Pregled komercialnega skladiščenja energije

Obnovljivi viri energije so bistveni del dolgoročnega načrta za nevtralnost ogljika. Ne glede na nadzorovano jedrsko fuzijo, vesoljsko rudarjenje in obsežni zrel razvoj hidroenergetskih virov, ki kratkoročno nimajo komercialne poti, sta vetrna in sončna energija trenutno najbolj obetavna obnovljiva vira energije. Kljub temu so omejeni z viri vetra in svetlobe. Shranjevanje energije bo bistveni del prihodnje rabe energije. Ta članek in naslednji članki bodo vključevali obsežne komercialne tehnologije za shranjevanje energije, ki se osredotočajo predvsem na primere izvajanja.

V zadnjih letih zaradi hitre gradnje sistemov za shranjevanje energije nekateri pretekli podatki niso več koristni, na primer "skladiščenje energije stisnjenega zraka je na drugem mestu s skupno instalirano zmogljivostjo 440 MW, natrijeve žveplove baterije pa na tretjem mestu s skupno zmogljivostjo 440 MW. 316 MW" itd. Poleg tega je novica, da je Huawei podpisal "največji" projekt za shranjevanje energije na svetu s 1300 MWh, izjemna. Vendar po obstoječih podatkih 1300 MWh ni najpomembnejši projekt za shranjevanje energije na svetu. Osrednji največji projekt shranjevanja energije pripada črpalnemu skladišču. Za tehnologije shranjevanja fizične energije, kot je shranjevanje energije soli, v primeru elektrokemičnega shranjevanja energije 1300 MWh ni najpomembnejši projekt (lahko je tudi stvar statističnega kalibra). Trenutna zmogljivost Moss Landing Energy Storage Center je dosegla 1600 MWh (vključno s 1200 MWh v drugi fazi, 400 MWh v drugi fazi). Kljub temu je Huaweijev nastop na odru izpostavil industrijo shranjevanja energije.

Trenutno komercializirane in potencialne tehnologije za shranjevanje energije lahko razvrstimo v mehansko shranjevanje energije, shranjevanje toplotne energije, shranjevanje električne energije, shranjevanje kemične energije in shranjevanje elektrokemične energije. Fizika in kemija sta v bistvu enaki, zato ju zaenkrat razvrstimo glede na razmišljanje naših predhodnikov.

1. Mehansko shranjevanje energije / shranjevanje toplote in hladilno shranjevanje

Črpalno skladišče:

Obstajata dva zgornji in spodnji rezervoar, ki črpata vodo v zgornji rezervoar med shranjevanjem energije in odvajata vodo v spodnji rezervoar med proizvodnjo električne energije. Tehnologija je zrela. Do konca leta 2020 je svetovna inštalirana zmogljivost črpalnih skladiščnih zmogljivosti znašala 159 milijonov kilovatov, kar predstavlja 94 % celotne zmogljivosti za shranjevanje energije. Trenutno je moja država dala v obratovanje skupno 32.49 milijona kilovatov črpalnih elektrarn; celoten obseg črpalnih akumulacijskih elektrarn v gradnji je 55.13 milijona kilovatov. Po obsegu tako zgrajenih kot v gradnji je na prvem mestu na svetu. Instalirana zmogljivost elektrarne za shranjevanje energije lahko doseže tisoče MW, letna proizvodnja električne energije lahko doseže nekaj milijard kWh, črna zagonska hitrost pa je lahko približno nekaj minut. Trenutno največja elektrarna za shranjevanje energije, ki deluje na Kitajskem, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, ima nameščeno zmogljivost 3.6 milijona kilovatov in letno zmogljivost proizvodnje električne energije 6.6 milijarde kWh (ki lahko absorbira 8.8 milijarde kWh presežne energije, z izkoristkom približno 75 %). Črni začetek 3-5 minut. Čeprav se na splošno šteje, da ima črpalno shranjevanje pomanjkljivosti omejene izbire lokacije, dolgega naložbenega cikla in znatne naložbe, je še vedno najbolj zrela tehnologija, najvarnejše delovanje in najcenejše sredstvo za shranjevanje energije. Nacionalna uprava za energijo je objavila srednjeročni in dolgoročni načrt razvoja črpalnih skladišč (2021-2035).

Do leta 2025 bo skupni obseg proizvodnje črpalnih skladišč več kot 62 milijonov kilovatov; do leta 2030 bo celoten obseg proizvodnje približno 120 milijonov kilovatov; do leta 2035 se bo oblikovala sodobna industrija črpalnih skladišč, ki bo zadostila potrebam visokega in obsežnega razvoja nove energije.

