Kaubandusliku energia salvestamise ülevaade

Taastuvenergia on süsinikuneutraalsuse pikaajalise plaani oluline osa. Vaatamata juhitavale tuumasünteesile, kosmose kaevandamisele ja hüdroenergia ressursside ulatuslikule küpsele arendamisele, millel pole lühiajaliselt kaubanduslikku teed, on tuuleenergia ja päikeseenergia praegu kõige lootustandvamad taastuvad energiaallikad. Siiski piiravad neid tuule- ja valgusressursid. Energia salvestamine on tulevase energiakasutuse oluline osa. See artikkel ja järgnevad artiklid hõlmavad suuremahulisi kaubanduslikke energiasalvestustehnoloogiaid, keskendudes peamiselt rakendusjuhtumitele.

Viimastel aastatel on energiasalvestussüsteemide kiire ehitamine muutnud mõned varasemad andmed enam abiks, näiteks "suruõhuenergia salvestamine on 440 MW installeeritud koguvõimsusega teisel kohal ja naatriumväävelakud koguvõimsuse skaalal kolmandal kohal. 440 MW. 316MW" jne. Lisaks on valdav uudis, et Huawei on allkirjastanud maailma "suurima" energiasalvestusprojekti, mille võimsus on 1300 MWh. 1300MWh ei ole aga olemasolevatel andmetel globaalselt kõige olulisem energiasalvestusprojekt. Keskne suurim energiasalvesti projekt kuulub pumpsalvestile. Füüsiliste energiasalvestustehnoloogiate nagu soolaenergia salvestamise puhul ei ole elektrokeemilise energiasalvestuse puhul 1300MWh kõige olulisem projekt (see võib olla ka statistilise kaliibri küsimus). Moss Landing Energy Storage Centeri praegune võimsus on jõudnud 1600MWh-ni (sh teises etapis 1200MWh, teises etapis 400MWh). Sellegipoolest on Huawei sisenemine energiasalvestite tööstust laval esile tõstnud.

Praegu saab turustatud ja potentsiaalseid energiasalvestustehnoloogiaid liigitada mehaaniliseks energia salvestamiseks, soojusenergia salvestamiseks, elektrienergia salvestamiseks, keemilise energia salvestamiseks ja elektrokeemiliseks energia salvestamiseks. Füüsika ja keemia on sisuliselt samad, seega liigitagem need esialgu eelkäijate mõtteviisi järgi.

1. Mehaaniline energiasalvesti / soojussalvesti ja külmhoone

Pumbaga salvestusruum:

Seal on kaks ülemist ja alumist reservuaari, mis pumbavad vett ülemisse reservuaari energia salvestamise ajal ja tühjendavad vett alumisse reservuaari energia tootmise ajal. Tehnoloogia on küps. 2020. aasta lõpuks oli ülemaailmne pumpakumulatsioonivõimsuse installeeritud võimsus 159 miljonit kilovatti, mis moodustab 94% kogu energiasalvestusvõimsusest. Praegu on minu riik kasutusele võtnud kokku 32.49 miljonit kilovatti pumbaelektrijaamu; ehitatavate pumpelektrijaamade täismaht on 55.13 miljonit kilovatti. Nii ehitatud kui ka ehitusjärgus on maailmas esikohal. Salvestuselektrijaama installeeritud võimsus võib ulatuda tuhandete MW-ni, aastane elektritoodang võib ulatuda mitme miljardi kWh-ni ja mustkäivituskiirus võib olla mõne minuti suurusjärgus. Praegu on Hiinas töötava suurima energiasalvestise elektrijaama Hebei Fengningi pumbajaam installeeritud võimsusega 3.6 miljonit kilovatti ja aastane elektritootmisvõimsus 6.6 miljardit kWh (mis suudab absorbeerida 8.8 miljardit kWh üleliigset võimsust, efektiivsusega umbes 75%). Must algusaeg 3-5 minutit. Kuigi üldiselt peetakse pumpsalvestise puuduseks piiratud kohavalikut, pikka investeerimistsüklit ja märkimisväärseid investeeringuid, on see siiski kõige küpsem tehnoloogia, ohutum töö ja madalaima hinnaga energiasalvestusvahend. Riigi Energiaamet on avaldanud pumpsalvestite keskmise ja pikaajalise arengukava (2021-2035).

Aastaks 2025 on pumpsalvestite tootmismaht kokku üle 62 miljoni kilovati; aastaks 2030 on täielik tootmismaht umbes 120 miljonit kilovatti; aastaks 2035 kujuneb välja kaasaegne pumpakumulatsioonitööstus, mis vastab suure osakaalu ja uue energia suuremahulise arendamise vajadustele.

