Energieopslagsystemen met batterijen: Soorten, voordelen, toepassingen

Er zijn tegenwoordig verschillende soorten energiesystemen op basis van batterijen verkrijgbaar. Deze maken gebruik van verschillende chemische opslagtechnologieën en bieden verschillende voordelen. Lees hieronder verder voor een volledig overzicht van de BESS-types en hun beste toepassingen. We hebben hun chemische samenstelling, voordelen en toepassingen uitgelegd.

Wat is een batterij-energieopslagsysteem?

Een energieopslagsysteem op batterijen, BESS, is een opstelling waarmee je elektrische energie kunt opvangen, opslaan in een batterij of batterijen en later weer vrijgeven wanneer je die nodig hebt. De grootte varieert van kleine eenheden voor thuisgebruik tot grote BESS-sets voor industriële energiebehoeften.

Het hart van een BESS is een elektrochemisch apparaat dat bestaat uit batterijcellen of -modules. Dit apparaat haalt stroom uit een hernieuwbare bron zoals zon en wind, of zelfs uit het elektriciteitsnet, en slaat dit op in chemische vorm.

In de loop der jaren hebben wetenschappers verschillende batterijtechnologieën ontwikkeld om elektrische energie te bewaren. Deze verschillen op veel manieren, zoals het type chemische verbindingen dat wordt gebruikt, de kosten, de levensduur, de impact op het milieu, enz.

Soorten energieopslagsystemen met batterijen

Er zijn een paar soorten accu's voor energieopslag beschikbaar, gegroepeerd op basis van hun opslagchemie. Dit zijn lithium-ion-, lood-, nikkel-cadmium-, natriumzwavel- en flowbatterijen.

Lithium-ion batterijopslagsysteem

Zoals de naam al aangeeft, gebruikt de lithium-ion-accu lithiumzouten als elektrolyt. De kathode-elektrode is een lithiumverbinding, terwijl de anode meestal grafiet is.

De kathode-opties variëren van lithiumijzerfosfaat en lithiumkobaltoxide tot lithiummangaanoxide. Het type op basis van mangaanoxide biedt betere eigenschappen en wordt bij voorkeur gebruikt in gespecialiseerde toepassingen.

Hoewel het een duurdere optie is, is de LI-ion een van de meest gebruikte BESS-types, met diverse toepassingen variërend van woningen tot commerciële en industriële sectoren.

Voordelen

• Licht in gewicht
• Kleiner dan andere typen opslagbatterijen
• Hoog rendement (tot 95%)
• Laadt snel op
• Hoge energiecapaciteit
• Grote ontladingsdiepte die kan oplopen tot 90% van de totale capaciteit
• Gaat lang mee (5-30 jaar, afhankelijk van het kathodetype)

Toepassingen

• Gebruikt in opslagsystemen voor hernieuwbare energie
• Elektrische voertuigen (EV's)
• Diverse consumentenelektronica (mobiele telefoons, laptops, enz.)
• Draagbaar elektrisch gereedschap     

Loodzuur batterij opslagsysteem

Deze BESS systemen gebruiken batterijen die bestaan uit loodelektroden en zwavelzuur (H2SO4) als elektrolyt. De typische BESS op basis van loodzuur gaat tussen de 5 en 10 jaar mee, maar vereist tijdens zijn levensduur regelmatig onderhoud.

Loodzuur accu's zijn ook minder efficiënt dan de Li-ion types (ongeveer 85%) en hebben een lage DOD van ongeveer 50%. Ze moeten ook regelmatig worden opgeladen als ze langere tijd niet worden gebruikt om ze in stand te houden.

Aan de andere kant bieden deze opslagbatterijen verschillende voordelen, zoals kosteneffectief zijn en hogere stromen produceren zonder schade.

