2. 1.Overview of Storage Technologies
There are two principal reasons that energy storage will
grow in importance with increased development of
renewable energy:
• Many important renewable energy sources are
intermittent, and generate when weather dictates, rather
than when energy demand dictates.
• Many transportation systems require energy to be
carried with the vehicle.
3. 2. Principal Forms of Storages Energy
Media penyimpanan yang dibahas merupakan media yang dapat
menerima dan mengirimkan energi dalam tiga bentuk dasar: listrik,
mekanik, dan termal. Energi listrik dan mekanik keduanya dianggap
sebagai energi berkualitas tinggi karena keduanya dapat dikonversi ke
dua bentuk lainnya dengan loses energi yang cukup kecil (misalnya,
listrik dapat menggerakkan motor dengan hanya kehilangan energi
sekitar 5%, atau pemanas resistif tanpa kehilangan energi).
Kualitas penyimpanan energi termal tergantung pada
suhunya. Biasanya, energi panas dianggap berkualitas
rendah karena tidak dapat dengan mudah dikonversi ke dua
bentuk lainnya.
4. Setiap fasilitas penyimpanan energi harus dipilih secara hati-hati
untuk menerima dan menghasilkan suatu bentuk energi yang
konsisten. Teknologi penyimpanan yang menerima dan / atau
menghasilkan panas harus, hanya digunakan pada sumber energi
panas atau dengan aplikasi panas. Teknologi mekanis dan elektrik
lebih serbaguna, But in other cases. teknologi listrik lebih
diutamakan dari pada mesin karena listrik lebih mudah disalurkan.
2. Principal Forms of Storages Energy
5. 3. Applications of Energy Storage
Utility shaping adalah menggunakan piranti berkapasitas besar untuk
menjawab permintaan listrik, when a renewable resource is not
producing yang memadai. Contohnya adalah ketika malam hari
pengiriman energi yang dihasilkan oleh pembangkit solar termal
Kualitas daya, dimana menggunakan perangkat
penyimpanan yang sangat cepat (mampu menghasilkan
perubahan besar pada output pada rentang waktu yang
sangat singkat) untuk memperlancar pengiriman daya,
pemadaman listrik singkat, atau pembangkit listrik saat run-
up. Aplikasi kualitas daya dapat diimplementasikan pada
generator pusat, di switchgear locations, dan di fasilitas
pelanggan komersial dan industri. Uninterruptible power
supplies (UPS) are an example of this category.
6. Aplikasi Energi storage dibutuhkan dalam dunia otomotif termasuk
battery-electric vehicles (EVs), hybrid gasoline–electric vehicles, hybrid
electric vehicles (PHEVs), dan aplikasi lain yang memerlukan baterai
lebih besar dari yang digunakan dalam mesin pembakaran mobil.
A deep penetration of automotive batteries also could become
important in a distributed grid. Armada besar EVs atau PHEV yang
terhubung ke jaringan saat diparkir akan membantu mengaktifkan
teknologi terbarukan, memenuhi kebutuhan utilitas membentuk dan
mendistribusikan fungsi-fungsi elektrik serta fungsi otomotif.
3. Applications of Energy Storage
7. 4. Specifying Energy Storage Devices
Every energy storage technology, dapat dibagi beberapa parameter Such as, Time
self-discharge, ukuran unit, dan efisiensi, Sehingga kita bisa merancang
teknologi penyimpanan yang lebih baik, yang dibuat dengan memperhatikan masa
pemakaian, spesifik energi atau daya, densitas energi atau daya.
Waktu pengosongan adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan
penyimpanan agar terisi penuh dan tidak terhubung untuk mencapai
depth of discharge (DOD). DOD biasanya digambarkan sebagai
persentase kapasitas yang berguna untuk perangkat penyimpanan,
sehingga, misalnya, 90% DOD memiliki 10% dari kapasitas energi
perangkat tetap. Hubungan antara waktu self-discharge dan DOD jarang
linear, sehingga waktu self-discharge harus diukur dan dibandingkan
pada DOD yang seragam. Waktu pelepasan diri yang dapat diterima
sangat bervariasi, dari beberapa menit untuk beberapa aplikasi kualitas
daya.