Hebei Fengningi pumbajaam – alumine reservuaar

Suruõhu energia salvestamine:

Kui elektrikoormus on väike, surutakse õhku kokku ja salvestatakse elektriga (tavaliselt hoitakse maa-alustes soolakoobastes, looduslikes koobastes jne). Kui elektritarbimine on haripunktis, eraldub kõrgsurveõhk, mis paneb generaatori elektrit tootma.

suruõhu energia salvestamine

Suruõhuenergia salvestamist peetakse üldiselt teiseks sobivaimaks tehnoloogiaks GW-mahus suuremahulise energia salvestamise jaoks pärast pumpsalvestamist. Siiski piiravad seda rangemad kohavaliku tingimused, kõrged investeeringukulud ja energia salvestamise tõhusus kui pumpsalvestis. Madal, suruõhuenergia salvestamise kaubanduslik areng on aeglane. Kuni selle aasta septembrini (2021) on minu riigi esimene suuremahuline suruõhuenergia salvestamise projekt – Jiangsu Jintani soolakoopa suruõhuenergia salvestamise riiklik katsedemonstratsiooniprojekt – just võrku ühendatud. Projekti esimese etapi installeeritud võimsus on 60MW ja võimsuse muundamise efektiivsus ca 60%; projekti pikaajaline ehitusmastaap ulatub 1000MW-ni. 2021. aasta oktoobris ühendati Guizhou osariigis Bijie võrguga esimene 10 MW täiustatud suruõhuenergia salvestamise süsteem, mille minu riik iseseisvalt välja töötas. Võib öelda, et kompaktse õhuenergia salvestamise kommertstee on alles alanud, kuid tulevik on paljutõotav.

Jintani suruõhuenergia salvestamise projekt.

Sulasoola energia salvestamine:

Sulasoola energia salvestamine, mida tavaliselt kombineeritakse päikese soojusenergia tootmisega, kontsentreerib päikesevalgust ja salvestab soojust sulasoolas. Elektri tootmisel kasutatakse sulasoola soojust elektri tootmiseks ja enamik neist toodab auru, et juhtida turbiingeneraatorit.

sulasoola soojuse salvestamine

Nad karjusid Hi-Tech Dunhuang 100MW sulasoola torn päikesesoojuselektrijaam Hiina suurimas päikesesoojuselektrijaamas. Ehitusega on alustatud suurema installeeritud võimsusega Delingha 135 MW CSP projekti. Selle energia salvestamise aeg võib ulatuda 11 tunnini. Projekti koguinvesteering on 3.126 miljardit jüaani. Ametlikult plaanitakse see võrguga ühendada enne 30. septembrit 2022 ning see suudab igal aastal toota umbes 435 miljonit kWh elektrit.

Dunhuangi CSP jaam

Füüsikaliste energiasalvestustehnoloogiate hulka kuuluvad hooratta energiasalvestus, külmhoone energiasalvesti jne.

2. Elektrienergia salvestamine:

Superkondensaator: piiratud oma madala energiatiheduse (vt allpool) ja tugeva isetühjenemise tõttu, kasutatakse seda praegu vaid väikesel hulgal sõidukite energia taaskasutamiseks, hetkeliseks raseerimiseks ja oru täitmiseks. Tüüpilised rakendused on Shanghai Yangshani süvaveesadam, kus 23 kraanat mõjutavad oluliselt elektrivõrku. Kraanade mõju vähendamiseks elektrivõrgule on varuallikaks paigaldatud 3MW/17.2KWh superkondensaatori energiasalvesti, mis suudab pidevalt pakkuda 20s elektrivarustust.

Ülijuhtiva energia salvestamine: välja jäetud

3. Elektrokeemiline energia salvestamine:

See artikkel liigitab kaubanduslikud elektrokeemilised energiasalvestused järgmistesse kategooriatesse:

Plii-happe-, plii-süsinik-akud

voolu aku

Metallioonakud, sealhulgas liitiumioonakud, naatriumioonakud jne.

Taaslaetavad metall-väävel-/hapnik-/õhkpatareid

muu

Plii-happe- ja plii-süsinikpatareid: küpse energiasalvestustehnoloogiana kasutatakse pliiakusid laialdaselt autode käivitamisel, side tugijaamade elektrijaamade varutoiteallikana jne. Pärast pliiaku negatiivset Pb-elektroodi on süsinikmaterjalidega legeeritud, võib plii-süsinik aku tõhusalt parandada ülelaadimise probleemi. Tiannengi 2020. aasta aruande kohaselt on ettevõtte poolt lõpule viidud State Grid Zhicheng (Jinlingi alajaam) 12MW/48MWh plii-süsinikenergia salvestamise projekt esimene ülisuur plii-süsinikenergia salvestamise elektrijaam Zhejiangi provintsis ja isegi kogu riigis.

Voolupatarei: Voolupatarei koosneb tavaliselt vedelikust, mida hoitakse anumas, mis voolab läbi elektroodide. Laadimine ja tühjendamine viiakse lõpule läbi ioonivahetusmembraani; vaadake allolevat joonist.

