Komercinio energijos kaupimo apžvalga

Atsinaujinanti energija yra esminė ilgalaikio anglies neutralumo plano dalis. Nepaisant valdomos branduolių sintezės, kosmoso kasybos ir didelio masto brandžios hidroenergijos išteklių plėtros, kurios trumpuoju laikotarpiu neturi komercinio kelio, vėjo ir saulės energija šiuo metu yra perspektyviausi atsinaujinantys energijos šaltiniai. Visgi juos riboja vėjo ir šviesos ištekliai. Energijos kaupimas bus esminė būsimo energijos naudojimo dalis. Šiame straipsnyje ir vėlesniuose straipsniuose bus pateiktos didelio masto komercinės energijos kaupimo technologijos, daugiausia dėmesio skiriant įgyvendinimo atvejams.

Pastaraisiais metais dėl spartaus energijos kaupimo sistemų kūrimo kai kurie praeities duomenys nebepadeda, pavyzdžiui, „suslėgto oro energijos kaupimas užėmė antrąją vietą, kurio bendra instaliuota galia yra 440 MW, o natrio-sieros baterijos užėmė trečią vietą pagal bendros talpos skalę“. 440 MW. 316 MW" ir tt Be to, žinia, kad "Huawei" pasirašė "didžiausią" pasaulyje energijos kaupimo projektą su 1300 MWh, yra stulbinanti. Tačiau, turimais duomenimis, 1300MWh nėra pats reikšmingiausias energijos kaupimo projektas pasaulyje. Centrinis didžiausias energijos kaupimo projektas priklauso siurblinei. Fizinėms energijos kaupimo technologijoms, tokioms kaip druskos energijos kaupimas, elektrocheminio energijos kaupimo atveju 1300MWh nėra pats reikšmingiausias projektas (tai gali būti ir statistinio kalibro reikalas). Moss Landing Energy Storage Center dabartinė galia pasiekė 1600MWh (įskaitant 1200MWh antrajame etape, 400MWh antrajame etape). Vis dėlto „Huawei“ atėjimas išryškino energijos kaupimo pramonę.

Šiuo metu komercializuojamos ir potencialios energijos kaupimo technologijos gali būti skirstomos į mechaninę energijos kaupimą, šiluminės energijos kaupimą, elektros energijos kaupimą, cheminės energijos kaupimą ir elektrocheminį energijos kaupimą. Fizika ir chemija iš esmės yra tas pats, todėl kol kas skirstykime jas pagal savo pirmtakų mąstymą.

1. Mechaninis energijos saugojimas / terminis saugojimas ir šaldymas

Pumpinė saugykla:

Yra du viršutiniai ir apatiniai rezervuarai, kurie siurbia vandenį į viršutinį rezervuarą energijos kaupimo metu ir išleidžia vandenį į apatinį rezervuarą energijos gamybos metu. Technologija yra subrendusi. 2020 m. pabaigoje pasaulinė instaliuota hidroakumuliacinės talpos galia buvo 159 mln. kilovatų, o tai sudarė 94% visų energijos kaupimo pajėgumų. Šiuo metu mano šalyje iš viso yra pradėtos eksploatuoti 32.49 mln. kilovatų hidroakumuliacinės elektrinės; visa statomų hidroakumuliacinių elektrinių mastas – 55.13 mln. kilovatų. Tiek pastatytų, tiek statomų mastai užima pirmąją vietą pasaulyje. Energiją kaupiančios elektrinės instaliuota galia gali siekti tūkstančius MW, metinė elektros energijos gamyba gali siekti kelis milijardus kWh, o juodosios paleidimo greitis gali siekti keletą minučių. Šiuo metu didžiausios Kinijoje veikiančios energijos kaupimo elektrinės Hebei Fengning siurblinės galia yra 3.6 milijono kilovatų, o metinė elektros energijos gamybos galia – 6.6 milijardo kWh (kuri gali sugerti 8.8 milijardo kWh perteklinės galios, kurių efektyvumas yra apie 75%). Juodos pradžios laikas 3-5 minutės. Nors paprastai manoma, kad hidroakumuliacinės talpyklos trūkumai yra ribotas vietos pasirinkimas, ilgas investavimo ciklas ir didelės investicijos, tai vis dar yra brandžiausia technologija, saugiausia eksploatacija ir pigiausia energijos kaupimo priemonė. Nacionalinė energetikos administracija paskelbė Vidutinės ir ilgalaikės hidroakumuliacinės energijos plėtros planą (2021–2035 m.).