8. 5. Specifying Fuels
Bahan bakar (realtif) berupa zat homogen yang dapat dibakar untuk
menghasilkan panas. Meskipun energi yang terkandung dalam bahan bakar
selalu dapat diekstraksi melalui pembakaran, dapat digunakan untuk ekstrak
energi (misalnya, reaksi dalam sel bahan bakar).
Bahan bakar bisa berupa bahan gas, bahan cair, atau bahan padat. Semua
penyimpanan energi dalam kategori thermochemical dapat berupa
elektrokimia, hidrogen elektrolitik dan lain-lain.
9. 6. Direct Electric Storage
1. Ultracapacitors
Sebuah kapasitor menyimpan energi medan listrik di antara dua konduktor.
Biasanya, berupa konduktor lempeng tipis digulung atau ditumpuk menjadi
konfigurasi dengan dielektrik di antara keduanya. Dielektrik tersebut
mencegah lengkungan antara pelat dan memungkinkan pelat untuk menahan
muatan lebih, meningkatkan penyimpanan energi secara maksimum.
Ultracapacitor — juga dikenal sebagai supercapacitor, kapasitor elektrokimia,
atau kapasitor lapisan ganda elektrik (EDLC).
10. 1. Ultracapacitors
Perbedaan dari kapasitor tradisional karena menggunakan elektrolit
yang tipis, pada urutan hanya beberapa angstrom, bukan dielektrik. Ini
meningkatkan densitas energi pada perangkat.
Elektrolit dapat terbuat dari bahan organik atau bahan cair . Aqueous
di desain beroperasi pada kondisi temperatur yang lebih besar, tetapi
memiliki kepadatan energi yang lebih kecil daripada desain organik.
Elektroda terbuat dari karbon berpori yang meningkatkan luas
permukaan elektroda dan selanjutnya meningkatkan kepadatan energi
melalui kapasitor
11. 2. Superconducting Magnetic Energy Storage
Sistem penyimpanan energi magnetik superkonduktor (SMES) sangat cocok untuk
menyimpan dan mengeluarkan energi pada daya tinggi. Energi ini disimpan di sebuah
magnet field yang terbentuk dari arus pada coil dari cryogenically cooled (superconducting
material). Jika kumparan dililit menggunakan kawat konvensional seperti tembaga, energi
magnetik akan hilang sebagai panas karena hambatan kawat terhadap aliran tersebut.
Keuntungan dari bahan superkonduktor (cryogenically cooled) adalah dapat
mengurangi hambatan listrik hingga hampir nol. The SMES mengisi kembali dengan
cepat dan dapat digunakan ribuan kali tanpa menurunnya kualitas magnetnya. Sistem
SMES dapat mencapai kekuatan penuh dalam 100 millidtk. Secara teoritis, lilitan sekitar
sepanjang 150-500 m akan mampu mendukung pada beban 18.000 GJ pada 1.000 MW,
tergantung pada bidang puncak dan rasio tinggi kumparan dan diameter. Waktu pengisian
ulang dapat dipercepat, tergantung pada kapasitas sistem. Karena tidak ada konversi
energi ke bentuk lain (misalnya, mekanik atau kimia), energi disimpan secara langsung
dan efisiensi. Sistem ini dapat menyimpan energi dengan kerugian hanya 0,1%; kerugian
ini terutama disebabkan oleh energi yang dibutuhkan oleh sistem pendingin.
SMES memiliki efisiensi hingga 97% - 98% dan merupakan teknologi yang
sangat baik.
12. 7. Direct Electric Storage
1. Secondary Batteries
A secondary battery allows electrical energy to be converted into chemical energy,
stored, and converted back to electrical energy. Batteries are made up of three basic
parts: a negative electrode, positive electrode, and an electrolyte . Elektroda negatif
melepaskan elektron ke beban eksternal, dan elektrode positif menerima elektron
dari beban. Elektrolit menyediakan jalur untuk mentransfer antara dua elektroda.
Reaksi kimia antara masing-masing elektroda dan elektrolit mengangkat elektron
dari elektrode positif dan menyimpannya pada elektroda negatif. Kecepatan reaksi
kimia ini terjadi terkait dengan resistansi di mana baterai dapat diisi dan
dikosongkan.
