Επισκόπηση εμπορικής αποθήκευσης ενέργειας

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν ουσιαστικό μέρος του μακροπρόθεσμου σχεδίου για την ουδετερότητα των εκπομπών άνθρακα. Ανεξάρτητα από την ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη, τη διαστημική εξόρυξη και τη μεγάλης κλίμακας ώριμη ανάπτυξη υδροηλεκτρικών πόρων που δεν έχουν εμπορική διαδρομή βραχυπρόθεσμα, η αιολική ενέργεια και η ηλιακή ενέργεια είναι σήμερα οι πιο υποσχόμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ωστόσο, περιορίζονται από αιολικούς και φωτεινούς πόρους. Η αποθήκευση ενέργειας θα είναι ουσιαστικό μέρος της μελλοντικής ενεργειακής αξιοποίησης. Αυτό το άρθρο και τα επόμενα άρθρα θα περιλαμβάνουν τεχνολογίες εμπορικής αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας, εστιάζοντας κυρίως σε περιπτώσεις εφαρμογής.

Τα τελευταία χρόνια, η ταχεία κατασκευή συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας έχει κάνει ορισμένα δεδομένα του παρελθόντος να μην είναι πλέον χρήσιμα, όπως «η αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα στη δεύτερη θέση με συνολική εγκατεστημένη ισχύ 440 MW και οι μπαταρίες θείου νατρίου στην τρίτη θέση, με κλίμακα συνολικής χωρητικότητας των 440 MW. 316MW" κλπ. Επιπλέον, η είδηση ​​ότι η Huawei υπέγραψε το «μεγαλύτερο» έργο αποθήκευσης ενέργειας στον κόσμο με 1300MWh είναι συντριπτική. Ωστόσο, σύμφωνα με τα υπάρχοντα δεδομένα, οι 1300 MWh δεν είναι το σημαντικότερο έργο αποθήκευσης ενέργειας παγκοσμίως. Το κεντρικό μεγαλύτερο έργο αποθήκευσης ενέργειας ανήκει στην αντλούμενη αποθήκευση. Για τεχνολογίες αποθήκευσης φυσικής ενέργειας, όπως η αποθήκευση ενέργειας αλατιού, στην περίπτωση της ηλεκτροχημικής αποθήκευσης ενέργειας, οι 1300 MWh δεν είναι το πιο σημαντικό έργο (μπορεί επίσης να είναι θέμα στατιστικού διαμετρήματος). Η τρέχουσα ισχύς του Moss Landing Energy Storage Center έχει φτάσει τις 1600 MWh (συμπεριλαμβανομένων 1200 MWh στη δεύτερη φάση, 400 MWh στη δεύτερη φάση). Ωστόσο, η είσοδος της Huawei έχει αναδείξει τη βιομηχανία αποθήκευσης ενέργειας στη σκηνή.

Επί του παρόντος, οι εμπορευματοποιημένες και δυνητικές τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας μπορούν να ταξινομηθούν σε μηχανική αποθήκευση ενέργειας, αποθήκευση θερμικής ενέργειας, αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας, αποθήκευση χημικής ενέργειας και αποθήκευση ηλεκτροχημικής ενέργειας. Φυσική και χημεία είναι ουσιαστικά τα ίδια, οπότε ας τα ταξινομήσουμε σύμφωνα με τη σκέψη των προκατόχων μας προς το παρόν.

1. Μηχανική αποθήκευση ενέργειας / θερμική αποθήκευση και αποθήκευση ψύξης

Αποθήκευση με αντλία:

Υπάρχουν δύο άνω και κάτω δεξαμενές, που αντλούν νερό στην επάνω δεξαμενή κατά την αποθήκευση ενέργειας και αποστραγγίζουν το νερό στην κάτω δεξαμενή κατά την παραγωγή ενέργειας. Η τεχνολογία είναι ώριμη. Μέχρι το τέλος του 2020, η παγκόσμια εγκατεστημένη ισχύς αντλητικής ικανότητας αποθήκευσης ήταν 159 εκατομμύρια κιλοβάτ, αντιπροσωπεύοντας το 94% της συνολικής χωρητικότητας αποθήκευσης ενέργειας. Επί του παρόντος, η χώρα μου έχει θέσει σε λειτουργία συνολικά 32.49 εκατομμύρια κιλοβάτ σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης. η πλήρης κλίμακα των υπό κατασκευή σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης είναι 55.13 εκατομμύρια κιλοβάτ. Η κλίμακα τόσο των κατασκευασμένων όσο και των υπό κατασκευή κατέχει την πρώτη θέση παγκοσμίως. Η εγκατεστημένη ισχύς ενός σταθμού αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να φτάσει χιλιάδες MW, η ετήσια παραγωγή ενέργειας μπορεί να φτάσει αρκετά δισεκατομμύρια kWh και η ταχύτητα μαύρης εκκίνησης μπορεί να είναι της τάξης των λίγων λεπτών. Επί του παρόντος, ο μεγαλύτερος σταθμός αποθήκευσης ενέργειας στην Κίνα, ο Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, έχει εγκατεστημένη ισχύ 3.6 εκατομμυρίων κιλοβάτ και ετήσια δυναμικότητα παραγωγής ενέργειας 6.6 δισεκατομμυρίων kWh (που μπορεί να απορροφήσει 8.8 δισεκατομμύρια kWh πλεονάζουσας ισχύος, με απόδοση περίπου 75%). Χρόνος έναρξης μαύρου 3-5 λεπτά. Αν και η αντλούμενη αποθήκευση θεωρείται γενικά ότι έχει τα μειονεκτήματα της περιορισμένης επιλογής τοποθεσίας, του μεγάλου κύκλου επένδυσης και της σημαντικής επένδυσης, εξακολουθεί να είναι η πιο ώριμη τεχνολογία, η ασφαλέστερη λειτουργία και το χαμηλότερο κόστος αποθήκευσης ενέργειας. Η Εθνική Διοίκηση Ενέργειας κυκλοφόρησε το Μεσοπρόθεσμο και Μακροπρόθεσμο Σχέδιο Ανάπτυξης Αντληιακής Αποθήκευσης (2021-2035).

Μέχρι το 2025, η συνολική κλίμακα παραγωγής αντλιοθηκών θα είναι πάνω από 62 εκατομμύρια κιλοβάτ. Μέχρι το 2030, η πλήρης κλίμακα παραγωγής θα είναι περίπου 120 εκατομμύρια κιλοβάτ. έως το 2035, θα δημιουργηθεί μια σύγχρονη βιομηχανία αντληθέντων αποθηκευτικών χώρων που ανταποκρίνεται στις ανάγκες υψηλής αναλογίας και μεγάλης κλίμακας ανάπτυξης νέας ενέργειας.

Hebei Fengning Pumped Storage Power Station - Lower Reservoir

Αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα:

Όταν το ηλεκτρικό φορτίο είναι χαμηλό, ο αέρας συμπιέζεται και αποθηκεύεται από ηλεκτρισμό (συνήθως συγκρατείται σε υπόγειες αλυκές, φυσικές σπηλιές κ.λπ.). Όταν η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας κορυφώνεται, ο αέρας υψηλής πίεσης απελευθερώνεται για να οδηγήσει τη γεννήτρια να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα

Η αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα θεωρείται γενικά η δεύτερη πιο κατάλληλη τεχνολογία για αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας GW μετά την αποθήκευση με αντλία. Ωστόσο, περιορίζεται από τις πιο αυστηρές συνθήκες επιλογής τοποθεσίας, το υψηλό κόστος επένδυσης και την αποδοτικότητα αποθήκευσης ενέργειας από την αποθήκευση με αντλία. Χαμηλό, η εμπορική πρόοδος της αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα είναι αργή. Μέχρι τον Σεπτέμβριο του τρέχοντος έτους (2021), το πρώτο μεγάλης κλίμακας έργο αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα της χώρας μου - Εθνικό Έργο Επίδειξης Δοκιμών Αποθήκευσης Συμπιεσμένου Αέρα του Jiangsu Jintan Salt Cave Compresed Air Energy Storage, μόλις συνδέθηκε στο δίκτυο. Η εγκατεστημένη ισχύς της πρώτης φάσης του έργου είναι 60MW και η απόδοση μετατροπής ισχύος είναι περίπου 60%. η μακροπρόθεσμη κλίμακα κατασκευής του έργου θα φτάσει τα 1000MW. Τον Οκτώβριο του 2021, το πρώτο προηγμένο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα ισχύος 10 MW που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από τη χώρα μου συνδέθηκε στο δίκτυο στο Bijie, Guizhou. Μπορεί να πει κανείς ότι ο εμπορικός δρόμος της συμπαγούς αποθήκευσης εναέριας ενέργειας μόλις ξεκίνησε, αλλά το μέλλον είναι πολλά υποσχόμενο.