Iki 2025 m. bendras siurblinės gamybos mastas bus daugiau nei 62 mln. kilovatų; iki 2030 m. visas gamybos mastas bus apie 120 mln. kilovatų; iki 2035 m. bus suformuota moderni hidroakumuliacinė pramonė, atitinkanti didelės proporcijos ir plataus masto naujos energetikos plėtros poreikius.

Hebei Fengning hidroakumuliacinė elektrinė – apatinis rezervuaras

Suslėgto oro energijos kaupimas:

Kai elektros apkrova maža, oras suspaudžiamas ir kaupiamas elektra (dažniausiai laikomas požeminiuose druskos urvuose, natūraliuose urvuose ir pan.). Kai elektros suvartojimas didžiausias, išleidžiamas aukšto slėgio oras, kad generatorius generuotų elektros energiją.

suslėgto oro energijos kaupimas

Suslėgto oro energijos kaupimas paprastai laikomas antra tinkamiausia technologija GW masto didelio masto energijos kaupimui po siurblinės. Vis dėlto jį riboja griežtesnės vietos pasirinkimo sąlygos, didelės investicijų sąnaudos ir energijos kaupimo efektyvumas nei siurblinės. Žema, suspausto oro energijos kaupimo komercinė pažanga yra lėta. Iki šių metų rugsėjo (2021 m.) prie tinklo ką tik buvo prijungtas pirmasis mano šalyje didelio masto suslėgto oro energijos saugojimo projektas – Jiangsu Jintan druskos urvo suspausto oro energijos saugojimo nacionalinis demonstracinis projektas. Pirmojo projekto etapo instaliuota galia 60MW, o galios konvertavimo efektyvumas apie 60%; ilgalaikės projekto statybos mastas sieks 1000MW. 2021 m. spalio mėn. pirmoji 10 MW pažangi suslėgto oro energijos kaupimo sistema, kurią savarankiškai sukūrė mano šalis, buvo prijungta prie tinklo Bijie mieste Guidžou. Galima sakyti, kad komercinis kompaktiško oro energijos kaupimo kelias dar tik prasidėjo, bet ateitis yra daug žadanti.

Jintan suspausto oro energijos kaupimo projektas.

Išlydytos druskos energijos kaupimas:

Išlydytos druskos energijos kaupimas, paprastai derinamas su saulės šiluminės energijos gamyba, koncentruoja saulės šviesą ir kaupia šilumą išlydytoje druskoje. Gaminant elektrą, elektrai gaminti naudojama išlydytos druskos šiluma, o dauguma jų generuoja garą, kad varytų turbininį generatorių.

išlydytos druskos šilumos kaupimas

Jie šaukė Hi-Tech Dunhuang 100MW išlydytos druskos bokšto saulės šiluminė elektrinė didžiausioje Kinijos saulės šiluminėje elektrinėje. Pradėtas statyti didesnės instaliuotos galios Delingha 135 MW CSP projektas. Jo energijos saugojimo laikas gali siekti 11 valandų. Bendra projekto investicija siekia 3.126 mlrd. juanių. Jį oficialiai planuojama prijungti prie tinklų iki 30 metų rugsėjo 2022 dienos ir kasmet gali pagaminti apie 435 mln. kWh elektros energijos.

Dunhuang CSP stotis

Fizinės energijos kaupimo technologijos apima energijos kaupimą smagračiu, energijos kaupimą šaltyje ir kt.

