Komerciālās enerģijas uzglabāšanas pārskats

Atjaunojamā enerģija ir būtiska oglekļa neitralitātes ilgtermiņa plāna sastāvdaļa. Neatkarīgi no kontrolējamās kodolsintēzes, kosmosa ieguves un liela mēroga nobriedušu hidroenerģijas resursu attīstības, kam īstermiņā nav komerciāla ceļa, vēja enerģija un saules enerģija pašlaik ir visdaudzsološākie atjaunojamie enerģijas avoti. Tomēr tos ierobežo vēja un gaismas resursi. Enerģijas uzglabāšana būs būtiska turpmākās enerģijas izmantošanas sastāvdaļa. Šajā rakstā un turpmākajos rakstos tiks iekļautas liela mēroga komerciālas enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas, galvenokārt koncentrējoties uz īstenošanas gadījumiem.

Pēdējos gados straujās enerģijas uzglabāšanas sistēmu būvniecības dēļ daži pagātnes dati vairs nav noderīgi, piemēram, "saspiesta gaisa enerģijas uzglabāšana ierindojas otrajā vietā ar kopējo uzstādīto jaudu 440 MW un nātrija-sēra akumulatori ierindojās trešajā vietā ar kopējās jaudas skalu 440 MW. 316MW" utt. Turklāt ziņas, ka Huawei ir parakstījis pasaulē "lielāko" enerģijas uzglabāšanas projektu ar 1300MWh, ir nepārspējami. Taču, pēc esošajiem datiem, 1300MWh nav nozīmīgākais enerģijas uzkrāšanas projekts pasaulē. Centrālais lielākais enerģijas uzkrāšanas projekts pieder sūkņu uzglabāšanai. Fiziskām enerģijas uzkrāšanas tehnoloģijām, piemēram, sāls enerģijas uzglabāšanai, elektroķīmiskās enerģijas uzkrāšanas gadījumā 1300MWh nav nozīmīgākais projekts (tas var būt arī statistiskā kalibra jautājums). Moss Landing Energy Storage Center pašreizējā jauda ir sasniegusi 1600MWh (t.sk. 1200MWh otrajā posmā, 400MWh otrajā fāzē). Tomēr Huawei ienākšana ir uzsvērusi enerģijas uzglabāšanas nozari uz skatuves.

Pašlaik komercializētās un potenciālās enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas var iedalīt mehāniskās enerģijas uzglabāšanā, siltumenerģijas uzglabāšanā, elektroenerģijas uzglabāšanā, ķīmiskās enerģijas uzglabāšanā un elektroķīmiskajā enerģijas uzglabāšanā. Fizika un ķīmija būtībā ir viens un tas pats, tāpēc pagaidām klasificēsim tās pēc mūsu priekšgājēju domāšanas.

1. Mehāniskās enerģijas uzglabāšana / termiskā uzglabāšana un saldētava

Sūknētā uzglabāšana:

Ir divi augšējie un apakšējie rezervuāri, kas sūknē ūdeni uz augšējo rezervuāru enerģijas uzkrāšanas laikā un novada ūdeni uz apakšējo rezervuāru elektroenerģijas ražošanas laikā. Tehnoloģija ir nobriedusi. Līdz 2020. gada beigām pasaulē uzstādītā sūknēšanas jaudas jauda bija 159 miljoni kilovatu, kas veido 94% no kopējās enerģijas uzglabāšanas jaudas. Šobrīd mana valsts ir nodevusi ekspluatācijā kopumā 32.49 miljonus kilovatu pārsūknēšanas spēkstaciju; būvniecības stadijā esošo sūkņu uzglabāšanas elektrostaciju pilnais apjoms ir 55.13 miljoni kilovatu. Gan uzcelto, gan būvniecības stadijā esošo mērogā ieņem pirmo vietu pasaulē. Enerģijas uzkrāšanas elektrostacijas uzstādītā jauda var sasniegt tūkstošiem MW, gadā saražotā elektroenerģijas apjoms var sasniegt vairākus miljardus kWh, un melnā starta ātrums var būt apmēram dažas minūtes. Pašlaik Ķīnā lielākās enerģijas uzglabāšanas spēkstacijas, Hebei Fengning sūkņu akumulācijas spēkstacijas, uzstādītā jauda ir 3.6 miljoni kilovatu un ikgadējā elektroenerģijas ražošanas jauda ir 6.6 miljardi kWh (kas var absorbēt 8.8 miljardus kWh liekās jaudas, ar efektivitāti aptuveni 75%). Melnā sākuma laiks 3-5 minūtes. Lai gan parasti tiek uzskatīts, ka sūkņu krātuves trūkumi ir ierobežota vietas izvēle, ilgs investīciju cikls un ievērojamas investīcijas, tā joprojām ir visnobriedušākā tehnoloģija, drošākā darbība un zemākās izmaksas enerģijas uzglabāšanas līdzeklis. Nacionālā enerģētikas pārvalde ir izdevusi Vidēja un ilgtermiņa attīstības plānu sūkņu uzglabāšanai (2021-2035).