Έργο αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα Jintan.

Αποθήκευση ενέργειας λιωμένου αλατιού:

Η αποθήκευση ενέργειας λιωμένου αλατιού, γενικά σε συνδυασμό με την παραγωγή ηλιακής θερμικής ενέργειας, συγκεντρώνει το ηλιακό φως και αποθηκεύει θερμότητα στο λιωμένο αλάτι. Κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η θερμότητα του τετηγμένου αλατιού χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τα περισσότερα από αυτά παράγουν ατμό για την κίνηση μιας γεννήτριας στροβίλου.

αποθήκευση θερμότητας λιωμένου αλατιού

Φώναζαν Hi-Tech Dunhuang 100MW λιωμένο αλάτι στον ηλιακό θερμοηλεκτρικό σταθμό στον μεγαλύτερο ηλιακό θερμοηλεκτρικό σταθμό της Κίνας. Ξεκίνησε η κατασκευή του έργου Delingha CSP ισχύος 135 MW με μεγαλύτερη εγκατεστημένη ισχύ. Ο χρόνος αποθήκευσης ενέργειας του μπορεί να φτάσει τις 11 ώρες. Η συνολική επένδυση του έργου είναι 3.126 δισεκατομμύρια γιουάν. Σχεδιάζεται να συνδεθεί επίσημα με το δίκτυο πριν από τις 30 Σεπτεμβρίου 2022 και μπορεί να παράγει περίπου 435 εκατομμύρια kWh ηλεκτρικής ενέργειας κάθε χρόνο.

Σταθμός CSP Dunhuang

Οι τεχνολογίες αποθήκευσης φυσικής ενέργειας περιλαμβάνουν αποθήκευση ενέργειας σφονδύλου, αποθήκευση ενέργειας ψυχρής αποθήκευσης κ.λπ.

2. Αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας:

Υπερπυκνωτής: Περιορίζεται από τη χαμηλή ενεργειακή του πυκνότητα (ανατρέξτε παρακάτω) και τη σοβαρή αυτοεκφόρτιση, προς το παρόν χρησιμοποιείται μόνο σε ένα μικρό εύρος ανάκτησης ενέργειας οχήματος, στιγμιαίο ξύρισμα κορυφής και πλήρωση κοιλάδων. Τυπικές εφαρμογές είναι το Shanghai Yangshan Deepwater Port, όπου 23 γερανοί επηρεάζουν σημαντικά το ηλεκτρικό δίκτυο. Για να μειωθεί ο αντίκτυπος των γερανών στο ηλεκτρικό δίκτυο, είναι εγκατεστημένο ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας υπερπυκνωτών 3MW/17.2KWh ως εφεδρική πηγή, το οποίο μπορεί να παρέχει συνεχώς τροφοδοσία ηλεκτρικής ενέργειας 20s.

Υπεραγώγιμη αποθήκευση ενέργειας: παραλείπεται

3. Ηλεκτροχημική αποθήκευση ενέργειας:

Αυτό το άρθρο ταξινομεί την εμπορική αποθήκευση ηλεκτροχημικής ενέργειας στις ακόλουθες κατηγορίες:

Μπαταρίες μολύβδου-οξέος, μολύβδου-άνθρακα

μπαταρία ροής

Μπαταρίες ιόντων μετάλλου, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών ιόντων λιθίου, των μπαταριών ιόντων νατρίου κ.λπ.

Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες μετάλλου-θείου/οξυγόνου/αέρα

άλλα

Μπαταρίες μολύβδου και μολύβδου-άνθρακα: Ως ώριμη τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος χρησιμοποιούνται ευρέως σε εκκίνηση αυτοκινήτων, εφεδρική τροφοδοσία για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής επικοινωνίας κ.λπ. Μετά το αρνητικό ηλεκτρόδιο Pb της μπαταρίας μολύβδου-οξέος είναι ντοπαρισμένο με υλικά άνθρακα, η μπαταρία μολύβδου-άνθρακα μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά το πρόβλημα της υπερβολικής εκφόρτισης. Σύμφωνα με την ετήσια έκθεση της Tianneng για το 2020, το έργο αποθήκευσης ενέργειας μολύβδου-άνθρακα 12MW/48MWh State Grid Zhicheng (Υποσταθμός Jinling) που ολοκληρώθηκε από την εταιρεία είναι ο πρώτος υπερμεγάλος σταθμός παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης μολύβδου άνθρακα στην επαρχία Zhejiang και ακόμη και σε ολόκληρη τη χώρα.

Μπαταρία ροής: Η μπαταρία ροής αποτελείται συνήθως από υγρό που αποθηκεύεται σε δοχείο που ρέει μέσα από τα ηλεκτρόδια. Η φόρτιση και η εκφόρτιση ολοκληρώνονται μέσω της μεμβράνης ανταλλαγής ιόντων. ανατρέξτε στο παρακάτω σχήμα.

Σχηματικό σχέδιο μπαταρίας ροής

Στην κατεύθυνση της πιο αντιπροσωπευτικής μπαταρίας ροής βαναδίου, το έργο Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, που ολοκληρώθηκε από το Dalian Institute of Chemical Physics και το Dalian Rongke Energy Storage, ήταν το πιο εκτεταμένο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών ροής βαναδίου. κόσμος εκείνη την εποχή, το οποίο βρίσκεται υπό κατασκευή.

Μπαταρία ιόντων μετάλλου: η ταχύτερα αναπτυσσόμενη και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία αποθήκευσης ηλεκτροχημικής ενέργειας. Μεταξύ αυτών, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται συνήθως στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, στις μπαταρίες ισχύος και σε άλλους τομείς, και οι εφαρμογές τους στην αποθήκευση ενέργειας αυξάνονται επίσης. Συμπεριλαμβανομένων των προηγούμενων έργων της Huawei υπό κατασκευή που χρησιμοποιούν αποθήκευση ενέργειας μπαταρίας ιόντων λιθίου, το μεγαλύτερο έργο αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών ιόντων λιθίου που έχει κατασκευαστεί μέχρι στιγμής είναι ο σταθμός αποθήκευσης ενέργειας Moss Landing που αποτελείται από Φάση I 300MW/1200MWh και Φάση ΙΙ 100MW/400MWh. σύνολο 400MW/1600MWh.

Μπαταρία ιόντων λιθίου

Λόγω του περιορισμού της ικανότητας παραγωγής λιθίου και του κόστους, η αντικατάσταση των ιόντων νατρίου με σχετικά χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα, αλλά τα άφθονα αποθέματα αναμένεται να μειώσουν την τιμή, έχει γίνει μια πορεία ανάπτυξης για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η αρχή και τα κύρια υλικά του είναι παρόμοια με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, αλλά δεν έχει ακόμη βιομηχανοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα. , το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών ιόντων νατρίου που τέθηκε σε λειτουργία σε υπάρχουσες αναφορές έχει δει μόνο κλίμακα 1 MWh.

Οι μπαταρίες ιόντων αλουμινίου έχουν τα χαρακτηριστικά της υψηλής θεωρητικής χωρητικότητας και των άφθονων αποθεμάτων. Είναι επίσης μια ερευνητική κατεύθυνση για την αντικατάσταση των μπαταριών ιόντων λιθίου, αλλά δεν υπάρχει σαφής οδός εμπορευματοποίησης. Μια ινδική εταιρεία που έγινε δημοφιλής πρόσφατα ανακοίνωσε ότι θα εμπορευματοποιήσει την παραγωγή μπαταριών ιόντων αλουμινίου τον επόμενο χρόνο και θα κατασκευάσει μονάδα αποθήκευσης ενέργειας 10 MW. Ας περιμένουμε να δούμε.

