Pregled komercijalnog skladištenja energije

Obnovljiva energija bitan je dio dugoročnog plana za neutralnost ugljika. Bez obzira na kontroliranu nuklearnu fuziju, svemirsko rudarenje i veliki zreli razvoj hidroenergetskih resursa koji u kratkom roku nemaju komercijalnu rutu, energija vjetra i sunčeva energija trenutno su najperspektivniji obnovljivi izvori energije. Ipak, ograničeni su vjetrom i svjetlosnim resursima. Skladištenje energije bit će bitan dio budućeg korištenja energije. Ovaj članak i sljedeći članci uključivat će velike komercijalne tehnologije skladištenja energije, uglavnom usredotočujući se na slučajeve implementacije.

Posljednjih godina, brza izgradnja sustava za pohranu energije učinila je da neki prošli podaci više nisu korisni, kao što je "skladište energije komprimiranog zraka na drugom mjestu s ukupnim instaliranim kapacitetom od 440 MW, a natrij-sumporne baterije na trećem mjestu, s ljestvicom ukupnog kapaciteta od 440 MW. 316MW" itd. Osim toga, vijest da je Huawei potpisao "najveći" projekt skladištenja energije na svijetu s 1300 MWh je neodoljiva. No, prema postojećim podacima, 1300 MWh nije najznačajniji projekt skladištenja energije u svijetu. Središnji najveći projekt skladištenja energije pripada pumpnom skladištu. Za tehnologije skladištenja fizičke energije kao što je pohrana energije soli, u slučaju elektrokemijskog skladištenja energije, 1300 MWh nije najznačajniji projekt (možda je i stvar statističkog kalibra). Trenutni kapacitet Moss Landing Energy Storage Centra dosegao je 1600 MWh (uključujući 1200 MWh u drugoj fazi, 400 MWh u drugoj fazi). Ipak, Huaweijev ulazak istaknuo je industriju skladištenja energije na pozornici.

Trenutno, komercijalizirane i potencijalne tehnologije skladištenja energije mogu se klasificirati u mehaničko skladištenje energije, pohranu toplinske energije, skladištenje električne energije, skladištenje kemijske energije i elektrokemijsko skladištenje energije. Fizika i kemija su u biti iste, pa ih zasad razvrstajmo prema razmišljanju naših prethodnika.

1. Mehanička pohrana energije / pohrana topline i hlađenje

pumpno skladište:

Postoje dva gornja i donja rezervoara, pumpa vodu u gornji rezervoar tijekom skladištenja energije i odvodi vodu u donji rezervoar tijekom proizvodnje električne energije. Tehnologija je zrela. Do kraja 2020. globalni instalirani kapacitet crpnog skladišta bio je 159 milijuna kilovata, što čini 94% ukupnog kapaciteta skladištenja energije. Trenutačno je moja zemlja pustila u rad ukupno 32.49 milijuna kilovata elektrana s pumpnim akumuliranjem; ukupna snaga crpnih elektrana u izgradnji je 55.13 milijuna kilovata. Po ljestvici izgrađenih i u izgradnji zauzima prvo mjesto u svijetu. Instalirani kapacitet elektrane za skladištenje energije može doseći tisuće MW, godišnja proizvodnja električne energije može doseći nekoliko milijardi kWh, a brzina pokretanja na crno može biti reda veličine nekoliko minuta. Trenutačno, najveća elektrana za skladištenje energije koja radi u Kini, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, ima instalirani kapacitet od 3.6 milijuna kilovata i godišnji kapacitet proizvodnje energije od 6.6 milijardi kWh (koji može apsorbirati 8.8 milijardi kWh viška energije, s učinkovitošću od oko 75%). Vrijeme početka crnog 3-5 minuta. Iako se općenito smatra da pumpno skladište ima nedostatke ograničenog odabira mjesta, dugog investicijskog ciklusa i značajnih ulaganja, to je još uvijek najzrelija tehnologija, najsigurniji rad i najjeftinije sredstvo za pohranu energije. Nacionalna uprava za energetiku objavila je Srednjoročni i dugoročni plan razvoja pumpnog skladištenja (2021.-2035.).

Do 2025. ukupna proizvodnja crpnih skladišta bit će više od 62 milijuna kilovata; do 2030. puni opseg proizvodnje bit će oko 120 milijuna kilovata; do 2035. godine formirat će se moderna industrija crpnih skladišta koja zadovoljava potrebe visokog udjela i velikog razvoja nove energije.