13. 2. Lead–Acid
There are three main types of lead–acid batteries : sel-basah, sel-gel yang
tertutup rapat, dan tutup gelas asam yang diserap. Sel basah memiliki
elektrolit cair yang harus diganti sesekali agar hidrogen dan oksigen keluar
selama siklus pengisian. Sel gel yang tertutup memiliki komponen silika yang
ditambah elektrolit untuk membuatnya lebih kedap. Desain RUPS
menggunakan separator seperti kaca untuk menahan elektrolit di dekat
elektroda, sehingga meningkatkan efisiensi. Untuk gel dan (absorbed glass
mat) AGM, dapat mereduksi secara baik dampak seperti ledakan dan korosi
hidrogen apalagi tidak digunakan. Kedua jenis ini memang membutuhkan
tingkat pengisian daya yang lebih rendah. Baik sel gel dan baterai AGM
disegel dan diberi tekanan sehingga oksigen dan hidrogen yang dihasilkan ke
dalam air. Lead–acid batteries have a specific energy of only 0.18 MJ/kg and
It also has a poor energy density at around 0.25 MJ/L. The advantages of the
lead–acid battery technology are low cost and high power density.
14.
15. 4. Nickel–Cadmium
Kadmium adalah logam berat yang beracun dan berbahaya terhadap lingkungan.
Namun, kemungkinan pelarangan bahan baterai yang dapat diisi ulang terbuat dari
nikel-cadmium masih tetap ada.
3. Lithium-Ion
Ketika baterai diisi, atom lithium di katoda menjadi ion dan bermigrasi melalui
elektrolit menuju anoda karbon di mana mereka bergabung dengan elektron
eksternal dan diendapkan antara lapisan karbon sebagai atom lithium. Polimer
lithium bervariasi menggantikan elektrolit dengan film plastik yang tidak
menghantarkan listrik tetapi memungkinkan ion masuk melewatinya .Suhu
operasi 60 C membutuhkan pemanas, mengurangi efisiensi secara keseluruhan
.
16. 5. Nickel–Metal Hydride
Hidrida logam nikel kurang tahan lama dibandingkan nikel-kadmium.
Pemakaian yang sering pada beban berat dan penyimpanan pada suhu
tinggi mengurangi masa pakai. Baterai nikel-metal hydride memiliki energi
spesifik 0,29 MJ / kg, kepadatan energi sekitar 0,54 MJ / L dan efisiensi energi
sekitar 70%. Baterai ini telah menjadi teknologi bridging yang penting dalam
elektronik portabel dan pasar mobil hibrida
17. 6. Sodium–Sulfur
A sodium–sulfur (NaS) battery consists of a liquid (molten) sulfur positive
electrode and liquid (molten) sodium negative electrode, separated by a solid
beta-alumina ceramic electrolyte.
ion natrium positif melewati elektrolit dan bergabung dengan sulfur untuk
membentuk natrium polisulfat. Proses tersebut reversibel karena proses
pengisian menyebabkan natrium polisulfat di elektroda positif melepaskan ion
natrium yang bermigrasi kembali melalui elektrolit dan bergabung kembali
sebagai unsur natrium. Baterai mampu beroperasi pada suhu 300oC. NaS
batteries have a high energy density of around 0.65 MJ/L and a specific energy
of up to 0.86 MJ/kg. Angka-angka ini akan menunjukkan cocok untuk aplikasi
di sektor otomotif. kandungan kimia baterai ini dapat mencapai 90% dan akan
cocok untuk aplikasi penyimpanan massal daya besar.
18. 7. Zebra
Zebra batteries merupakan konfigurasi dari sodium sulfur batteries, dan juga
mampu beroperasi pada 300C. Zebra batteries memiliki efisiensi 90% lebih
baik dari sodium sulfur a specific energy of up to 0.32 MJ/kg and an energy
density of 0.49 MJ/L. Dengan tingkat energi yang cukup spesifik dan
kepadatan energi yang baik, maka bahan ini cukup baik di aplikasikan untuk
kebutuhan kendaran atau beban besar.
8. Flow Batteries
Sebagian besar baterai sekunder menggunakan elektroda baik sebagai
antarmuka untuk mengumpulkan atau menyetorkan elektron, dan sebagai
tempat penyimpanan untuk produk atau reaktan yang terkait dengan kimia
baterai. Akibatnya, baik energi dan kepadatan daya terikat dengan ukuran dan
bentuk elektroda. Aliran baterai menyimpan dan melepaskan energi listrik
melalui reaksi elektrokimia reversibel dalam dua elektrolit cair. Sel elektrokimia
memiliki dua kompartemen — satu untuk setiap elektrolit — secara fisik
dipisahkan oleh membran ionexchange.