2. Elektros energijos kaupimas:

Superkondensatorius: Apribotas dėl mažo energijos tankio (žr. toliau) ir didelio savaiminio išsikrovimo, šiuo metu jis naudojamas tik nedideliam transporto priemonių energijos atgavimo diapazonui, momentiniam skutimuisi ir slėnio užpildymui. Tipiškas pritaikymas yra Šanchajaus Yangshan giluminis uostas, kuriame 23 kranai daro didelę įtaką elektros tinklui. Siekiant sumažinti kranų poveikį elektros tinklui, kaip atsarginis šaltinis yra sumontuota 3MW/17.2KWh superkondensatorinė energijos kaupimo sistema, kuri gali nepertraukiamai tiekti 20s elektros energiją.

Superlaidus energijos kaupimas: praleistas

3. Elektrocheminis energijos kaupimas:

Šiame straipsnyje komercinis elektrocheminis energijos kaupimas klasifikuojamas į šias kategorijas:

Švino-rūgšties, švino-anglies akumuliatoriai

srauto baterija

Metalo jonų akumuliatoriai, įskaitant ličio jonų baterijas, natrio jonų baterijas ir kt.

Įkraunamos metalo-sieros/deguonies/oro baterijos

kitas

Švino-rūgšties ir švino-anglies akumuliatoriai: kaip brandi energijos kaupimo technologija, švino-rūgšties akumuliatoriai plačiai naudojami paleidžiant automobilius, tiekiant ryšio bazinių stočių elektrinių atsarginį maitinimą ir kt. Po neigiamo švino-rūgšties akumuliatoriaus elektrodo Pb. yra legiruotas anglies medžiagomis, švino-anglies akumuliatorius gali veiksmingai išspręsti per didelio iškrovimo problemą. Remiantis „Tianneng“ 2020 m. metine ataskaita, „State Grid Zhicheng“ (Jinling pastotė) 12MW/48MWh švino ir anglies energijos kaupimo projektas, kurį įgyvendino bendrovė, yra pirmoji itin didelė švino ir anglies energijos kaupimo jėgainė Džedziango provincijoje ir net visoje šalyje.

Srauto akumuliatorius: srauto akumuliatorius paprastai susideda iš skysčio, laikomo inde, tekančio per elektrodus. Įkrovimas ir iškrovimas užbaigiami per jonų mainų membraną; žr. toliau pateiktą paveikslėlį.

Akumuliatoriaus srauto schema

Reprezentatyvesnės viso vanadžio srauto baterijos kryptimi Guodian Longyuan, 5MW/10MWh projektas, kurį užbaigė Daliano Cheminės fizikos institutas ir Dalian Rongke Energy Storage, buvo plačiausia viso vanadžio srauto baterijos energijos kaupimo sistema pasaulyje. tuo metu pasaulyje, kuris šiuo metu yra statomas Didesnės apimties viso vanadžio redokso srauto akumuliatoriaus energijos kaupimo sistema siekia 200MW/800MWh.

Metalo jonų akumuliatorius: greičiausiai auganti ir plačiausiai naudojama elektrocheminė energijos kaupimo technologija. Tarp jų ličio jonų baterijos dažniausiai naudojamos buitinės elektronikos, maitinimo baterijose ir kitose srityse, taip pat didėja jų pritaikymas energijos kaupimui. Įskaitant ankstesnius statomus „Huawei“ projektus, kuriuose naudojamas ličio jonų akumuliatoriaus energijos kaupimas, didžiausias iki šiol pastatytas ličio jonų akumuliatoriaus energijos kaupimo projektas yra „Moss Landing“ energijos kaupimo stotis, kurią sudaro I fazės 300MW/1200MWh ir II fazės 100MW/400MWh. viso 400MW/1600MWh.