Hebei Fengning pumpna elektrana - donji rezervoar

Skladištenje energije komprimiranog zraka:

Kada je električno opterećenje malo, zrak se komprimira i pohranjuje električnom energijom (obično se drži u podzemnim slanim špiljama, prirodnim špiljama, itd.). Kada potrošnja električne energije dosegne vrhunac, zrak pod visokim tlakom se oslobađa kako bi pokrenuo generator za proizvodnju električne energije.

skladištenje energije komprimiranog zraka

Skladištenje energije stlačenog zraka općenito se smatra drugom najprikladnijom tehnologijom za skladištenje energije velikih razmjera GW nakon pumpnog skladištenja. Ipak, ograničena je strožim uvjetima odabira mjesta, visokim troškovima ulaganja i učinkovitošću skladištenja energije od pumpnog skladištenja. Nizak, komercijalni napredak skladištenja energije komprimiranog zraka je spor. Do rujna ove godine (2021.), prvi veliki projekt za pohranu energije komprimiranog zraka u mojoj zemlji - Nacionalni testni demonstracijski projekt slane pećine Jiangsu Jintan Salt Cave, upravo je spojen na mrežu. Instalirani kapacitet prve faze projekta je 60MW, a učinkovitost pretvorbe energije je oko 60%; dugoročni opseg izgradnje projekta će doseći 1000 MW. U listopadu 2021., prvi 10 MW napredni sustav za pohranu energije komprimiranog zraka koji je neovisno razvila moja zemlja spojen je na mrežu u Bijieu, Guizhou. Može se reći da je komercijalna cesta kompaktnog skladištenja zračne energije tek počela, ali budućnost je obećavajuća.

Jintan projekt skladištenja energije komprimiranog zraka.

Skladištenje energije otopljene soli:

Skladištenje energije rastaljene soli, općenito u kombinaciji s proizvodnjom solarne toplinske energije, koncentrira sunčevu svjetlost i pohranjuje toplinu u rastaljenoj soli. Prilikom proizvodnje električne energije toplina rastaljene soli koristi se za proizvodnju električne energije, a većina njih proizvodi paru za pogon turbinskog generatora.

pohranjivanje topline rastaljene soli

Uzvikivali su Hi-Tech Dunhuang 100MW toranj otopljene soli solarne termoelektrane u najvećoj kineskoj solarnoj termoelektrani. Projekt Delingha 135 MW CSP s većom instaliranom snagom je započeo gradnju. Vrijeme skladištenja energije može doseći 11 sati. Ukupna investicija projekta je 3.126 milijardi juana. Planirano je da se službeno priključi na mrežu prije 30. rujna 2022. godine, a godišnje može proizvesti oko 435 milijuna kWh električne energije.

Dunhuang CSP stanica

Tehnologije skladištenja fizičke energije uključuju pohranu energije na zamašnjaku, skladištenje energije u hladnom stanju itd.

2. Skladištenje električne energije:

Superkondenzator: Ograničen zbog svoje niske gustoće energije (pogledajte dolje) i jakog samopražnjenja, trenutno se koristi samo u malom rasponu povrata energije vozila, trenutnog brijanja vrhova i punjenja doline. Tipične primjene su Shanghai Yangshan Deepwater Port, gdje 23 dizalice značajno utječu na električnu mrežu. Kako bi se smanjio utjecaj dizalica na električnu mrežu, superkondenzatorski sustav za pohranu energije od 3MW/17.2KWh ugrađen je kao rezervni izvor, koji može kontinuirano osigurati opskrbu električnom energijom 20s.

Supervodljivo skladištenje energije: izostavljeno

3. Elektrokemijsko skladištenje energije:

Ovaj članak klasificira komercijalno skladištenje elektrokemijske energije u sljedeće kategorije:

Olovno-kiselinske, olovno-ugljične baterije

protočna baterija

Metal-ionske baterije, uključujući litij-ionske baterije, natrij-ionske baterije itd.

Baterije za punjenje metal-sumpor/kisik/zrak

drugo

Olovne i olovno-ugljične baterije: Kao zrela tehnologija za pohranu energije, olovno-kiselinske baterije naširoko se koriste u pokretanju automobila, rezervnom napajanju za elektrane komunikacijskih baznih stanica, itd. Nakon Pb negativne elektrode olovne baterije je dopirana ugljičnim materijalima, olovno-ugljična baterija može učinkovito poboljšati problem prekomjernog pražnjenja. Prema Tiannengovom godišnjem izvješću za 2020., projekt državne mreže Zhicheng (Jinling trafostanica) 12MW/48MWh za skladištenje energije olova i ugljika koji je dovršila tvrtka je prva super-velika elektrana za skladištenje energije olova i ugljika u provinciji Zhejiang, pa čak i u cijeloj zemlji.

Protočna baterija: Protočna baterija se obično sastoji od tekućine pohranjene u posudi koja teče kroz elektrode. Punjenje i pražnjenje dovršavaju se kroz membranu za ionsku izmjenu; pogledajte donju sliku.

Shema protočne baterije

U smjeru reprezentativnije protočne baterije s punim vanadijem, projekt Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, koji su dovršili Dalian Institute of Chemical Physics i Dalian Rongke Energy Storage, bio je najopsežniji sustav za pohranu energije potpuno vanadijevih baterija u svijeta u to vrijeme, koji je trenutno u izgradnji. Veći sustav za pohranu energije potpuno vanadij redoks baterija doseže 200 MW/800 MWh.

Metal-ionska baterija: najbrže rastuća i najraširenija tehnologija elektrokemijskog pohranjivanja energije. Među njima, litij-ionske baterije se obično koriste u potrošačkoj elektronici, energetskim baterijama i drugim poljima, a njihova primjena u pohranjivanju energije također se povećava. Uključujući prethodne Huawei projekte u izgradnji koji koriste pohranu energije litij-ionskih baterija, najveći projekt za pohranu energije litij-ionskih baterija do sada izgrađen je stanica za pohranu energije Moss Landing koja se sastoji od faze I 300MW/1200MWh i faze II 100MW/400MWh, a ukupno 400MW/1600MWh.

Litij-ionska baterija

Zbog ograničenja proizvodnog kapaciteta i cijene litija, zamjena natrijevih iona s relativno niskom gustoćom energije, ali se očekuje da će velike rezerve smanjiti cijenu, postala je razvojni put za litij-ionske baterije. Njegov princip i primarni materijali slični su litij-ionskim baterijama, ali još nije industrijalizirana u velikim razmjerima. , sustav za pohranu energije natrij-ionskih baterija pušten u rad u postojećim izvješćima imao je samo 1MWh.

Aluminij-ionske baterije imaju karakteristike visokog teoretskog kapaciteta i obilnih rezervi. Također je istraživački smjer za zamjenu litij-ionskih baterija, ali ne postoji jasan put komercijalizacije. Indijska tvrtka koja je postala popularna nedavno je objavila da će sljedeće godine komercijalizirati proizvodnju aluminij-ionskih baterija i izgraditi jedinicu za pohranu energije od 10 MW. Pričekajmo i vidimo.

Čekaj i vidi

Punjive baterije metal-sumpor/kisik/zrak: uključujući litij-sumporne, litij-kisik/zrak, natrij-sumporne, punjive aluminij-zračne baterije, itd., s većom gustoćom energije od ionskih baterija. Trenutni predstavnik komercijalizacije su natrij-sumporne baterije. NGK je trenutno vodeći dobavljač sustava natrij-sumpornih baterija. Ogroman razmjer koji je pušten u rad je sustav za pohranu energije natrij-sumpornih baterija od 108MW/648MWh u Ujedinjenim Arapskim Emiratima.

4. Kemijsko skladištenje energije: Prije nekoliko desetljeća, Schrödinger je napisao da život ovisi o stjecanju negativne entropije. Ali ako se ne oslanjate na vanjsku energiju, entropija će se povećati, pa život mora preuzeti moć. Život pronalazi svoj put, a za pohranu energije, biljke fotosintezom pretvaraju sunčevu energiju u kemijsku energiju u organskoj tvari. Kemijsko skladištenje energije bio je prirodan izbor od samog početka. Kemijsko pohranjivanje energije robusna je metoda skladištenja energije za ljudska bića otkako je pretvorilo volte u električne dimnjake. Ipak, komercijalno korištenje velikih skladišta energije tek je počelo.

Skladištenje vodika, metanola itd.: Energija vodika ima izvanredne prednosti visoke gustoće energije, čistoće i zaštite okoliša te se naširoko smatra idealnim izvorom energije u budućnosti. Ruta proizvodnje vodika→skladištenje vodika→gorivna ćelija je već na putu. Trenutno je u mojoj zemlji izgrađeno više od 100 stanica za dopunu vodikom, što se svrstava među sam vrh u svijetu, uključujući najveću svjetsku stanicu za dopunu vodika u Pekingu. Međutim, zbog ograničenja tehnologije skladištenja vodika i rizika od eksplozije vodika, neizravno skladištenje vodika predstavljeno metanolom također može biti bitan put za buduću energiju, kao što je tehnologija "tekuće sunčeve svjetlosti" Li Canovog tima na Institutu Dalian kemije, Kineska akademija znanosti.

Metalno-zračne primarne baterije: predstavljene su aluminij-zračnim baterijama s visokom teoretskom gustoćom energije, ali postoji mali napredak u komercijalizaciji. Phinergy, reprezentativna tvrtka koja se spominje u mnogim izvješćima, koristila je aluminijsko-zračne baterije za svoja vozila. Tisuću milja, vodeće rješenje u pohranjivanju energije su punjive cink-zračne baterije.