Voolu aku skeem

Esinduslikuma täisvanaadiumivooluaku suunas oli Daliani Keemilise Füüsika Instituudi ja Dalian Rongke Energiasalvesti poolt lõpule viidud projekt Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, kõige ulatuslikum täisvanaadiumivooluaku energiasalvestussüsteem maailmas. toonane maailm, mis on hetkel ehitusjärgus Suuremahuline täisvanaadiumi redoksvoolu aku energiasalvestisüsteem ulatub 200MW/800MWh.

Metalliioonaku: kõige kiiremini kasvav ja enim kasutatav elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia. Nende hulgas kasutatakse liitiumioonakusid laialdaselt olmeelektroonikas, toitepatareides ja muudes valdkondades ning ka nende kasutusalad energia salvestamisel kasvavad. Kaasa arvatud varasemad ehitusjärgus olevad Huawei projektid, mis kasutavad liitiumioonaku energiasalvestust, on suurim seni ehitatud liitiumioonaku energiasalvesti projekt Moss Landing, mis koosneb I faasist 300MW/1200MWh ja II faasist 100MW/400MWh. kokku 400MW/1600MWh.

Liitium-ioon aku

Liitiumi tootmisvõimsuse ja maksumuse piiratuse tõttu on liitiumioonakude arenguteeks kujunenud suhteliselt madala energiatihedusega, kuid ohtrate varudega naatriumioonide asendamine eeldatavasti hinda. Selle põhimõte ja põhimaterjalid on sarnased liitium-ioonakudele, kuid seda pole veel suures mahus industrialiseeritud. , on olemasolevate aruannete kohaselt kasutusele võetud naatriumioonaku energiasalvestussüsteem näinud ainult 1 MWh.

Alumiinium-ioonakudel on kõrge teoreetiline mahutavus ja külluslikud reservid. See on ka liitium-ioonakude väljavahetamise uurimissuund, kuid selget kommertsialiseerimise teed pole. Hiljuti populaarseks saanud India ettevõte teatas, et kommertsialiseerib järgmisel aastal alumiiniumioonakude tootmise ja ehitab 10MW energiasalvesti. Ootame ja vaatame.

oota ja vaata

Taaslaetavad metall-väävel/hapnik/õhk akud: sealhulgas liitium-väävel, liitium-hapnik/õhk, naatriumväävel, laetavad alumiinium-õhk akud jne, suurema energiatihedusega kui ioonakud. Kommertsialiseerimise praegune esindaja on naatriumväävelakud. NGK on praegu naatrium-väävelakusüsteemide juhtiv tarnija. Tohutu mastaap, mis on kasutusele võetud, on 108MW/648MWh naatrium-väävelaku energiasalvestussüsteem Araabia Ühendemiraatides.

4. Keemiline energia salvestamine: Schrödinger kirjutas aastakümneid tagasi, et elu sõltub negatiivse entroopia omandamisest. Aga kui te ei toetu välisele energiale, siis entroopia suureneb, nii et elu peab võimust võtma. Elu leiab oma tee ja energia salvestamiseks muudavad taimed fotosünteesi teel päikeseenergia orgaanilises aines keemiliseks energiaks. Keemiline energia salvestamine on algusest peale olnud loomulik valik. Keemiline energia salvestamine on olnud inimeste jaoks jõuline energia salvestamise meetod alates sellest, kui see muutis voltidest elektrikorstnad. Siiski on suuremahuliste energiasalvestite kaubanduslik kasutamine alles alanud.

Vesiniku salvestamine, metanool jne: Vesinikuenergial on silmapaistvad eelised kõrge energiatihedus, puhtus ja keskkonnakaitse ning seda peetakse laialdaselt ideaalseks energiaallikaks tulevikus. Vesiniku tootmise → vesiniku ladustamise → kütuseelement on juba teel. Praegu on minu riigis ehitatud üle 100 vesiniku tankla, mis on maailma tippude hulgas, sealhulgas maailma suurim vesiniku tankla Pekingis. Kuid vesiniku salvestamise tehnoloogia piirangute ja vesiniku plahvatuse ohu tõttu võib metanooliga esindatud kaudne vesiniku salvestamine olla ka tulevikuenergia jaoks oluline tee, näiteks Li Cani Daliani Instituudi meeskonna "vedela päikesevalguse" tehnoloogia. keemiateaduskond, Hiina Teaduste Akadeemia.

Metall-õhk primaarpatareid: esindatud kõrge teoreetilise energiatihedusega alumiinium-õhk akud, kuid kommertsialiseerimisel on vähe edusamme. Paljudes aruannetes mainitud esindusettevõte Phinergy kasutas oma sõidukites alumiinium-õhkakusid. Tuhat miili, juhtiv lahendus energia salvestamisel on laetavad tsink-õhk akud.