Voordelen

• Kosteneffectief
• Veilig en betrouwbaar
• Kan hoge kortstondige stromen leveren
• Biedt een breed temperatuurbereik

Toepassingen

• Opslagsystemen voor zonne-energie
• Voor starters in auto's en andere voertuigen
• Ononderbreekbare voedingen (UPS)

Opslagsysteem voor nikkel-cadmiumbatterijen

Nikkel-cadmiumbatterijen hebben een nikkeloxideanode met een nikkelhydroxidescheider. De kathode is cadmiummetaal en de elektrolyt is kaliumhydroxide, een alkaline.

Het is goed om te weten dat, naast het cadmiumtype, een nikkel-accu ook een hydride-type kan zijn. De nikkel hydride accu gebruikt een hydride (een legering die waterstof kan absorberen) voor de negatieve elektrode in plaats van cadmium.

Het hydridetype van de op nikkel gebaseerde typen opslagbatterijen biedt betere eigenschappen, waaronder een hogere energiedichtheid en milieuvriendelijkheid.

Voordelen

• Bestand tegen verschillende temperaturen
• Hoge betrouwbaarheid
• Laadt snel op
• Hoge DOD, of ontladingsdiepte
• Lange levensduur

Toepassingen

• Hernieuwbare energiesystemen
• Nood- of back-upverlichtingssystemen
• Draagbaar elektrisch gereedschap en andere apparaten

Opslagsysteem voor natriumzwavelbatterijen

Deze accu-opslagsystemen gebruiken gesmolten natrium voor de kathode en vloeibare zwavel voor de anode of negatieve elektrode. De elektrolyt is natriumaluminiumoxide, dat moet smelten om ionen tussen de elektroden te laten bewegen.

Omdat er vloeibare materialen worden gebruikt, werkt deze batterij bij hogere temperaturen dan 300 graden Celsius en bevat hij verwarmingselementen om de vaste elektrolyt vloeibaar te maken.

De energiedichtheid van natrium-zwavel BESS systemen is vergelijkbaar met die van Li-ion batterijen, maar ze hebben een kortere levensduur en vereisen veel warmte om de vaste natriumelektrolyt vloeibaar te maken.

Voordelen

• Hoge energiedichtheid
• Hoog rendement tot 90%
• Een hoge DOD (80%)
• Gebruikt goedkope materialen
• Een lange levensduur tot 10 jaar

Toepassingen

• Als back-upvoedingssystemen voor datacenters en soortgelijke toepassingen
• In installaties voor hernieuwbare energie
• In de stroomdistributiesystemen om de stroomoutput te stabiliseren

Flow batterij opslagsysteem

Twee tanks bevatten de elektrolyt in een flowbatterij-opslagsysteem, met een ionenuitwisselingsmembraan dat ze scheidt om de reactie die energie opslaat te vergemakkelijken.

Tijdens het opladen oxideert de stroom de chemische verbindingen in de ene container en reduceert die in de andere. De reacties zetten de laadstroom om in opgeslagen chemische energie.

Er zijn verschillende technologieën beschikbaar voor flow BESS types, gebaseerd op de chemicaliën die gebruikt worden voor de elektrolyt. Het kan een vanadium- of zink-broomionenoplossing zijn. De batterij kan ook van ijzer-chroom zijn.

Voordelen

• Lange levensduur van ongeveer 20 jaar (ongeveer 10.000 laadcycli)
• Veiliger dan andere BESS-types (gebruikt niet-ontvlambare en niet-giftige materialen)
• Een relatief hoog efficiëntieniveau (rond 80%)
• Hoge energieopslagcapaciteit
• Korte oplaadtijd
• Zeer schaalbaar door de elektrolyt te verhogen

Toepassingen

• Back-up- of noodopslagsystemen
• Netstroomstabilisatie
• Hernieuwbare energiesystemen
• In elektrische voertuigen

Conclusie

In de huidige wereld, waar hernieuwbare energie de norm is, worden opslagbatterijen steeds belangrijker. Vandaag de dag kunt u kiezen uit verschillende batterijopslagsystemen op basis van lithium-ion en loodzuur tot natriumzwavel en flowbatterijen. Zoals in deze gids wordt uitgelegd, heeft elk van deze BESS-types zijn eigen voordelen en zal uw keuze afhangen van de behoeften van uw project.