Līdz 2025. gadam sūkņu uzglabāšanas kopējais ražošanas apjoms būs vairāk nekā 62 miljoni kilovatu; līdz 2030. gadam pilns ražošanas apjoms būs aptuveni 120 miljoni kilovatu; līdz 2035. gadam tiks izveidota moderna sūkņu uzglabāšanas nozare, kas atbilst jaunas enerģētikas augstas proporcijas un vērienīgas attīstības vajadzībām.

Hebei Fengning sūkņu uzglabāšanas spēkstacija — apakšējais rezervuārs

Saspiesta gaisa enerģijas uzglabāšana:

Kad elektrības slodze ir zema, gaiss tiek saspiests un uzkrāts ar elektrību (parasti tiek turēts pazemes sāls alās, dabiskās alās utt.). Kad elektroenerģijas patēriņš sasniedz maksimumu, augstspiediena gaiss tiek atbrīvots, lai virzītu ģeneratoru elektroenerģijas ražošanai.

saspiesta gaisa enerģijas uzglabāšana

Saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšana parasti tiek uzskatīta par otro piemērotāko tehnoloģiju GW mēroga liela mēroga enerģijas uzglabāšanai pēc sūknēšanas. Tomēr to ierobežo stingrāki vietas izvēles nosacījumi, augstās investīciju izmaksas un enerģijas uzglabāšanas efektivitāte nekā sūkņu uzglabāšana. Zems, saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšanas komerciālais progress ir lēns. Līdz šī gada (2021. gada) septembrim manā valstī pirmais liela mēroga saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšanas projekts - Jiangsu Jintan sāls alas saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšanas valsts pārbaudes demonstrācijas projekts ir tikko pievienots tīklam. Projekta pirmās kārtas uzstādītā jauda ir 60MW, un jaudas pārveidošanas efektivitāte ir aptuveni 60%; projekta ilgtermiņa būvniecības apjoms sasniegs 1000MW. 2021. gada oktobrī pirmā 10 MW uzlabotā saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšanas sistēma, ko neatkarīgi izstrādāja mana valsts, tika savienota ar tīklu Bijie, Guizhou. Var teikt, ka kompaktās gaisa enerģijas uzkrāšanas komerciālais ceļš ir tikai sācies, taču nākotne ir daudzsološa.

Jintan saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšanas projekts.

Izkausētā sāls enerģijas uzglabāšana:

Izkausētā sāls enerģijas uzkrāšana, kas parasti tiek apvienota ar saules siltumenerģijas ražošanu, koncentrē saules gaismu un uzglabā siltumu izkausētā sālī. Ražojot elektroenerģiju, elektrības ražošanai tiek izmantots izkausēta sāls siltums, un lielākā daļa no tiem ģenerē tvaiku, lai darbinātu turbīnas ģeneratoru.

izkausētā sāls siltuma uzglabāšana

Viņi kliedza Hi-Tech Dunhuang 100MW izkausēta sāls torņa saules termoelektrostacija Ķīnas lielākajā saules termoelektrostacijā. Delinghas 135 MW CSP projekts ar lielāku uzstādīto jaudu ir sācis celtniecību. Tā enerģijas uzglabāšanas laiks var sasniegt 11 stundas. Projekta kopējās investīcijas ir 3.126 miljardi juaņu. Oficiāli to plānots pieslēgt elektrotīklam līdz 30. gada 2022. septembrim, un tas katru gadu var saražot aptuveni 435 miljonus kWh elektroenerģijas.

