Elektrik enerjisi depolama yöntemleri arasında bataryalar, ultrakapasitörler, volanlar, yakıt hücreleri gibi araçlar kullanılır.Alternatif enerji kaynakları, doğanın dalgalanmalarından etkilenebilir ve elektrik enerjisi üretimi zamanla değişebilir. Bu, üretilen enerjinin her zaman tüketilmeme ihtimali oluşturur. Bu nedenle, enerjinin depolanması gereklidir, böylece enerji taleplerinin karşılanması için kullanılabilir. Enerji depolama sistemleri özellikle şebekeden bağımsız sistemler için önemli hale gelir. Bu sistemlerin kullanımı, enerji üretimi ve kullanımı arasındaki dengesizliği azaltarak enerji iletim hatlarına olan bağımlılığı azaltır.
İçerik
Bataryalar
Enerji depolama sistemleri, günlük hayatımızda oldukça yaygın olarak kullanılan enerji depolama yöntemleridir. Bu sistemler, birincil ve ikincil olarak ayrılır. İkincil enerji depolama sistemleri, şarj edilebilen bataryalardan oluşur. Bu tip bataryalar, cep telefonları, bilgisayarlar, elektrikli ev aletleri ve elektrikli taşıtlar gibi çeşitli cihazlarda yaygın olarak kullanılır. Günümüzde, kurşun-asit ve lityum-iyon bataryalar en sık kullanılan batarya türleridir. Ancak, bataryaların yüksek sıcaklıklarda performansının düşmesi, karmaşık şarj devreleri ve kısa şarj-deşarj döngüleri gibi nedenlerden dolayı genellikle küçük boyutlu ve mobil enerji depolama sistemlerinde tercih edilir.
Lityum-İyon Bataryalar
Günümüzde lityum iyon piller, elektronik cihazların çoğunda kullanılır. Bu piller, katot olarak lityum metal oksit malzemeler (LiCoO2 veya LiMO2) ve anot olarak grafitli karbon malzemesi kullanılır. Lityum iyon piller, yüksek enerji depolama kapasitesi, düşük iç direnç ve %90’ın üzerinde verimli olmaları nedeniyle çok yaygın olarak kullanılır. Bunların verimliliği, doğru sıcaklık ve maksimum kapasitelere dikkat edildiği sürece yüksek kalır, aksi takdirde verim azalabilir. Lityum iyon piller, enerji kalitesinin önemli olduğu yerlerde, dağıtım sistemlerinde ve otomotiv alanlarında uygun bir seçenek olarak kullanılabilirler. Lityum iyon pillerinin avantajları arasında uzun kullanım ömrü, yüksek enerji yoğunluğu, küçük taşınabilir olma, bakım gerektirmeme ve geniş sıcaklık aralığında çalışabilme gibi özellikler bulunur. Dezavantajları ise yüksek kurulum maliyeti ve kapasitenin fazla şarj edilmesi tehlikesi olarak sıralanabilir.
Nikel-Kadmiyum Bataryalar
Nikel-kadmium piller geniş çapta kullanımına sahip değildir ve yaklaşık verimlilikleri %75’tir. Bu piller, kadmiyum adı verilen malzemeyle kaplıdır. Kadmiyum zehirli bir ağır metaldir ve son 30 yıla bakıldığında dünya üzerindeki kadmiyumun 2/3’ü NiCd pilleri yapımında kullanılmıştır. 2003 yılında Avrupa Komisyonu, NiCd pillerinin geri kazanım oranının %75’ini hedeflemiştir. Ancak NiCd’dan şarj edilebilir pil yapılmasının yasaklanmak istenmesine rağmen hala kullanılmakta ve gelecekte de kullanılmaya devam edileceği beklenir. NiCd pillerinin verimi düşebilir eğer sürekli şarjda tutulup kısa süreli kullanım için kullanılıyorsa. Bunun yerine, belirli aralıklarla tam deşarj ve ardından şarj edilmelidir aksi takdirde hücrelerdeki plakalar üzerinde kristalleşme oluşur ve sonuç olarak verim azalır. NiCd piller hala birçok alanda kullanılır. Örneğin acil aydınlatma sistemleri, telekomünikasyon sistemleri, güneş enerji santralleri, uzay araçları gibi.
Ultrakapasitör
Ultrakapasitörler, normal kapasitörlere göre daha yüksek kapasite değerlerine sahip olmaları nedeniyle yaygın olarak küçük güçlü sistemlerde kullanılırlar. Hızlı değişen yüklere yeterince hızlı cevap veremeyen bataryaların yerine ultrakapasitörler tercih edilir. Örneğin, elektrikli taşıtlarda fren esnasında oluşan enerji ultrakapasitör yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürülerek verimli bir şekilde kullanılabilir. Ultrakapasitörlerin iç yapısında kimyasal bir reaksiyon gerçekleşmez, dolayısıyla şarj-deşarj döngüsü çok daha uzundur ve düşük sıcaklıklarda da çalışabilir.
Volan
Volan, enerji depolamaya yarayan mekanik bir sistemdir. Enerji, volanın döndürülmesi sonucu kinetik enerji olarak depolanır ve dönüş hızına göre artar. Ancak volanı çalıştırmak için elektrik motoru gerekir. Volanın depolanan enerjisi, generatör modunda çalışan elektrik motoru ile elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Volan tek başına kullanılamaz, çünkü depolanan enerjisi kısa sürelidir ve boşta çalışma kayıpları yüksektir. Bu nedenle, genellikle elektrikli araçların batarya ile hibrit olarak kullanılması ya da güç sistemlerinde yedek güç ünitesi olarak kullanılması tercih edilir.
Süper İletken Manyetik Enerji Depolama
Süper iletken manyetik enerji depolama (SMES) sistemi, akan akımla oluşan manyetik alan içerisinde enerjinin depolanması şeklinde çalışır. SMES sistemi, süperiletken bobin, enerji dönüşüm sistemi ve soğutma sistemi gibi bileşenler içerir. SMES’in avantajları, yüksek verimlilik, hızlı cevap verme, aktif ve reaktif gücün bağımsız kullanılabilmesi ve uzun ömürlü olmalarıdır. SMES teknolojisi, elektrik şebeke sisteminde pik yüklerin karşılanması, frekans kontrolü, sistem kararlılığı ve yük akışı kontrolü gibi birçok noktada kullanılabilir ve diğer depolama tekniklerinden farklılaşır.
Yakıt Hücreleri
Yakıt hücreleri, bataryalardan farklı olarak, yakıt ve yakıcılarını kendi iç yapılarında barındırmazlar. Bu maddeler, dışarıdan sürekli bir şekilde alınır. Yakıt hücreleri, kaynak akışı korunabildiği sürece sürekli çalışabilir, ancak bataryaların yakıt ve yakıcıları kendi iç yapılarında depolanır. Yakıt hücreleri, özgül enerji değeri bakımından bataryalardan daha yüksek bir değere sahip olabilir, ancak özgül güç bakımından daha düşük bir değere sahiptir. Ayrıca, yakıt hücreleri oldukça pahalıdır ve yük değişimlerine hızlı bir şekilde adapte olamazlar. Bu nedenlerle, diğer teknolojilerle karşılaştırıldıklarında yüksek güç kapasitesine sahip değillerdir.