19. Elektrolit mengalir keluar-masuk sel melalui manifol terpisah dan menjalani
reaksi kimia di dalam sel, dengan pertukaran ion atau proton melalui membran
dan pertukaran elektron melalui sirkuit listrik eksternal. Energi kimia dalam
elektrolit diubah menjadi energi listrik dan sebaliknya untuk pengisian. Mereka
semua bekerja dengan cara umum yang sama tetapi bervariasi dalam kimia
elektrolit.
Diantara Contohnya adalah
1. Vanadium Redox
2. Polysulfide Bromide
3. Zinc Bromide
4. Electrolytic Hydrogen
20. 8. Mechanical Energy Storage
1. Pumped Hydro
Pumped hydro adalah yang metode yang tertua dan terbesar dari semua teknologi
penyimpanan energi yang tersedia, dengan fasilitas yang ada hingga 1.000 MW. Hidro yang
dipompa konvensional menggunakan dua waduk air, dipisahkan secara vertikal. Energi
disimpan dengan memindahkan air dari bawah ke reservoir yang lebih tinggi, dan diekstraksi
dengan memungkinkan air mengalir kembali ke reservoir bawah. Energi disimpan sesuai
dengan prinsip energi potensial.
21. 2. Compressed Air
Turbin gas konvensional terdiri dari tiga komponen dasar: kompresor,
ruang pembakaran, dan expander. Daya dihasilkan saat udara
terkompresi dan bahan bakar yang dibakar di ruang pembakaran
mendorong bilah turbin di dalam expander. Sekitar 60% dari kekuatan
mekanik yang dihasilkan oleh expander dikonsumsi oleh kompresor
memasok udara ke ruang bakar. Fasilitas CAES melakukan pekerjaan
kompresor secara terpisah, menyimpan udara terkompresi, dan di lain
waktu menyuntikkannya ke dalam turbin pembakaran yang
disederhanakan. Turbin yang disederhanakan hanya mencakup ruang
pembakaran dan turbin ekspansi. Turbin yang disederhanakan seperti
itu menghasilkan jauh lebih banyak energi daripada turbin
konvensional dari bahan bakar yang sama, karena ada energi
potensial yang tersimpan di udara terkompresi. Fraksi energi
output di luar apa yang akan dihasilkan dalam turbin
konvensional disebabkan oleh energi yang tersimpan dalam
kompresi.
22. 2. Flywheels
Kebanyakan sistem penyimpanan energi flukel modern terdiri dari
silinder berputar besar (terdiri dari pelek yang melekat pada poros)
yang didukung pada stator oleh bantalan yang dilipat secara magnetis
yang menghilangkan keausan bearing dan meningkatkan masa pakai
sistem. Untuk mempertahankan efisiensi, sistem fluffel dioperasikan
dalam lingkungan hampa rendah untuk mengurangi hambatan. The
flwheel terhubung ke motor / generator yang dipasang ke stator itu,
melalui beberapa
elektronika daya,
berinteraksi dengan
grid utilitas.
23. 9. Direct Thermal Storage
Teknologi termal langsung, meskipun mereka menyimpan tingkat energi yang lebih rendah
(panas, daripada listrik atau energi mekanik) dapat berguna untuk menyimpan energi dari
sistem yang menyediakan panas sebagai output asli (misalnya, panas matahari, panas bumi),
atau untuk aplikasi di mana nilai komoditas energi adalah panas (misalnya, pemanasan
ruangan, pengeringan).
1. Liquid
Penyimpanan panas yang masuk akal dalam cairan, dengan sedikit pengecualian, dicapai
dengan air. Air adalah unik di antara bahan-bahan kimia yang memiliki panas spesifik yang
tidak normal dengan tinggi 4.186 J / kg K, dan selanjutnya memiliki kerapatan yang cukup
tinggi. Air juga murah dan aman. Ini adalah pilihan yang lebih disukai untuk kebanyakan
pengumpul panas matahari nonkonsentrasi. Cairan selain air mungkin perlu dipilih jika suhu
pengiriman harus lebih tinggi dari 1008C, atau jika suhu sistem dapat turun di bawah 08C. Air
dapat dinaikkan ke suhu yang lebih tinggi dari 1008C, tetapi biaya sistem penyimpanan yang
mampu menahan tekanan tinggi terkait biasanya mahal. Air dapat dicampur dengan
etilena glikol atau propilen glikol untuk meningkatkan rentang suhu yang berguna
dan mencegah pembekuan.
24. 2. Solid
Penyimpanan panas yang masuk akal dalam padatan biasanya paling efektif
ketika padatan berupa tempat tidur unit kecil, bukan satu massa. Alasannya
adalah rasio permukaan ke volume meningkat dengan jumlah unit, sehingga
transfer panas ke dan dari perangkat penyimpanan lebih cepat untuk jumlah unit
yang lebih besar. Energi dapat disimpan atau diekstrak dari tempat tidur
penyimpanan termal dengan melewatkan gas (seperti udara) melalui tempat
tidur. Tempat penyimpanan termal dapat digunakan untuk mengekstrak dan
menyimpan panas laten penguapan dari air yang mengandung gas fl ue.
Meskipun kurang efektif untuk transfer panas, penyimpanan padat monolitik
telah berhasil digunakan dalam aplikasi arsitektur dan kompor surya.
3. Latent Heat
Panas laten diserap atau dibebaskan oleh perubahan fase atau reaksi kimia dan
terjadi pada suhu konstan. Perubahan fasa berarti konversi zat homogen di
antara berbagai fase padat, cair, atau gas. Salah satu contoh yang sangat
umum adalah air mendidih di atas kompor: meskipun sejumlah besar panas
diserap oleh air dalam panci, air mendidih mempertahankan suhu konstan
1008C. Panas laten yang disimpan melalui perubahan fase adalah:
25. 10. Thermochemical Energy Storage
1. Biomass Solids
Plant matter is a storage medium for solar energy. The input mechanism is
photosynthesis conversion of solar radiation into biomass. The output mechanism is
combustion of the biomass to generate heat energy.
2. Syngas
Biomassa dapat dikonversi menjadi bentuk gas untuk penyimpanan, transportasi,
dan pembakaran (atau konversi kimia lainnya). Proses-proses penggolongan
dikelompokkan ke dalam tiga kelas yang berbeda: pirolisis adalah aplikasi panas
dalam kondisi anoxic; oksidasi parsial adalah pembakaran yang terjadi di
lingkungan yang kekurangan oksigen; mereformasi adalah penerapan panas di
hadapan katalis. Ketiga proses tersebut membentuk syngas, kombinasi metana,
karbon monoksida, karbon dioksida, dan hidrogen. Relatif banyak produk gas dapat
dikontrol dengan menyesuaikan tingkat panas, tekanan, dan pakan. HHVof gas
yang dihasilkan dapat mengandung hingga 78% dari HHVof asli dari bahan baku,
jika bahan baku isdry.
26. 3. Ethanol
Biomassa adalah media penyimpanan energi surya yang lebih praktis jika
dapat diubah menjadi bentuk cair. Cairan memungkinkan untuk transportasi
dan pembakaran yang lebih nyaman, dan memungkinkan ekstraksi sesuai
permintaan (melalui mesin reciprocating) daripada melalui proses yang
berbasis kapal atau turbin yang kurang dapat dilepas. Properti terakhir ini juga
memungkinkan penggunaannya dalam mobil.
4. Biodiesel
Sebagai etanol berbasis pati dibuat dari produk sampingan yang mengandung
zat tepung, sebagian besar biodiesel dihasilkan dari produk berminyak.
Beberapa sumber yang paling umum adalah minyak rapeseed, minyak bunga
matahari, dan minyak kedelai. Hasil biodiesel dari tanaman seperti ini berkisar
dari sekitar 300 hingga 1000 kg / ha-yr, tetapi tanaman sebagai prodabout
keseluruhan 20 Mg / ha-yr, yang berarti bahwa efisiensi penangkapan solar
bruto untuk biodiesel dari tanaman berkisar antara 1/20 dan 1 / 60 efisiensi
penangkapan matahari dari tanaman itu sendiri. Karena efisiensi
penangkapan solar yang rendah ini, biomassa tidak dapat menjadi
media penyimpanan energi utama untuk kebutuhan transportasi.