περίμενε και θα δεις

Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες μετάλλου-θείου/οξυγόνου/αέρα: συμπεριλαμβανομένων μπαταριών λιθίου-θείου, λιθίου-οξυγόνου/αέρα, νατρίου-θείου, επαναφορτιζόμενες μπαταρίες αλουμινίου-αέρα κ.λπ., με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις μπαταρίες ιόντων. Ο σημερινός εκπρόσωπος της εμπορευματοποίησης είναι οι μπαταρίες νατρίου-θείου. Η NGK είναι σήμερα ο κορυφαίος προμηθευτής συστημάτων μπαταριών νατρίου-θείου. Η τεράστια κλίμακα που έχει τεθεί σε λειτουργία είναι ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών θείου νατρίου 108MW/648MWh στα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα.

4. Αποθήκευση χημικής ενέργειας: Πριν από δεκαετίες, ο Schrödinger έγραψε ότι η ζωή εξαρτάται από την απόκτηση αρνητικής εντροπίας. Αλλά αν δεν βασίζεστε στην εξωτερική ενέργεια, η εντροπία θα αυξηθεί, οπότε η ζωή πρέπει να πάρει την ισχύ. Η ζωή βρίσκει το δρόμο της και για να αποθηκεύσουν ενέργεια, τα φυτά μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χημική ενέργεια στην οργανική ύλη μέσω της φωτοσύνθεσης. Η αποθήκευση χημικής ενέργειας ήταν μια φυσική επιλογή από την αρχή. Η αποθήκευση χημικής ενέργειας ήταν μια ισχυρή μέθοδος αποθήκευσης ενέργειας για τα ανθρώπινα όντα, δεδομένου ότι έκανε τα βολτ σε ηλεκτρικές στοίβες. Ωστόσο, η εμπορική αξιοποίηση της μεγάλης κλίμακας αποθήκευσης ενέργειας μόλις ξεκίνησε.

Αποθήκευση υδρογόνου, μεθανόλη κ.λπ.: Η ενέργεια του υδρογόνου έχει τα εξαιρετικά πλεονεκτήματα της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, της καθαριότητας και της προστασίας του περιβάλλοντος και θεωρείται ευρέως ως ιδανική πηγή ενέργειας στο μέλλον. Η διαδρομή παραγωγής υδρογόνου→αποθήκευση υδρογόνου→κυψέλη καυσίμου είναι ήδη καθ’ οδόν. Επί του παρόντος, περισσότεροι από 100 σταθμοί ανεφοδιασμού με υδρογόνο έχουν κατασκευαστεί στη χώρα μου, κατατάσσονται μεταξύ των κορυφαίων στον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του μεγαλύτερου σταθμού ανεφοδιασμού υδρογόνου στον κόσμο στο Πεκίνο. Ωστόσο, λόγω των περιορισμών της τεχνολογίας αποθήκευσης υδρογόνου και του κινδύνου έκρηξης υδρογόνου, η έμμεση αποθήκευση υδρογόνου που αντιπροσωπεύεται από μεθανόλη μπορεί επίσης να είναι μια ουσιαστική οδός για μελλοντική ενέργεια, όπως η τεχνολογία "υγρού ηλιακού φωτός" της ομάδας του Li Can στο Ινστιτούτο Dalian Χημείας, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών.

Πρωτεύουσες μπαταρίες μετάλλου-αέρα: αντιπροσωπεύονται από μπαταρίες αλουμινίου-αέρα με υψηλή θεωρητική ενεργειακή πυκνότητα, αλλά υπάρχει μικρή πρόοδος στην εμπορευματοποίηση. Η Phinergy, μια αντιπροσωπευτική εταιρεία που αναφέρεται σε πολλές αναφορές, χρησιμοποιούσε μπαταρίες αλουμινίου-αέρα για τα οχήματά της. Χίλια μίλια, η κορυφαία λύση στην αποθήκευση ενέργειας είναι οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα.