Prehľad komerčného skladovania energie

Obnoviteľná energia je nevyhnutnou súčasťou dlhodobého plánu uhlíkovej neutrality. Bez ohľadu na kontrolovateľnú jadrovú fúziu, vesmírnu ťažbu a rozsiahly vyspelý rozvoj vodných zdrojov, ktoré v krátkodobom horizonte nemajú komerčnú cestu, sú v súčasnosti najsľubnejšími obnoviteľnými zdrojmi energie veterná energia a slnečná energia. Napriek tomu sú obmedzené vetrom a svetelnými zdrojmi. Skladovanie energie bude nevyhnutnou súčasťou budúceho využívania energie. Tento článok a nasledujúce články budú zahŕňať rozsiahle komerčné technológie skladovania energie, najmä so zameraním na prípady implementácie.

V posledných rokoch rýchla výstavba systémov na uskladnenie energie spôsobila, že niektoré údaje z minulosti už nie sú užitočné, ako napríklad „skladovanie energie stlačeného vzduchu sa umiestnilo na druhom mieste s celkovou inštalovanou kapacitou 440 MW a sodno-sírové batérie sa umiestnili na treťom mieste s celkovou kapacitou. 440 MW. 316 MW" atď. Okrem toho sú zdrvujúce správy, že spoločnosť Huawei podpísala „najväčší“ projekt ukladania energie na svete s 1300 MWh. Podľa doterajších údajov však 1300 MWh nie je najvýznamnejším projektom skladovania energie globálne. Centrálny najväčší projekt skladovania energie patrí prečerpávaniu. Pre technológie fyzického skladovania energie, ako je skladovanie energie soli, nie je v prípade elektrochemického skladovania energie 1300 MWh najvýznamnejším projektom (môže to byť aj záležitosť štatistického kalibru). Aktuálna kapacita Moss Landing Energy Storage Center dosiahla 1600 MWh (vrátane 1200 MWh v druhej fáze, 400 MWh v druhej fáze). Vstup spoločnosti Huawei však upozornil na odvetvie skladovania energie na scéne.

V súčasnosti komercializované a potenciálne technológie skladovania energie možno klasifikovať na mechanické skladovanie energie, skladovanie tepelnej energie, skladovanie elektrickej energie, skladovanie chemickej energie a skladovanie elektrochemickej energie. Fyzika a chémia sú v podstate to isté, preto si ich zaraďme zatiaľ podľa myslenia našich predchodcov.

1. Mechanické skladovanie energie / tepelné skladovanie a skladovanie v chlade

Prečerpávacie úložisko:

Existujú dve horné a dolné nádrže, ktoré prečerpávajú vodu do hornej nádrže počas skladovania energie a odvádzajú vodu do spodnej nádrže počas výroby elektriny. Technológia je vyspelá. Do konca roku 2020 bola globálna inštalovaná kapacita prečerpávacej kapacity 159 miliónov kilowattov, čo predstavuje 94 % celkovej kapacity skladovania energie. V súčasnosti moja krajina uviedla do prevádzky celkovo 32.49 milióna kilowattov prečerpávacích elektrární; celý rozsah prečerpávacích elektrární vo výstavbe je 55.13 milióna kilowattov. Rozsahom postavených aj rozostavaných je na prvom mieste na svete. Inštalovaný výkon elektrárne môže dosiahnuť tisíce MW, ročná produkcia energie môže dosiahnuť niekoľko miliárd kWh a rýchlosť spustenia do čierneho môže byť rádovo niekoľko minút. V súčasnosti najväčšia akumulačná elektráreň v Číne, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, má inštalovaný výkon 3.6 milióna kilowattov a ročnú kapacitu výroby energie 6.6 miliardy kWh (ktorá dokáže absorbovať 8.8 miliardy kWh prebytočnej energie, s účinnosťou okolo 75%). Čas spustenia čiernej farby 3-5 minút. Hoci sa prečerpávacie zariadenia vo všeobecnosti považujú za nevýhodu obmedzeného výberu miesta, dlhého investičného cyklu a značných investícií, stále ide o najvyspelejšiu technológiu, najbezpečnejšiu prevádzku a najnižšie náklady na skladovanie energie. Národná energetická správa zverejnila Strednodobý a dlhodobý plán rozvoja prečerpávacích zásobníkov (2021-2035).

Do roku 2025 bude celkový rozsah výroby prečerpávacích elektrární viac ako 62 miliónov kilowattov; do roku 2030 bude plný rozsah výroby približne 120 miliónov kilowattov; do roku 2035 sa sformuje moderný priemysel prečerpávania, ktorý bude spĺňať potreby rozsiahleho a rozsiahleho rozvoja novej energetiky.