Črpalna elektrarna Hebei Fengning - spodnji rezervoar

Shranjevanje energije stisnjenega zraka:

Ko je električna obremenitev nizka, se zrak stisne in shrani z elektriko (običajno se hrani v podzemnih solnih jamah, naravnih jamah itd.). Ko poraba električne energije doseže vrh, se visokotlačni zrak sprosti, da poganja generator za proizvodnjo električne energije.

shranjevanje energije stisnjenega zraka

Shranjevanje energije stisnjenega zraka na splošno velja za drugo najprimernejšo tehnologijo za shranjevanje energije velikega obsega GW po črpalnem skladiščenju. Kljub temu je omejen zaradi strožjih pogojev izbire lokacije, visokih naložbenih stroškov in učinkovitosti shranjevanja energije kot črpalno skladiščenje. Nizko je komercialni napredek shranjevanja energije stisnjenega zraka počasen. Do septembra letos (2021) je bil prvi obsežni projekt shranjevanja energije stisnjenega zraka v moji državi – nacionalni testni demonstracijski projekt za shranjevanje energije s stisnjenim zrakom v slani jami Jiangsu Jintan, pravkar priključen na omrežje. Instalirana moč prve faze projekta je 60 MW, izkoristek pretvorbe energije pa je približno 60 %; obseg dolgoročne gradnje projekta bo dosegel 1000 MW. Oktobra 2021 je bil prvi 10 MW napredni sistem za shranjevanje energije stisnjenega zraka, ki ga je neodvisno razvila moja država, priključen na omrežje v Bijieju v Guizhouu. Lahko rečemo, da se je komercialna cesta kompaktnega skladiščenja zračne energije šele začela, a prihodnost je obetavna.

Projekt za shranjevanje energije na stisnjen zrak Jintan.

Shranjevanje energije staljene soli:

Shranjevanje energije staljene soli, običajno v kombinaciji s proizvodnjo sončne toplotne energije, koncentrira sončno svetlobo in shranjuje toploto v staljeni soli. Pri pridobivanju električne energije se toplota staljene soli uporablja za proizvodnjo električne energije, večina pa proizvaja paro za pogon turbinskega generatorja.

shranjevanje toplote staljene soli

Vpili so sončna termoelektrarna Hi-Tech Dunhuang 100 MW stolp iz staljene soli v največji sončni termoelektrarni na Kitajskem. Projekt Delingha 135 MW CSP z večjo instalirano zmogljivostjo se je začel graditi. Njegov čas shranjevanja energije lahko doseže 11 ur. Celotna naložba v projekt je 3.126 milijarde juanov. Uradno naj bi bila priključena na omrežje pred 30. septembrom 2022, letno pa lahko proizvede okoli 435 milijonov kWh električne energije.

Postaja Dunhuang CSP

Tehnologije za shranjevanje fizične energije vključujejo shranjevanje energije na vztrajniku, shranjevanje energije v hladilnem sistemu itd.

2. Shranjevanje električne energije:

Superkondenzator: omejen z nizko energijsko gostoto (glejte spodaj) in močnim samopraznjenjem, se trenutno uporablja le v majhnem obsegu rekuperacije energije vozila, trenutnega britja vrhov in polnjenja doline. Tipične aplikacije so globokovodno pristanišče Shanghai Yangshan, kjer 23 žerjavov močno vpliva na električno omrežje. Za zmanjšanje vpliva žerjavov na električno omrežje je kot rezervni vir nameščen superkondenzatorski sistem za shranjevanje energije 3MW/17.2KWh, ki lahko neprekinjeno zagotavlja 20s oskrbo z električno energijo.

Superprevodno shranjevanje energije: izpuščeno

3. Elektrokemično shranjevanje energije:

Ta članek razvršča komercialno shranjevanje elektrokemične energije v naslednje kategorije:

Svinčeno-kislinske, svinčeno-ogljikove baterije

pretočna baterija

Kovinsko-ionske baterije, vključno z litij-ionskimi baterijami, natrij-ionskimi baterijami itd.

Baterije za polnjenje kovinsko-žveplove/kisik/zračne baterije

druga

Svinčeve in svinčeno-ogljikove baterije: Kot zrela tehnologija za shranjevanje energije se svinčeve baterije pogosto uporabljajo pri zagonih avtomobilov, rezervnem napajanju za komunikacijske bazne postaje itd. Po Pb negativni elektrodi svinčeve baterije je dopirana z ogljikovimi materiali, lahko svinčeno-ogljična baterija učinkovito izboljša problem prekomernega praznjenja. Glede na letno poročilo podjetja Tianneng za leto 2020 je projekt državnega omrežja Zhicheng (postaja Jinling) 12MW/48MWh za shranjevanje energije iz svinca, ki ga je zaključilo podjetje, prva super velika elektrarna za shranjevanje energije iz svinca in ogljika v provinci Zhejiang in celo v celotni državi.

Pretočna baterija: Pretočna baterija je običajno sestavljena iz tekočine, shranjene v posodi, ki teče skozi elektrode. Polnjenje in praznjenje se zaključita skozi membrano za ionsko izmenjavo; glejte spodnjo sliko.

