Pregled komercijalnog skladištenja energije

Obnovljiva energija je bitan 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 solarna energija su trenutno najperspektivniji obnovljivi izvori energije. Ipak, ograničeni su vjetrom i svjetlosnim resursima. Skladištenje energije bit će bitan dio budućeg korištenja energije. Ovaj članak i naredni članci će uključivati ​​velike komercijalne tehnologije skladištenja energije, uglavnom se fokusirajući na slučajeve implementacije.

Poslednjih godina, brza izgradnja sistema za skladištenje energije učinila je da neki podaci iz prošlosti više nisu korisni, kao što je „skladište energije komprimovanog vazduha na drugom mestu sa ukupnim instaliranim kapacitetom od 440 MW, a natrijum-sumporne baterije na trećem mestu, sa skalom ukupnog kapaciteta od 440 MW. 316 MW" itd. Osim toga, vijesti da je Huawei potpisao "najveći" projekat skladištenja energije na svijetu sa 1300 MWh su neodoljive. Međutim, prema postojećim podacima, 1300 MWh nije najznačajniji projekat skladištenja energije na globalnom nivou. Centralni najveći projekat skladištenja energije pripada pumpnom skladištu. Za tehnologije skladištenja fizičke energije kao što je skladištenje energije soli, u slučaju elektrohemijskog skladištenja energije, 1300MWh nije najznačajniji projekat (možda je i stvar statističkog kalibra). Trenutni kapacitet Moss Landing Energy Storage Centra dostigao je 1600MWh (uključujući 1200MWh u drugoj fazi, 400MWh u drugoj fazi). Ipak, Huaweijev ulazak je skrenuo pažnju na industriju skladištenja energije na pozornici.

Trenutno, komercijalizovane i potencijalne tehnologije skladištenja energije mogu se klasifikovati na mehaničko skladištenje energije, skladištenje toplotne energije, skladištenje električne energije, skladištenje hemijske energije i skladištenje elektrohemijske energije. Fizika i hemija su u suštini iste, pa hajde da ih za sada klasifikujemo prema razmišljanju naših prethodnika.

1. Mehaničko skladištenje energije / termalno skladištenje i hlađenje

pumpno skladište:

Postoje dva gornja i donja rezervoara, pumpaju vodu u gornji rezervoar tokom skladištenja energije i dreniraju vodu u donji rezervoar tokom proizvodnje električne energije. Tehnologija je zrela. Do kraja 2020. godine, globalni instalirani kapacitet pumpnog skladišta bio je 159 miliona kilovata, što čini 94% ukupnog kapaciteta skladištenja energije. Trenutno je moja zemlja pustila u rad ukupno 32.49 miliona kilovata pumpnih elektrana; puni opseg pumpnih akumulacijskih elektrana u izgradnji je 55.13 miliona kilovata. Po skali izgrađenih i u izgradnji zauzima prvo mjesto u svijetu. Instalirani kapacitet elektrane za skladištenje energije može doseći hiljade MW, godišnja proizvodnja električne energije može doseći nekoliko milijardi kWh, a brzina pokretanja na crno može biti reda veličine nekoliko minuta. Trenutno, najveća elektrana za skladištenje energije koja radi u Kini, Hebei Fengning pumpna elektrana, ima instalirani kapacitet od 3.6 miliona kilovata i godišnji kapacitet proizvodnje električne energije od 6.6 milijardi kWh (koji može apsorbovati 8.8 milijardi kWh viška energije, sa efikasnošću od oko 75%). Crno vrijeme početka 3-5 minuta. Iako se općenito smatra da pumpno skladištenje ima nedostatke ograničenog izbora lokacije, dugog investicijskog ciklusa i značajnih ulaganja, to je i dalje najzrelija tehnologija, najsigurniji rad i najjeftinije sredstvo za skladištenje energije. Nacionalna uprava za energetiku objavila je Srednjoročni i dugoročni plan razvoja pumpnog skladištenja (2021-2035).

Do 2025. godine ukupna proizvodnja pumpnih akumulacija iznosit će više od 62 miliona kilovata; do 2030. puna proizvodnja će iznositi oko 120 miliona kilovata; do 2035. godine formiraće se moderna industrija pumpnih skladišta koja zadovoljava potrebe visokog proporcija i masovnog razvoja nove energije.