Dunhuang CSP stacija

Fizikālās enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas ietver spararata enerģijas uzglabāšanu, aukstuma enerģijas uzkrāšanu utt.

2. Elektroenerģijas uzglabāšana:

Superkondensators: to ierobežo tā zemais enerģijas blīvums (skatiet tālāk) un spēcīga pašizlāde, tāpēc to pašlaik izmanto tikai nelielam transportlīdzekļa enerģijas atgūšanas diapazonam, momentānai skūšanai un ielejas piepildīšanai. Tipiski lietojumi ir Šanhajas Janšaņas dziļūdens osta, kur 23 celtņi būtiski ietekmē elektrotīklu. Lai samazinātu celtņu ietekmi uz elektrotīklu, kā rezerves avots ir uzstādīta 3MW/17.2KWh superkondensatora enerģijas uzkrāšanas sistēma, kas var nepārtraukti nodrošināt 20s elektroenerģijas piegādi.

Supravadošas enerģijas uzglabāšana: izlaists

3. Elektroķīmiskā enerģijas uzglabāšana:

Šajā rakstā komerciālā elektroķīmiskā enerģijas uzglabāšana ir klasificēta šādās kategorijās:

Svina-skābes, svina-oglekļa akumulatori

plūsmas akumulators

Metāla jonu akumulatori, tostarp litija jonu akumulatori, nātrija jonu akumulatori utt.

Uzlādējamas metāla-sēra/skābekļa/gaisa baterijas

cits

Svina-skābes un svina-oglekļa akumulatori: kā nobriedusi enerģijas uzglabāšanas tehnoloģija, svina-skābes akumulatorus plaši izmanto automašīnu palaišanā, sakaru bāzes staciju spēkstaciju rezerves barošanas avotos utt. Pēc svina-skābes akumulatora Pb negatīvā elektroda ir leģēts ar oglekļa materiāliem, svina-oglekļa akumulators var efektīvi novērst pārmērīgas izlādes problēmu. Saskaņā ar Tianneng 2020. gada pārskatu, valsts tīkla Zhicheng (Jinling apakšstacija) 12MW/48MWh svina-oglekļa enerģijas uzglabāšanas projekts, ko uzņēmums ir pabeidzis, ir pirmā īpaši lielā svina-oglekļa enerģijas uzglabāšanas spēkstacija Džedzjanas provincē un pat visā valstī.

Plūsmas akumulators: plūsmas akumulators parasti sastāv no šķidruma, kas tiek uzglabāts traukā, kas plūst caur elektrodiem. Uzlāde un izlāde tiek pabeigta caur jonu apmaiņas membrānu; skatiet attēlu zemāk.

Akumulatora plūsmas shēma

Reprezentatīvāka pilna vanādija plūsmas akumulatora virzienā Guodian Longyuan, 5MW/10MWh projekts, ko pabeidza Dalaņas Ķīmiskās fizikas institūts un Dalian Rongke Energy Storage, bija visplašākā pilna vanādija plūsmas akumulatora enerģijas uzglabāšanas sistēma pasaulē. toreizējā pasaule, kas šobrīd tiek būvēta Lielāka mēroga pilna vanādija redoksplūsmas akumulatora enerģijas uzglabāšanas sistēma sasniedz 200MW/800MWh.

Metāla jonu akumulators: visstraujāk augošā un visplašāk izmantotā elektroķīmiskās enerģijas uzkrāšanas tehnoloģija. Tostarp litija jonu baterijas parasti izmanto plaša patēriņa elektronikā, barošanas akumulatoros un citās jomās, un to pielietojums enerģijas uzglabāšanā arī pieaug. Ieskaitot iepriekšējos būvniecības stadijā esošos Huawei projektus, kuros izmanto litija jonu akumulatoru enerģijas uzkrāšanu, lielākais līdz šim uzbūvētais litija jonu akumulatoru enerģijas uzglabāšanas projekts ir Moss Landing enerģijas uzglabāšanas stacija, kas sastāv no I fāzes 300MW/1200MWh un II fāzes 100MW/400MWh. kopā 400MW/1600MWh.

