スティーブン・シャッケル
バッテリー技術の歴史は2,000年前に遡るかもしれません。1930年代に現在のイラクで発見されたバグダッド電池（別名パルティア電池）は、粘土の壺、銅の円筒、鉄の棒で構成されており、酢などの電解質溶液と組み合わせると電極として機能したと考えられます。一部の研究者はまだその使用について議論しているが、これはエネルギー貯蔵システムの最初の例の1つとなる可能性がある。
私たちは今もその技術の完成に向けて取り組んでおり、ボードレベルのバッテリーからメガグリッドレベルの水力貯蔵に至るまで、効率的な長期エネルギー貯蔵の開発に取り組んでいます。この記事では、さまざまなアプリケーションにわたるエネルギー貯蔵のブレークスルーと最新のバッテリー システムについて説明します。
ボードレベルのエネルギー貯蔵
小型バッテリーエネルギー貯蔵システム
バッテリーは、ほとんどの最新のポータブル電子機器に電力を供給します。BeStar TechnologiesのCR2032 などのリチウム「コイン」電池は、時計、小型ライト、電卓、ガレージドアオープナー、車のキーフォブ、歩数計、その他多くの小型電子機器の主な電源です。小型バッテリーはフォームファクターが異なり、多種多様です。CR2032のような一般的なサイズでは、約230mAhのエネルギーが蓄えられます。
リチウムイオン電池 は小規模エネルギー貯蔵の定番であり、小型電子機器の市場シェアの34% 以上を占めています。鉛蓄電池、アルカリ電池、ニッケル水素電池技術と比較した 利点としては、電力密度が高く、重量が軽く、寿命が長く、温度に対する感受性が限られていることなどが挙げられます。
コンデンサエネルギー貯蔵
スーパーキャパシタはエネルギー貯蔵デバイスの新しい領域であり、現在では急速なエネルギー貯蔵と放出を必要とするアプリケーションで使用されています。スーパーキャパシタは、比較的低い電圧と高い静電容量で大量のエネルギーを蓄えることができるため、バッテリーストレージに比べていくつかの利点があります。
スーパーキャパシタはバッテリーよりもはるかに長い寿命を持ちます。一般的なリチウムイオン電池は500 ～ 10,000回のサイクルに耐えることができますが、スーパーキャパシタは100,000 ～ 100万回のサイクルに耐えることができます。NEDLシリーズのようなスーパーキャパシタは、同様の容量のバッテリー システムよりも約1,000倍速く充電できます。残念ながら、スーパーキャパシタは自己放電により1日あたり最大20% の充電を失う可能性があるため、長期のエネルギー貯蔵システムには適していません。
グリッドレベルのエネルギー貯蔵システム
大量のエネルギー（1kWh以上）を貯蔵するには、サイズと容量が大幅に異なる専用システムが必要です。ここでは、大規模な長期および短期のストレージを提供するグリッドレベルのエネルギー ストレージ システムの例をいくつか紹介します。
住宅用バッテリーエネルギー貯蔵
おそらく最もよく知られているグリッドレベルのエネルギー貯蔵システムである住宅用バッテリーシステムは、住宅用のバックアップエネルギー源として使用できます。Tesla PowerwallやLG Chem RESUなどのデバイスは、余剰エネルギーを収集して後で使用できるようにするために、 ソーラーパネル アセンブリと組み合わせられることがよくあります。
リチウムイオン電池技術は小型電子機器の34%に使用されているが、大規模な電池エネルギー貯蔵システムで使用される技術の90%以上を占めている。 EESI。リチウムイオン技術は広く採用され、影響力が大きいため、2019年のノーベル化学賞は、リチウムイオン技術への貢献により、ジョン・B・グッドイナフ、スタンレー・ウィッティンガム、吉野彰の3氏に授与されました。リチウムイオン電池貯蔵システムは最大100MWの電力を貯蔵でき、電力密度は200～400Wh/リットルで、最大95% の効率を達成できます。
熱エネルギー貯蔵