Hebei Fengning pumpna elektrana - donji rezervoar

Skladištenje energije komprimovanog vazduha:

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

skladištenje energije komprimovanog vazduha

Skladištenje energije komprimiranog zraka općenito se smatra drugom najprikladnijom tehnologijom za skladištenje energije velikih razmjera GW nakon pumpnog skladištenja. Ipak, ograničena je strožim uslovima odabira lokacije, visokim troškovima ulaganja i efikasnošću skladištenja energije od pumpnog skladištenja. Nizak, komercijalni napredak skladištenja energije komprimovanog vazduha je spor. Do septembra ove godine (2021.), prvi veliki projekat skladištenja energije komprimovanog vazduha u mojoj zemlji - Nacionalni testni projekat skladištenja energije komprimovanog vazduha u slanoj pećini Jiangsu Jintan, upravo je priključen na mrežu. Instalisani kapacitet prve faze projekta je 60MW, a efikasnost konverzije energije je oko 60%; dugoročni obim izgradnje projekta će dostići 1000MW. U oktobru 2021. godine, prvi 10 MW napredni sistem za skladištenje energije komprimovanog vazduha koji je samostalno razvila moja zemlja povezan je na mrežu u Bijieu, Guizhou. Može se reći da je komercijalni put kompaktnog skladištenja vazdušne energije tek počeo, ali budućnost obećava.

Jintan projekat skladištenja energije komprimovanog vazduha.

Skladištenje energije rastopljene soli:

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

skladištenje toplote rastopljene soli

Oni su uzvikivali Hi-Tech Dunhuang 100MW solarna termoelektrana toranj od rastopljene soli u najvećoj kineskoj solarnoj termoelektrani. Započela je izgradnja CSP projekta Delingha 135 MW sa većim instaliranim kapacitetom. Vrijeme skladištenja energije može doseći 11 sati. Ukupna investicija projekta je 3.126 milijardi juana. Planirano je da bude zvanično priključen na mrežu prije 30. septembra 2022. godine, a svake godine može proizvesti oko 435 miliona kWh električne energije.

Dunhuang CSP stanica

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

2. Skladištenje električne energije:

Superkondenzator: Ograničen svojom malom gustoćom energije (pogledajte dolje) i jakim samopražnjenjem, 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 utiču na električnu mrežu. Da bi se smanjio uticaj dizalica na električnu mrežu, ugrađen je superkondenzatorski sistem za skladištenje energije od 3MW/17.2KWh kao rezervni izvor, koji može kontinuirano da obezbedi napajanje električnom energijom od 20s.

Superprovodno skladištenje energije: izostavljeno

3. Elektrohemijsko skladištenje energije:

Ovaj članak klasifikuje komercijalno skladištenje elektrohemijske energije u sledeće kategorije:

Olovno-kiselinske, olovno-ugljične baterije

protočna baterija

Metal-jonske baterije, uključujući litijum-jonske baterije, natrijum-jonske baterije, itd.

Punjive metalne sumporne/kiseoničke/vazdušne baterije

drugi

Olovno-kiselinske i olovno-ugljične baterije: Kao zrela tehnologija skladištenja energije, olovno-kiselinske baterije se široko koriste u pokretanju automobila, rezervnom napajanju za elektrane baznih komunikacijskih stanica, itd. Nakon Pb negativne elektrode olovne baterije Dopirana karbonskim materijalima, olovno-ugljična baterija može efikasno poboljšati problem prekomjernog pražnjenja. Prema Tianneng-ovom godišnjem izvještaju za 2020., projekat državne mreže Zhicheng (Jinling trafostanica) 12MW/48MWh za skladištenje energije olova i ugljika koji je završila kompanija 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 tečnosti pohranjene u posudi koja teče kroz elektrode. Punjenje i pražnjenje se završavaju kroz membranu za izmjenu jona; pogledajte sliku ispod.

Šema baterije protoka

U pravcu reprezentativnije baterije sa protokom vanadijuma, projekat Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, koji su završili Dalian Institut za hemijsku fiziku i Dalian Rongke Energy Storage, bio je najopsežniji sistem za skladištenje energije potpuno vanadijevih baterija u svijeta u to vrijeme, koji je trenutno u izgradnji. Veći sistem za skladištenje energije baterija sa redoks protokom vanadijuma dostiže 200MW/800MWh.