Prečerpávacia elektráreň Hebei Fengning – dolná nádrž

Skladovanie energie stlačeného vzduchu:

Pri nízkom zaťažení elektrickou energiou sa vzduch stláča a ukladá elektrinou (zvyčajne v podzemných soľných jaskyniach, prírodných jaskyniach atď.). Keď spotreba elektriny vrcholí, vysokotlakový vzduch sa uvoľní, aby poháňal generátor na výrobu elektriny.

skladovanie energie stlačeného vzduchu

Skladovanie energie stlačeným vzduchom sa vo všeobecnosti považuje za druhú najvhodnejšiu technológiu na veľkokapacitné skladovanie energie v GW po prečerpávaní. Napriek tomu je limitovaný prísnejšími podmienkami výberu lokality, vysokými investičnými nákladmi a efektívnosťou skladovania energie ako prečerpávacie zariadenia. Nízka, komerčný pokrok ukladania energie stlačeného vzduchu je pomalý. Do septembra tohto roku (2021) bol do siete práve pripojený prvý rozsiahly projekt skladovania energie stlačeného vzduchu v našej krajine – národný testovací projekt zásobníka energie stlačeného vzduchu v soľnej jaskyni Jiangsu Jintan. Inštalovaná kapacita prvej fázy projektu je 60 MW a účinnosť premeny energie je približne 60 %; dlhodobý rozsah výstavby projektu dosiahne 1000 MW. V októbri 2021 bol prvý 10 MW pokročilý systém skladovania energie stlačeného vzduchu nezávisle vyvinutý mojou krajinou pripojený k rozvodnej sieti v Bijie, Guizhou. Dá sa povedať, že komerčná cesta kompaktného skladovania vzduchovej energie sa práve začala, ale budúcnosť je sľubná.

Projekt skladovania energie stlačeného vzduchu Jintan.

Skladovanie energie roztavenej soli:

Skladovanie energie roztavenej soli, vo všeobecnosti kombinované s výrobou solárnej tepelnej energie, koncentruje slnečné svetlo a ukladá teplo v roztavenej soli. Pri výrobe elektriny sa teplo roztavenej soli používa na výrobu elektriny a väčšina z nich vyrába paru na pohon turbínového generátora.

akumulácia tepla roztavenej soli

Kričali Hi-Tech Dunhuang 100MW solárna tepelná elektráreň s roztavenou soľou v najväčšej čínskej solárnej tepelnej elektrárni. Začala sa výstavba projektu Delingha 135 MW CSP s väčším inštalovaným výkonom. Jeho doba skladovania energie môže dosiahnuť 11 hodín. Celková investícia do projektu je 3.126 miliardy juanov. Oficiálne pripojenie do siete sa plánuje pred 30. septembrom 2022 a každý rok dokáže vyrobiť približne 435 miliónov kWh elektriny.

Stanica Dunhuang CSP

Technológie fyzického skladovania energie zahŕňajú skladovanie energie zotrvačníka, skladovanie energie v chlade atď.

2. Skladovanie elektrickej energie:

Superkondenzátor: Obmedzený nízkou hustotou energie (pozri nižšie) a silným samovybíjaním sa v súčasnosti používa iba v malom rozsahu na rekuperáciu energie vozidla, okamžité zníženie špičky a vyplnenie úžľabia. Typickými aplikáciami sú prístav Shanghai Yangshan Deepwater Port, kde 23 žeriavov výrazne zasahuje do elektrickej siete. Pre zníženie dopadu žeriavov na elektrickú sieť je ako záložný zdroj inštalovaný superkondenzátorový systém na ukladanie energie s výkonom 3MW/17.2KWh, ktorý dokáže nepretržite zabezpečiť dodávku elektriny 20 s.

Supravodivé ukladanie energie: vynechané

3. Elektrochemické skladovanie energie:

Tento článok klasifikuje komerčné elektrochemické skladovanie energie do nasledujúcich kategórií:

Olovené, oloveno-uhlíkové batérie

prietoková batéria

Kovové iónové batérie vrátane lítium-iónových batérií, sodíkovo-iónových batérií atď.

Nabíjateľné batérie typu kov-síra/kyslík/vzduch

ďalšie

Olovené a oloveno-uhlíkové batérie: Ako vyspelá technológia skladovania energie sa olovené batérie široko používajú pri štartovaní automobilov, záložné napájanie elektrární komunikačných základňových staníc atď. Po Pb zápornej elektróde olovenej batérie je dopovaný uhlíkovými materiálmi, oloveno-uhlíková batéria môže účinne zlepšiť problém s nadmerným vybitím. Podľa výročnej správy spoločnosti Tianneng za rok 2020 je projekt štátnej siete Zhicheng (rozvodňa Jinling) s výkonom 12 MW/48 MWh oloveno-uhlíkovej energie, ktorý spoločnosť dokončila, prvou super veľkou elektrárňou na ukladanie energie s obsahom olova a uhlíka v provincii Zhejiang a dokonca aj v celej krajine.

Prietoková batéria: Prietoková batéria zvyčajne pozostáva z kvapaliny uloženej v nádobe, ktorá preteká cez elektródy. Nabíjanie a vybíjanie prebieha cez iónomeničovú membránu; pozrite si obrázok nižšie.