Litija jonu akumulators

Litija ražošanas jaudas un izmaksu ierobežojuma dēļ nātrija jonu aizstāšana ar relatīvi zemu enerģijas blīvumu, bet bagātīgām rezervēm ir sagaidāms, ka tas samazinās cenu, ir kļuvusi par litija jonu akumulatoru attīstības ceļu. Tās darbības princips un primārie materiāli ir līdzīgi litija jonu akumulatoriem, taču tas vēl nav plašā mērogā industrializēts. , nātrija jonu akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēma, kas nodota ekspluatācijā esošajos ziņojumos, ir redzējusi tikai 1 MWh mērogu.

Alumīnija jonu akumulatoriem ir augsta teorētiskā kapacitāte un bagātīgas rezerves. Tas ir arī pētniecības virziens litija jonu akumulatoru nomaiņai, taču nav skaidra komercializācijas ceļa. Kāds Indijas uzņēmums, kas nesen kļuvis populārs, paziņoja, ka nākamgad komercializēs alumīnija jonu akumulatoru ražošanu un uzbūvēs 10MW enerģijas uzglabāšanas bloku. Pagaidīsim un redzēsim.

gaidi un redzēsi

Uzlādējamas metāla-sēra/skābekļa/gaisa baterijas: ieskaitot litija-sēra, litija-skābekļa/gaisa, nātrija sēra, atkārtoti uzlādējamas alumīnija-gaisa baterijas utt., ar lielāku enerģijas blīvumu nekā jonu akumulatoriem. Pašreizējais komercializācijas pārstāvis ir nātrija-sēra akumulatori. NGK pašlaik ir vadošais nātrija sēra akumulatoru sistēmu piegādātājs. Milzīgā mērogā, kas ir nodots ekspluatācijā, ir 108MW/648MWh nātrija sēra akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēma Apvienotajos Arābu Emirātos.

4. Ķīmiskās enerģijas uzglabāšana: Pirms vairākiem gadu desmitiem Šrēdingers rakstīja, ka dzīvība ir atkarīga no negatīvas entropijas iegūšanas. Bet, ja jūs nepaļaujaties uz ārējo enerģiju, palielināsies entropija, tāpēc dzīvībai ir jāpieņem spēks. Dzīve atrod savu ceļu, un, lai uzglabātu enerģiju, augi fotosintēzes ceļā pārvērš saules enerģiju ķīmiskajā enerģijā organiskajās vielās. Ķīmiskās enerģijas uzglabāšana jau no paša sākuma ir bijusi dabiska izvēle. Ķīmiskā enerģijas uzglabāšana ir bijusi spēcīga enerģijas uzkrāšanas metode cilvēkiem, kopš tā no voltiem pārveidoja elektriskos skursteņus. Tomēr liela mēroga enerģijas uzglabāšanas komerciāla izmantošana ir tikko sākusies.

Ūdeņraža uzglabāšana, metanols utt.: Ūdeņraža enerģijai ir izcilas priekšrocības, piemēram, augsts enerģijas blīvums, tīrība un vides aizsardzība, un tā tiek plaši uzskatīta par ideālu enerģijas avotu nākotnē. Ūdeņraža ražošanas → ūdeņraža uzglabāšanas → kurināmā elementa ceļš jau ir ceļā. Šobrīd manā valstī ir uzbūvētas vairāk nekā 100 ūdeņraža uzpildes stacijas, kas ir viena no labākajām pasaulē, tostarp pasaulē lielākā ūdeņraža uzpildes stacija Pekinā. Tomēr, ņemot vērā ūdeņraža uzglabāšanas tehnoloģijas ierobežojumus un ūdeņraža sprādziena risku, netiešā ūdeņraža uzglabāšana, ko pārstāv metanols, var būt arī būtisks ceļš nākotnes enerģijai, piemēram, Li Can komandas Daliānas institūta "šķidro saules staru" tehnoloģija. Ķīmijas fakultāte, Ķīnas Zinātņu akadēmija.

Metāla-gaisa primārās baterijas: pārstāvētas ar alumīnija-gaisa akumulatoriem ar augstu teorētisko enerģijas blīvumu, taču ir neliels progress komercializēšanā. Daudzos ziņojumos minētais reprezentatīvais uzņēmums Phinergy saviem transportlīdzekļiem izmantoja alumīnija-gaisa akumulatorus. Tūkstoš jūdžu, vadošais risinājums enerģijas uzglabāšanai ir atkārtoti uzlādējamas cinka-gaisa baterijas.