

Die Blei-Säure-Batterie ist eine der ältesten und ausgereiftesten batteriebasierten Energiespeichertechnologien. In ihrer Grundform besteht die Blei-Säure-Zyklusbatterie aus einer negativen Elektrode aus Blei (Pb), einer positiven Elektrode aus Bleidioxid (PbO2) und einem Separator, um sie elektrisch zu isolieren. Der flüssige Elektrolyt ist normalerweise verdünnte Schwefelsäure (H2SO4), die die Sulfationen für die Entladungsreaktionen liefert, aber verbesserte wartungsfreie Gel-Batterien mit einem festen Silica-Elektrolyt werden jetzt immer beliebter.

Beim Batterieladevorgang wird elektrische Gleichstromleistung entweder aus konventionellen oder erneuerbaren Energiequellen in den aktiven Chemikalien des Batteriesystems unter dem Einfluss irgendeiner Form des Batterieladereglers in ihren hochenergetischen geladenen Zustand gespeichert. Sowohl die Leistung als auch die Energiekapazität von Blei-Säure-Batterien basieren auf der Größe und Geometrie der Elektroden, und ein ordnungsgemäßes Aufladen ist wichtig, um eine optimale Lebensdauer einer Blei-Säure-Batterie unter allen Einsatzbedingungen zu erzielen.

Aber Energiespeicherbatterien Tag für Tag voll aufgeladen zu halten, um sicherzustellen, dass bei Bedarf eine schnelle Stromversorgung verfügbar ist, ist eine hohe Priorität, die eine angemessene Menge an Strom erfordert. Das liegt daran, dass sich Akkus selbst entladen, wenn sie untätig herumsitzen. Um einige dieser Probleme in Elektrofahrzeugen zu überwinden, wurde eine Art „Superbatterie“, Brennstoffzelle genannt, entwickelt.

Speicherbrennstoffzelle

Die Brennstoffzelle ist eine andere Art von elektrochemischer Energiespeichervorrichtung, die die gespeicherte chemische Energie eines gewöhnlichen Brennstoffs (Wasserstoffenergie), eines Oxidationsmittels (Sauerstoff) und eines Elektrolyten, die zwischen ihnen angeordnet sind, umwandelt Einzelzelle direkt in elektrische Energie.

Bei Strombedarf wird der gespeicherte Wasserstoff über die Anode (negativ) und Luftsauerstoff über die Kathode (positiv) geleitet und unter Verwendung eines Katalysators (Platin, Nano-Eisenpulver, Palladium) ein Es findet eine chemische Reaktion statt und Elektronen fließen durch einen externen Stromkreis, um Strom zu erzeugen. Wasserstoff-Brennstoffzellen werden jetzt zum Antrieb von Fahrzeugen verwendet.

Energiespeicherung mit Brennstoffzellen

Eine Brennstoffzelle produziert bei der Energiebereitstellung keine Schadstoffe, sondern nur Wärme und Wasser als Nebenprodukt und hat ähnlich wie Batterien keine beweglichen Teile, was sie zu einem sehr sauberen Energiespeicher macht.

Daher theoretisch Unter idealen Bedingungen sollte es möglich sein, eine Zuverlässigkeit von über 99 % zu erreichen, was gut ist, da die Kosten einer Brennstoffzelle im Vergleich zu einer Batterie sehr hoch sind.

Obwohl energiespeichernde Brennstoffzellen Gleichstrom erzeugen können, werden Brennstoffzellen hauptsächlich mit der Bereitstellung des Kraftstoffs für Autos und andere Transportmittel in Verbindung gebracht, indem der Elektrolyseur verwendet wird, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu trennen, wobei Elektrizität als Mittel zur Energiespeicherung verwendet wird. Dann nutzt die Brennstoffzelle zwei unterschiedliche Prozesse für den Kreislauf von Energiespeicherung, -erzeugung und -nutzung.

Der Vorteil von Brennstoffzellen gegenüber Batterien für den Transport besteht darin, dass der Prozess völlig sauber ist, denn wenn Sie den Wasserstoff direkt in einem Fahrzeugmotor verbrennen, entstehen nur Wärme und Wasser, kein Kohlendioxid oder andere schädliche Emissionen. Somit kann die Einspeisung von Wasserstoff in speziell konstruierte Motoren ein sauber verbrennendes Fahrzeug antreiben.

Brennstoffzellen erzeugen eine konstante Energiequelle durch chemische Reaktionen, wie eine herkömmliche Batterie, aber aus einem Brennstoffstrom und es können viele verschiedene Brennstoffe verwendet werden, einschließlich Erdgas und vergaster Biomasse sowie Wasserstoff. Doch wo kommt der Wasserstoffbrennstoff her? Um das Wasserstoffgas herzustellen, zu speichern, zu verflüssigen und dorthin zu transportieren, wo es gebraucht wird, wird Energie benötigt. Auch wenn das Wasserstoffgas in einem Motor verbrannt werden kann, ist es nicht so effizient wie der Betrieb mit Benzin.

Energiespeicherungist eine Schlüsselkomponente in jedem nachhaltigen Energiesystem, und die Notwendigkeit der Energiespeicherung wird durch die intermittierende Fähigkeit zur Stromerzeugung aus bestimmten erneuerbaren Energiegeräten deutlich. Natürlich müssen erneuerbare Energiesysteme wie Wind, Sonne (Solarphotovoltaik (PV) und Solarthermie), Biomasse, Wasserkraft, Meeres- und Flussströmungen, Wellen und Gezeiten nicht an das Stromnetz angeschlossen, sondern vom Stromnetz getrennt werden bedeutet zusätzliche Kosten für die Batteriesicherung, da einige davon als intermittierende Quellen gelten, wenn kein Energiespeicher vorhanden ist.

Obwohl Strom nicht direkt gespeichert werden kann, kann er leicht in anderen Formen gespeichert werden, beispielsweise in chemischer Energie, und bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt werden, und daher gibt es eine breite Palette unterschiedlicher Technologien, die zur Speicherung elektrischer Energie verwendet werden können von Batterien über Brennstoffzellen bis hin zu Superkondensatoren.

Batterien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung bieten flexible Optionen, die in Größenordnungen von wenigen Watt zur Stromversorgung von Mobiltelefonen bis hin zu mehreren Kilowatt (kW) zum Antrieb verwendet werden können Elektrofahrzeuge, wodurch sie für eine Vielzahl von netzunabhängigen und Transportanwendungen geeignet sind. Außerdem können Batterien von Elektrofahrzeugen, die nicht mehr für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet sind, eine kostengünstige Quelle für die Speicherung erneuerbarer Energie in kleinem Maßstab darstellen.

Brennstoffzellen sind eine relativ neue Energiespeichertechnologie mit hohen Investitionskosten. Eigenschaften wie keine beweglichen Teile, keine Emissionen, geringes Gewicht, Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit machen sie jedoch zu einer neuen Art von Technologie mit viel Energiespeicherpotenzial für die Zukunft.

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