A comparative analysis of energy storage technologies

The paper describes factors influencing the development of electricity storage technologies. The results of the energy analysis of the electric energy storage system in the form of hydrogen are presented. The analyzed system consists of an electrolyzer, a hydrogen container, a compressor, and a PEMFC fuel cell with an ion-exchange polymer membrane. The power curves of an electrolyzer and a fuel cell were determined. The analysis took the own needs of the system into account, i.e. the power needed to compress the produced hydrogen and the power of the air compressor supplying air to the cathode channels of the fuel cell stack. The characteristics describing the dependence of the efficiency of the energy storage system in the form of hydrogen as a function of load were determined. The costs of electricity storage as a function of storage capacity were determined. The energy aspects of energy accumulation in lithium-ion cells were briefly characterized and described. The efficiency of the charge/discharge cycle of lithium-ion batteries has been determined. The graph of discharge of the lithium-ion battery depending on the current value was presented. The key parameters of battery operation, i.e. the Depth of Discharge (DoD) and the State of Charge (SoC), were determined. Based on the average market prices of the available lithium-ion batteries for the storage of energy from photovoltaic cells, unit costs of electrochemical energy storage as a function of the DoD parameter were determined.

METADATA IN OTHER LANGUAGES:

Polish

Analiza porównawcza technologii magazynowania energii elektrycznej

magazynowanie energii, ogniwo paliwowe, wodór, akumulator litowo-jonowy

W referacie opisano czynniki wpływające na rozwój technologii magazynowania energii elektrycznej. Przedstawiono wyniki analizy energetycznej systemu magazynowania energii elektrycznej w postaci wodoru. Analizowany system składa się z elektrolizera, zbiornika wodoru, kompresora, oraz systemu ogniw paliwowych z jonowymienną membraną polimerową PEMFC. Wyznaczono krzywe mocy elektrolizera oraz ogniwa paliwowego. W analizie uwzględniono potrzeby własne systemu, tj. moc potrzebną na sprężenie wyprodukowanego wodoru oraz moc kompresora powietrza dostarczającego powietrze do kanałów katodowych stosu ogniw paliwowych. Wykreślono charakterystykę przedstawiającą zależność sprawności systemu magazynującego energię w postaci wodoru w funkcji obciążenia. Wyznaczono koszty magazynowania energii w postaci wodoru w funkcji pojemności magazynu. Krótko scharakteryzowano oraz opisano energetyczne aspekty akumulacji energii za pomocą baterii litowo-jonowych. Zdefiniowano sprawność cyklu ładowania/rozładowania akumulatorów litowo jonowych. Przedstawiono wykres rozładowania akumulatora litowo jonowego w zależności od wartości prądu. Zdefiniowano parametry charakteryzujące pracę akumulatora tj. głębokość rozładowania DoD (and. Depth of discharge) oraz stan naładowania SoC (ang. State of Charge). Na podstawie średnich cen rynkowych dostępnych akumulatorów litowo jonowych przeznaczonych do magazynowania energii z instalacji fotowoltaicznych wyznaczono jednostkowe koszty elektrochemicznego magazynowania energii elektrycznej w funkcji parametru DoD.

REFERENCES (11)

Bartosik, M. et al. 2016. Storage of electrical energy and hydrogen economy (Magazynowanie energii elektrycznej i gospodarka wodorowa). Przegląd Elektrotechniczny No. 12, pp. 332–340 (in Polish).

Google Scholar

Ceran, B. 2014. Operational characteristics of PEMFC fuel cells. (Charakterystyki eksploatacyjne stosu ogniw paliwowych typu PEMFC). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 17, Iss. 3, pp. 135–146 (in Polish).

Google Scholar

Ceran, B. and Szczerbowski, R. 2013. Small scale, distributed power generation based on renewable energy sources – possibilities for development, cost of electricity production, and technical problems (Możliwości rozwoju i problemy techniczne małej generacji rozproszonej opartej na odnawialnych źródłach energii). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 16, Iss. 3, pp. 193–204 (in Polish).

Google Scholar

Chmielniak, T. et al. 2017. Hydrogen energy – main problems (Energetyka wodorowa – podstawowe problemy). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 20, Iss. 3, pp. 55–66 (in Polish).

Google Scholar

Czerwinski, A. 2005. Accumulators, batteries, cells (Akumulatory baterie ogniwa). Wydawnictwa komunikacji i łączności (Transport and Communication Publishers), Warsaw (in Polish).

Google Scholar

Diouf, B. and Pode, R. 2015. Potential of lithium-ion batteries in renewable energy. Renewable Energy Vol. 76, pp. 375–380.

Google Scholar

Molenda, J. 2008. Hydrogen Energy – Technologies and perspectives. A report of renewable energy sector experts (Energetyka Wodorowa – Technologie i Perspektywy. Raport Ekspertów Sektora OZE) (in Polish).

Google Scholar

Paska, J. 2002. Possibilities of using fuel cells in distributed generation (Możliwości wykorzystania ogniw paliwowych w generacji rozproszonej). Rynek Energii (Energy market), No. 6, pp. 16–23 (in Polish).

Google Scholar

Szymański, B. 2017. Photovoltaic installations (Instalacje fotowoltaiczne). Kraków: Wyd. GlobEnergia (in Polish).

Google Scholar

10.

Toman M. et al. 2016. Li-ion Battery Charging Efficiency. ECS Transactions 74 (1) pp. 37–43.

Google Scholar

11.

Tomczyk P. 2009. Prospects and obstacles of hydrogen economy development (Szanse i bariery rozwoju energetyki wodorowej). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 12, Iss. 2/2, pp. 593–606 (in Polish).

Google Scholar

Submit your paper

For Authors

eISSN:	2720-569X
ISSN:	1429-6675