Schéma prietokovej batérie

Pokiaľ ide o reprezentatívnejšiu celovanádovú prietokovú batériu, projekt Guodian Longyuan, 5 MW/10 MWh, dokončený Inštitútom chemickej fyziky v Dalian a skladovaním energie Dalian Rongke, bol najrozsiahlejším systémom na ukladanie energie z celovanádových prietokových batérií v sveta v tom čase, ktorý je v súčasnosti vo výstavbe Rozsiahlejší celovanádový redoxný prietokový batériový systém akumulácie energie dosahuje 200 MW/800 MWh.

Kovovo-iónová batéria: najrýchlejšie rastúca a najpoužívanejšia technológia elektrochemického skladovania energie. Medzi nimi sa lítium-iónové batérie bežne používajú v spotrebnej elektronike, napájacích batériách a iných oblastiach a ich aplikácie pri skladovaní energie sa tiež zvyšujú. Vrátane predchádzajúcich projektov Huawei vo výstavbe, ktoré využívajú ukladanie energie z lítium-iónových batérií, najväčším doteraz vybudovaným projektom na ukladanie energie z lítium-iónových batérií je skladovacia stanica energie Moss Landing pozostávajúca z fázy I 300 MW/1200 MWh a fázy II 100 MW/400 MWh, a celkovo 400MW/1600MWh.

Lítium-iónová batéria

V dôsledku obmedzenej kapacity výroby lítia a nákladov sa výmena sodíkových iónov s relatívne nízkou hustotou energie, ale očakáva sa, že veľké zásoby znížia cenu, stala cestou vývoja lítium-iónových batérií. Princíp a primárne materiály sú podobné lítium-iónovým batériám, no vo veľkom rozsahu ešte neboli industrializované. , systém skladovania energie sodíkovo-iónových batérií uvedený do prevádzky v existujúcich správach zaznamenal rozsah iba 1 MWh.

Hliníkovo-iónové batérie sa vyznačujú vysokou teoretickou kapacitou a bohatými rezervami. Je to tiež smer výskumu na nahradenie lítium-iónových batérií, ale neexistuje jasný spôsob komercializácie. Indická spoločnosť, ktorá sa stala populárnou, nedávno oznámila, že budúci rok komercializuje výrobu hliníkovo-iónových batérií a postaví 10MW jednotku na uskladnenie energie. Počkajme a uvidíme.

Počkaj a uvidíš

Nabíjateľné batérie kov-síra/kyslík/vzduch: vrátane lítium-sírových, lítium-kyslíkových/vzduchových, sodíkovo-sírových, nabíjateľných hliníkovo-vzduchových batérií atď., s vyššou hustotou energie ako iónové batérie. Súčasným predstaviteľom komercializácie sú sodno-sírové batérie. NGK je v súčasnosti popredným dodávateľom sodíkovo-sírových batériových systémov. Obrovský rozsah, ktorý bol uvedený do prevádzky, je 108MW/648MWh sodno-sírový akumulátorový systém na ukladanie energie v Spojených arabských emirátoch.

4. Skladovanie chemickej energie: Pred desiatkami rokov Schrödinger napísal, že život závisí od získania negatívnej entropie. Ale ak sa nespoliehate na vonkajšiu energiu, entropia sa zvýši, takže moc musí prevziať život. Život si nájde svoju cestu a na ukladanie energie rastliny premieňajú slnečnú energiu na chemickú energiu v organickej hmote prostredníctvom fotosyntézy. Chemické skladovanie energie bolo od samého začiatku prirodzenou voľbou. Chemické skladovanie energie je pre ľudí robustným spôsobom skladovania energie od roku Premenila volty na elektrické zásobníky. Komerčné využitie veľkokapacitných zásobníkov energie sa však ešte len začalo.

Skladovanie vodíka, metanol atď.: Vodíková energia má vynikajúce výhody vysokej hustoty energie, čistoty a ochrany životného prostredia a je široko považovaná za ideálny zdroj energie v budúcnosti. Cesta výroby vodíka→ukladanie vodíka→palivový článok je už na ceste. V súčasnosti je v mojej krajine vybudovaných viac ako 100 vodíkových čerpacích staníc, ktoré patria medzi top na svete, vrátane najväčšej vodíkovej čerpacej stanice na svete v Pekingu. Avšak kvôli obmedzeniam technológie skladovania vodíka a riziku výbuchu vodíka môže byť nepriame skladovanie vodíka reprezentované metanolom tiež nevyhnutnou cestou pre budúcu energiu, ako je napríklad technológia „kvapalného slnečného svetla“ tímu Li Cana v Inštitúte Dalian. chémie, Čínska akadémia vied.

Primárne batérie typu kov-vzduch: predstavujú hliníkovo-vzduchové batérie s vysokou teoretickou hustotou energie, ale v komercializácii je len malý pokrok. Phinergy, reprezentatívna spoločnosť spomínaná v mnohých správach, používala pre svoje vozidlá hliníkovo-vzduchové batérie. Tisíc míľ, popredným riešením v skladovaní energie sú nabíjateľné zinkovo-vzduchové batérie.