Metal-jonska baterija: najbrže rastuća i najraširenija tehnologija elektrohemijskog skladištenja energije. Među njima, litijum-jonske baterije se obično koriste u potrošačkoj elektronici, energetskim baterijama i drugim poljima, a njihova primena u skladištenju energije se takođe povećava. Uključujući prethodne Huawei projekte u izgradnji koji koriste skladištenje energije litijum-jonskih baterija, najveći projekat skladištenja energije litijum-jonskih baterija do sada izgrađen je stanica za skladištenje energije Moss Landing koja se sastoji od faze I 300MW/1200MWh i faze II 100MW/400MWh, a ukupno 400MW/1600MWh.

Litijum-jonska baterija

Zbog ograničenja kapaciteta i troškova proizvodnje litijuma, zamjena natrijum jona sa relativno niskom gustinom energije, ali se očekuje da će velike rezerve smanjiti cijenu, postala je razvojni put za litijum-jonske baterije. Njegov princip i primarni materijali slični su litijum-jonskim baterijama, ali još uvek nije industrijalizovana u velikim razmerama. , sistem za skladištenje energije natrijum-jonske baterije pušten u rad u postojećim izveštajima je imao samo 1MWh.

Aluminijum-jonske baterije imaju karakteristike visokog teoretskog kapaciteta i obilnih rezervi. To je također istraživački pravac za zamjenu litijum-jonskih baterija, ali ne postoji jasan put komercijalizacije. Indijska kompanija koja je postala popularna nedavno je objavila da će sljedeće godine komercijalizirati proizvodnju aluminij-jonskih baterija i izgraditi jedinicu za skladištenje energije od 10 MW. Sačekajmo i vidimo.

sačekaj i vidi

Punjive baterije metal-sumpor/kiseonik/vazduh: uključujući litijum-sumporne, litijum-kiseonik/vazduh, natrijum-sumporne, punjive aluminijum-vazdušne baterije, itd., sa većom gustinom energije od jonskih baterija. Trenutni predstavnik komercijalizacije su natrijum-sumporne baterije. NGK je trenutno vodeći dobavljač sistema natrijum-sumpornih baterija. Ogroman obim koji je pušten u rad je sistem za skladištenje energije natrijum-sumpornih baterija od 108MW/648MWh u Ujedinjenim Arapskim Emiratima.

4. Skladištenje hemijske energije: Pre nekoliko decenija, Schrödinger je napisao da život zavisi od sticanja negativne entropije. Ali ako se ne oslanjate na vanjsku energiju, entropija će se povećati, tako da život mora preuzeti moć. Život pronalazi svoj put, a za skladištenje energije biljke fotosintezom pretvaraju sunčevu energiju u hemijsku energiju u organskoj materiji. Hemijsko skladištenje energije bio je prirodan izbor od samog početka. Hemijsko skladištenje energije je robusna 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 gustine energije, čistoće i zaštite okoliša i široko se smatra idealnim izvorom energije u budućnosti. Ruta proizvodnje vodonika→skladištenje vodonika→gorivna ćelija je već na putu. Trenutno je u mojoj zemlji izgrađeno više od 100 pumpnih stanica za vodonik, koje se svrstavaju u sam vrh u svijetu, uključujući i najveću svjetsku pumpu za vodonik u Pekingu. Međutim, zbog ograničenja tehnologije skladištenja vodika i rizika od eksplozije vodika, indirektno skladištenje vodika predstavljeno metanolom također može biti esencijalni put za buduću energiju, kao što je tehnologija "tečne sunčeve svjetlosti" Li Canovog tima s Dalian instituta. hemije, Kineska akademija nauka.

Metalno-vazdušne primarne baterije: predstavljene su aluminijumsko-vazdušnim baterijama sa visokom teoretskom gustinom energije, ali postoji mali napredak u komercijalizaciji. Phinergy, reprezentativna kompanija koja se spominje u mnogim izvještajima, koristila je aluminij-vazdušne baterije za svoja vozila. Hiljadu milja, vodeće rješenje u skladištenju energije su punjive cink-vazdušne baterije.