Shema pretočne baterije

V smeri bolj reprezentativne pretočne baterije s pretokom vanadija je bil projekt Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, ki sta ga dokončala Dalian Institute of Chemical Physics in Dalian Rongke Energy Storage, najobsežnejši sistem za shranjevanje energije popolnoma vanadijevih baterij v svetu v tistem času, ki je trenutno v izgradnji. Večji sistem za shranjevanje energije s pretočnim pretokom vanadijevega redoks baterije doseže 200 MW/800 MWh.

Kovinsko-ionska baterija: najhitreje rastoča in najbolj razširjena elektrokemična tehnologija za shranjevanje energije. Med njimi se litij-ionske baterije pogosto uporabljajo v potrošniški elektroniki, napajalnih baterijah in drugih področjih, vse več pa je tudi njihova uporaba pri shranjevanju energije. Vključno s prejšnjimi projekti Huawei v gradnji, ki uporabljajo shranjevanje energije litij-ionskih baterij, je največji projekt za shranjevanje energije litij-ionskih baterij, zgrajen do zdaj, postaja za shranjevanje energije Moss Landing, sestavljena iz faze I 300MW/1200MWh in faze II 100MW/400MWh, a skupaj 400MW/1600MWh.

Litij-ionska baterija

Zaradi omejene proizvodne zmogljivosti in stroškov litija je zamenjava natrijevih ionov z relativno nizko gostoto energije, vendar se pričakuje, da bodo znižale ceno, postala razvojna pot za litij-ionske baterije. Njegovo načelo in primarni materiali so podobni litij-ionskim baterijam, vendar še ni bil industrializiran v velikem obsegu. , sistem za shranjevanje energije natrijevih ionskih baterij, ki je bil zagnan v obstoječih poročilih, je imel le 1 MWh.

Aluminij-ionske baterije imajo značilnosti visoke teoretične zmogljivosti in obilne rezerve. To je tudi raziskovalna smer za zamenjavo litij-ionskih baterij, vendar ni jasne poti komercializacije. Indijsko podjetje, ki je postalo priljubljeno pred kratkim, je napovedalo, da bo prihodnje leto komercializiralo proizvodnjo aluminijevih ionskih baterij in zgradilo 10MW enoto za shranjevanje energije. Počakajmo in bomo videli.

počakaj in boš videl

Baterije za ponovno polnjenje kovinsko-žveplov/kisik/zrak: vključno z litij-žveplomi, litij-kiskovimi/zrak, natrijevo-žveplomi, polnilnimi aluminij-zračnimi baterijami itd., z večjo energijsko gostoto kot ionske baterije. Trenutni predstavnik komercializacije so natrijeve žveplove baterije. NGK je trenutno vodilni dobavitelj sistemov natrijevih žveplovih baterij. Ogromen obseg, ki je bil zagnan, je sistem za shranjevanje energije natrijevih žveplovih baterij z zmogljivostjo 108 MW/648 MWh v Združenih arabskih emiratih.

4. Kemično shranjevanje energije: Pred desetletji je Schrödinger zapisal, da je življenje odvisno od pridobivanja negativne entropije. Toda če se ne zanašate na zunanjo energijo, se bo entropija povečala, zato mora življenje prevzeti moč. Življenje najde svojo pot in za shranjevanje energije rastline s fotosintezo pretvarjajo sončno energijo v kemično energijo organske snovi. Kemično shranjevanje energije je že od samega začetka naravna izbira. Kemično shranjevanje energije je bila robustna metoda shranjevanja energije za človeška bitja, odkar je volte pretvorila v električne sklade. Kljub temu se je komercialna uporaba velikega skladišča energije šele začela.

Skladiščenje vodika, metanola itd.: Vodikova energija ima izjemne prednosti, kot so visoka energijska gostota, čistoča in varstvo okolja, ter se v prihodnosti šteje za idealen vir energije. Pot proizvodnje vodika→skladiščenje vodika→gorivne celice je že na poti. Trenutno je bilo v moji državi zgrajenih več kot 100 postaj za oskrbo z vodikom, ki se uvrščajo v sam vrh na svetu, vključno z največjo postajo za oskrbo z vodikom v Pekingu. Vendar pa je zaradi omejitev tehnologije shranjevanja vodika in nevarnosti eksplozije vodika posredno shranjevanje vodika, ki ga predstavlja metanol, lahko tudi bistvena pot za prihodnjo energijo, kot je tehnologija "tekoče sončne svetlobe" Li Canove ekipe na inštitutu Dalian. kemije, Kitajska akademija znanosti.

Primarne kovinsko-zračne baterije: predstavljajo jih aluminij-zračne baterije z visoko teoretično energijsko gostoto, vendar je pri komercializaciji le malo napredka. Phinergy, zastopniško podjetje, omenjeno v številnih poročilih, je za svoja vozila uporabljalo aluminij-zračne baterije. Tisoč milj, vodilna rešitev za shranjevanje energije so cink-zračne baterije za ponovno polnjenje.