Спросите Hackaday: как хранить энергию дома?

Nov 20, 2023

Среди дискуссий о решениях по хранению энергии на уровне сети часто легко забыть, что накопление энергии может осуществляться и на уровне отдельного дома или здания. Преимущества здесь заключаются в том, что не требуется управление сетью, а накопители (электрические, тепловые и т. д.) поглощают энергию по мере ее поступления и разряжают ее по запросу. Это значительно упрощает масштаб проблемы и, следовательно, связанные с ней затраты.

Пожалуй, наиболее распространенными примерами таких систем являются солнечные тепловые коллекторы с соответствующим резервуаром для хранения горячей воды и, конечно же, батареи. В последнее время идея использования аккумуляторного электромобиля (BEV, «электромобиль») как части домашнего решения для хранения энергии также набирает обороты, особенно в чрезвычайных ситуациях, когда подключение к сети вышло из строя из-за урагана или подобных чрезвычайных ситуаций. Но в целом мы не видим много вариантов хранения энергии на домашнем уровне.

Некоторое время назад мы рассмотрели мотивы хранения данных на уровне сетки, включая текущие и будущие технологии. Растущее внимание к долговременному хранению обусловлено увеличением количества прерывистых, недиспетчерируемых источников энергии в сети, включая фотоэлектрические солнечные и ветряные турбины. Поскольку они производят сильно колеблющиеся уровни энергии, сохранение избыточной энергии для последующего использования полезно и, возможно, важно.

К сожалению, вывод заключается в том, что хранение на уровне сети в масштабе, достаточном для хранения и перемещения во времени таких объемов энергии на уровне всей страны, невозможно. Здесь следует отметить, что практически вся емкость вновь производимых аккумуляторов сегодня и в будущем будет использоваться в электромобилях BEV, и именно здесь идея Vehicle2Grid (V2G) была представлена ​​как потенциальное хранилище на уровне сети. Мы тоже рассмотрели это и обнаружили, что это необходимо с экономической и практической точки зрения.

Большая часть проблемы сводится к сильным колебаниям объемов поставляемой энергии и растущему несоответствию между предложением и спросом по мере того, как в сеть добавляются все более непостоянные источники. Наличие, например, солнечных панелей на крыше, которые питаются от сети, усугубляет эту проблему, вызывая повышенные локальные скачки напряжения всякий раз, когда в каком-то районе много солнца, даже несмотря на то, что во многих регионах зеленые тарифы сокращаются и даже отменяются. Это приводит к тому, что как поставщики коммунальных услуг, так и домовладельцы сталкиваются с увеличением затрат и уменьшением (финансовых) выгод.

Все это, конечно, касается только электроэнергии. Дома, офисы и промышленность также требуют отопления, горячей воды и, например, пара для промышленных процессов. Здесь местные варианты, по-видимому, имеют значительный смысл там, где, например, централизованное отопление не является вариантом. При использовании существующих решений, таких как тепловые насосы и резервуары для хранения горячей воды, кажется, что здесь существуют по крайней мере простые решения.

Хотя можно также заряжать аккумулятор и нагревать воду в резервуаре для хранения горячей воды из местной сети для последующего потребления (например, по непиковым тарифам), еще одним легкодоступным источником энергии является Солнце. Установка солнечных тепловых коллекторов на крыше как часть системы солнечного водонагревания может быть экономически выгодной, в зависимости от уровня солнечного излучения (мощности на единицу площади). Эффективность здесь главным образом определяется сроком окупаемости, который может варьироваться от порядка 4 лет до примерно 20 лет.

Здесь также важно учитывать, требуются ли функции защиты от замерзания. Хотя чисто пассивная и, следовательно, довольно дешевая система будет хороша в теплом климате, если зимой температура опускается ниже 0°C, важно принять меры. Это может включать добавление антифриза в воду в системе, и в этом случае также потребуется более дорогая система с замкнутым контуром.

Помимо тепла от солнечного излучения, энергия Солнца также может быть преобразована в электричество с помощью фотоэлектрических (PV) солнечных панелей. В настоящее время большинство солнечных фотоэлектрических установок, расположенных на крыше, не имеют локального хранилища, и собственное потребление не рассматривается, при этом преобладающей бизнес-моделью является продажа произведенной энергии местным коммунальным предприятиям.