熱エネルギー貯蔵装置には、溶融塩、氷蓄熱システム、温水タンク、帯水層熱エネルギー貯蔵 (ATES) システムなど、温度 (エントロピー) を使用してエネルギーを貯蔵するいくつかの種類があります。多くの場合、余分な熱は熱伝導性材料に蓄えられ、その後取り出されて発電されます。
たとえば、溶融塩エネルギー貯蔵 (MSES) 施設は、短期エネルギー貯蔵の商用アプリケーションで使用されます。MSESでは、溶融塩は1000度F以上に加熱され、断熱容器に保管されます。エネルギーが必要な場合、溶融塩に冷水を送り込んで蒸気を発生させ、その蒸気をタービンに通して電気を生成します。これらのシステムは通常、最大150MWを蓄電でき、エネルギー密度は70～210 Wh/リットルで、効率は最大90% です。
圧縮空気エネルギー貯蔵システム
圧力は位置エネルギーを蓄えるためにも使用できます。圧縮空気貯蔵システム (CAES) は、電気を使用して、地下深くにある高圧を維持できる密閉された穴に空気を送り込みます。この高圧空気は加熱され、空気タービンを通過して電気を生成します。
CAESシステムの利点の1つは、中長期のエネルギー貯蔵システムに使用できることです。ほんのわずかです CAESシステム 世界中で使用されていますが、そのエネルギー貯蔵能力は110MWから315MWに及び、70% の効率を達成しています。さらにいくつかのCAESシステムが米国、カナダ、中国、オーストラリア、ドイツ、その他のヨーロッパ諸国で計画されています。理論的には、小規模なCAESシステムを住宅用途に使用することもできますが、これらのシステムはまだ市場に出回っていません。
揚水発電
現在利用可能なエネルギー貯蔵の最も大容量の形態は揚水式水力発電 (PSH) です。これらの大規模なエネルギー貯蔵プラントは、重力を利用して電気を貯蔵します。PSHシステムは、水を低い標高から高い標高まで電気的に汲み上げ、そこに貯めることによって機能します。電気が必要なときは、タービンを介して水が低地のプールに放出され、大量の電気を生み出します。 水力発電ダムの仕組みのように。
キャプション: リトアニアのクルオニス揚水発電所
揚水式水力エネルギー貯蔵システムのサイズはさまざまです。たとえば、西オーストラリア州ウォルポールの新しいPSH施設は、1.5MWの電力を貯蔵することができ、これは500世帯に2日間電力を供給するのに十分な量です。一方、世界最大のPSHエネルギー貯蔵システムはバージニア州バス郡にあり、総貯蔵容量24,000MWhで3,000MW以上を発電できます。これは、CR2032リチウムイオン電池347億個に相当する蓄電量です。
PSHシステムは、現代で使用されている最大のエネルギー貯蔵システムです。しかし、そのエネルギー密度はすべてのストレージソリューションの中で最も低く、1リットルあたり0.2〜2ワット時（リチウム電池の200分の1）の範囲です。一般的なリチウム電池内に同じ量のエネルギーを蓄えるには、PSHシステムでは総面積の200倍が必要になります。PSHシステムは、広い面積を必要とするにもかかわらず、85% の効率を達成します。
現代のエネルギー貯蔵システム
今日のエネルギー貯蔵技術には多様性があります。これらのシステムは、圧力、重力、化学ポテンシャル、熱ポテンシャル、静電容量のいずれに依存していても、すべて同じ目的、つまりさまざまな規模で電力需要を安定させ、供給するという目的を果たします。ポータブル電子機器などの小型ボードレベルのアプリケーションから、再生可能エネルギーの統合を可能にする大規模なグリッドレベルのシステムまで、これらのテクノロジーはそれぞれ、エネルギー貯蔵の最新ソリューションを表しています。最も一般的な用途はリチウムイオン電池エネルギー貯蔵システムですが、より効率的でコスト効率が高く、環境に配慮したソリューションを求めて状況は変化しています。
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