Ličio jonų akumuliatorius

Dėl ribotų ličio gamybos pajėgumų ir sąnaudų natrio jonų pakeitimas santykinai mažo energijos tankio, bet gausių atsargų kiekiu, turėtų sumažinti kainą, tapo ličio jonų baterijų plėtros keliu. Jo veikimo principas ir pagrindinės medžiagos yra panašios į ličio jonų baterijas, tačiau ji dar nebuvo plačiai išplėtota pramonėje. , natrio jonų akumuliatoriaus energijos kaupimo sistema, pradėta eksploatuoti esamose ataskaitose, matė tik 1 MWh mastą.

Aliuminio jonų akumuliatoriai pasižymi didelės teorinės talpos ir gausių atsargų savybėmis. Tai taip pat yra ličio jonų baterijų keitimo tyrimų kryptis, tačiau nėra aiškaus komercializavimo kelio. Neseniai išpopuliarėjusi Indijos įmonė paskelbė, kad kitais metais komercializuosis aliuminio jonų baterijų gamybą ir pastatys 10MW energijos kaupiklį. Palaukim ir pamatysim.

palauk ir pamatysi

Įkraunamos metalo sieros/deguonies/oro baterijos: įskaitant ličio sieros, ličio deguonies/oro, natrio sieros, įkraunamas aliuminio-oro baterijas ir kt., kurių energijos tankis didesnis nei jonų baterijos. Dabartinis komercializavimo atstovas yra natrio-sieros akumuliatoriai. NGK šiuo metu yra pirmaujanti natrio ir sieros akumuliatorių sistemų tiekėja. Didžiulis mastas, pradėtas eksploatuoti, yra 108MW/648MWh natrio-sieros akumuliatoriaus energijos kaupimo sistema Jungtiniuose Arabų Emyratuose.

4. Cheminis energijos kaupimas: prieš kelis dešimtmečius Schrödingeris rašė, kad gyvybė priklauso nuo neigiamos entropijos įgijimo. Bet jei nepasikliausite išorine energija, entropija padidės, todėl gyvybė turi įgauti galią. Gyvybė randa savo kelią, o energijai kaupti augalai fotosintezės būdu saulės energiją paverčia chemine energija organinėse medžiagose. Cheminis energijos saugojimas buvo natūralus pasirinkimas nuo pat pradžių. Cheminis energijos kaupimas buvo patikimas energijos kaupimo būdas žmonėms nuo tada, kai buvo paverstas voltais į elektros kaminus. Vis dėlto didelio masto energijos kaupimo komercinis panaudojimas dar tik prasidėjo.

Vandenilio saugojimas, metanolis ir kt.: Vandenilio energija turi išskirtinius privalumus – didelį energijos tankį, švarą ir aplinkos apsaugą, todėl ji yra plačiai vertinama kaip idealus energijos šaltinis ateityje. Vandenilio gamybos→vandenilio saugojimas→kuro elementas kelias jau vyksta. Šiuo metu mano šalyje yra pastatyta daugiau nei 100 vandenilio degalinių, kurie yra tarp geriausių pasaulyje, įskaitant didžiausią pasaulyje vandenilio degalų stotį Pekine. Tačiau dėl vandenilio saugojimo technologijos apribojimų ir vandenilio sprogimo rizikos netiesioginis vandenilio saugojimas, kurį sudaro metanolis, taip pat gali būti esminis ateities energijos kelias, pavyzdžiui, Li Can komandos Daliano institute „skystos saulės šviesos“ technologija. Chemijos mokslų daktaras, Kinijos mokslų akademija.

Pirminės metalo-oro baterijos: atstovauja aliuminio-oro akumuliatoriai, turintys didelį teorinį energijos tankį, tačiau komercializavimo pažanga nedidelė. Daugelyje ataskaitų minima reprezentacinė bendrovė „Phinergy“ naudojo aliuminio-oro baterijas savo transporto priemonėms. Tūkstantis mylių, pirmaujantis energijos kaupimo sprendimas yra įkraunamos cinko-oro baterijos.