Wytwarzanie energii odnawialnej nie zawsze zaspokaja popyt. Dzieje się tak z tego prostego powodu, że konsumenci mogą chcieć korzystać z energii, gdy nie świeci słońce lub nie wieje wiatr. Baterie mogą być użyte do zrównoważenia problemu wytwarzania i popytu. Baterie mogą ładować się, gdy energia jest wytwarzana i rozładowywać, gdy energia jest potrzebna.
Baterie mogą również zrobić o wiele więcej niż tylko zrównoważyć wytwarzanie energii i popytu. Baterie mogą pomóc w szerokim zakresie zastosowań sieciowych, w tym w usługach rezerwowych, generowaniu syntetycznej inercji i przekształcaniu mocy niesynchronicznej w synchroniczną. Są to wszystkie usługi, które są niezbędne do niezawodnego działania sieci elektrycznej.
Jak więc działają akumulatory?
Baterie mają trzy kluczowe części:
- elektrodę dodatnią;
- elektrodę ujemną; oraz
- elektrolit, który oddziela elektrody.
Różne elektrody i elektrolity wytwarzają różne reakcje chemiczne, które wpływają na sposób działania baterii. Z tego powodu na rynku i w fazie rozwoju znajduje się duża różnorodność akumulatorów. Różne charakterystyki baterii obejmują:
- rozmiar;
- pojemność magazynowania;
- szybkość reakcji;
- szybkość ładowania;
- żywotność;
- bezpieczeństwo;
- koszty; oraz
- recykling.
Bateria wanadowo-czerwona (VRB) jest jedną z najnowszych baterii, które pojawiły się na rynku komercyjnym. Jest on szczególnie obiecujący ze względu na bardzo duże możliwości magazynowania energii. Z punktu widzenia ochrony środowiska, VRB jest również obiecujący. VRB nie wytwarza produktów odpadowych i ma długą żywotność. Substancje chemiczne w VRB nie muszą być wymieniane i mogą być używane bez końca. Wymieniać należy jedynie obudowę VRB i osprzęt. Długa żywotność oznacza również, że VRB ma potencjał, aby być tanią alternatywą dla innych opcji.
VRB posiada komorę dodatnią i ujemną oddzielone membraną. W komorze dodatniej znajduje się elektroda dodatnia, a w komorze ujemnej elektroda ujemna. W obu komorach krążą elektrolity wanadowe: – dodatni elektrolit wanadowy lub gatunek w komorze dodatniej i ujemny gatunek w komorze ujemnej. Komory są połączone ze zbiornikami magazynowymi, dzięki czemu duże ilości elektrolitów wanadowych mogą być wpompowywane i krążyć w komorach. Membrana powstrzymuje dodatnie i ujemne elektrolity przed mieszaniem się, ale pozwala jonom (atomom o ładunku dodatnim lub ujemnym) na przejście przez nią.
Gdy VRB jest ładowany i rozładowywany, gatunki wanadu jednocześnie ulegają utlenieniu i redukcji, przenosząc elektrony przez membranę. Reakcja utleniania-redukcji jest znana jako reakcja redoks. Redukcja polega na pozyskiwaniu elektronów. Utlenianie polega na utracie elektronów. Podczas ładowania elektrolit w komorze dodatniej jest utleniany, a elektrolit w komorze ujemnej jest redukowany. Podczas rozładowywania proces jest odwrotny i elektrolit w komorze dodatniej jest redukowany, a elektrolit w komorze ujemnej jest utleniany.
Reakcja redoks ładowania może być wykorzystana do przechowywania energii elektrycznej, gdy jest ona wytwarzana, a reakcja redoks rozładowywania może dostarczać energię elektryczną, gdy jest ona potrzebna. VRB ma 75% – 80% sprawności ładowania / rozładowania.
Diagram baterii wanadowo-czerwonej
.