Преглед на търговското съхранение на енергия

Възобновяемата енергия е съществена част от дългосрочния план за въглеродна неутралност. Независимо от контролируемия ядрен синтез, космическия добив и широкомащабното развитие на хидроенергийни ресурси, които нямат търговски маршрут в краткосрочен план, вятърната енергия и слънчевата енергия в момента са най-обещаващите възобновяеми източници на енергия. Все пак те са ограничени от вятърни и светлинни ресурси. Съхранението на енергия ще бъде съществена част от бъдещото използване на енергия. Тази статия и следващите статии ще включват широкомащабни търговски технологии за съхранение на енергия, основно фокусирани върху случаите на внедряване.

През последните години бързото изграждане на системи за съхранение на енергия направи някои минали данни вече не полезни, като например „на второ място за съхранение на енергия със сгъстен въздух с общ инсталиран капацитет от 440 MW и натриево-серни батерии на трето място с общ капацитет от 440 MW. 316MW" и т.н. В допълнение, новината, че Huawei е подписала "най-големия" проект за съхранение на енергия в света с 1300MWh, е поразителна. Въпреки това, според съществуващите данни, 1300 MWh не е най-значимият проект за съхранение на енергия в световен мащаб. Централният най-голям проект за съхранение на енергия принадлежи на помпено съхранение. За технологии за съхранение на физическа енергия, като например съхранение на енергия от сол, в случай на електрохимично съхранение на енергия, 1300 MWh не е най-значимият проект (може също да е въпрос на статистически калибър). Настоящият капацитет на Moss Landing Energy Storage Center е достигнал 1600MWh (включително 1200MWh във втората фаза, 400MWh във втората фаза). И все пак навлизането на Huawei изтъкна индустрията за съхранение на енергия на сцената.

Понастоящем комерсиализираните и потенциални технологии за съхранение на енергия могат да се класифицират в механично съхранение на енергия, съхранение на топлинна енергия, съхранение на електрическа енергия, съхранение на химическа енергия и съхранение на електрохимична енергия. Физиката и химията са по същество еднакви, така че нека ги класифицираме според мисленето на нашите предшественици за момента.

1. Механично съхранение на енергия / термично съхранение и хладилно съхранение

Помпено съхранение:

Има два горен и долен резервоар, изпомпващи вода в горния резервоар по време на съхранение на енергия и източване на водата в долния резервоар по време на генериране на електроенергия. Технологията е зряла. До края на 2020 г. глобалният инсталиран капацитет на помпени акумулатори е 159 милиона киловата, което представлява 94% от общия капацитет за съхранение на енергия. В момента моята страна е пуснала в експлоатация общо 32.49 милиона киловата помпени електроцентрали; пълният мащаб на строящите се електроцентрали с помпени акумулатори е 55.13 милиона киловата. Мащабът както на изградени, така и на строящи се нареждат на първо място в света. Инсталираният капацитет на електроцентрала за съхранение на енергия може да достигне хиляди MW, годишното производство на електроенергия може да достигне няколко милиарда kWh, а скоростта на черно стартиране може да бъде от порядъка на няколко минути. Понастоящем най-голямата електроцентрала за съхранение на енергия, работеща в Китай, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, има инсталирана мощност от 3.6 милиона киловата и годишен капацитет за производство на електроенергия от 6.6 милиарда kWh (която може да абсорбира 8.8 милиарда kWh излишна мощност, с ефективност от около 75%). Черно начално време 3-5 минути. Въпреки че обикновено се счита, че помпено съхранение има недостатъците на ограничен избор на място, дълъг инвестиционен цикъл и значителни инвестиции, това все още е най-зрялата технология, най-сигурната експлоатация и най-евтиното средство за съхранение на енергия. Националната енергийна администрация публикува Средносрочен и дългосрочен план за развитие на помпено съхранение (2021-2035).

До 2025 г. общият мащаб на производството на помпено съхранение ще бъде повече от 62 милиона киловата; до 2030 г. пълният производствен мащаб ще бъде около 120 милиона киловата; до 2035 г. ще се формира модерна индустрия за помпено съхранение, която отговаря на нуждите от високопропорционално и мащабно развитие на нова енергия.

Помпена електроцентрала Хъбей Fengning - долен резервоар

Съхранение на енергия от сгъстен въздух:

Когато електрическото натоварване е ниско, въздухът се компресира и съхранява от електричество (обикновено се съхранява в подземни солни пещери, естествени пещери и др.). Когато консумацията на електроенергия достигне пик, въздухът под високо налягане се освобождава, за да задвижи генератора за генериране на електричество.

съхранение на енергия от сгъстен въздух

Съхранението на енергия със сгъстен въздух обикновено се счита за втората най-подходяща технология за съхранение на енергия в голям мащаб след помпено съхранение. Все пак той е ограничен от по-строгите си условия за избор на място, високите инвестиционни разходи и ефективността на съхранението на енергия в сравнение с помпено съхранение. Ниско, търговският напредък на съхранението на енергия със сгъстен въздух е бавен. До септември тази година (2021 г.) първият мащабен проект за съхранение на енергия със сгъстен въздух в моята страна - Националният тестов демонстрационен проект за съхранение на енергия със сгъстен въздух в солната пещера Jiangsu Jintan, току-що беше свързан към мрежата. Инсталираната мощност на първата фаза на проекта е 60MW, а ефективността на преобразуване на мощност е около 60%; мащабът на дългосрочното строителство на проекта ще достигне 1000 MW. През октомври 2021 г. първата 10 MW усъвършенствана система за съхранение на енергия със сгъстен въздух, независимо разработена от моята страна, беше свързана към мрежата в Биджи, Гуейджоу. Може да се каже, че търговският път за компактно съхранение на въздушна енергия току-що е започнал, но бъдещето е обещаващо.

Проект за съхранение на енергия от сгъстен въздух Jintan.

Съхранение на енергия от разтопена сол:

Съхранението на енергия от разтопена сол, обикновено комбинирано с генериране на слънчева топлинна енергия, концентрира слънчевата светлина и съхранява топлината в разтопена сол. При генериране на електричество топлината на разтопената сол се използва за генериране на електричество и повечето от тях генерират пара за задвижване на турбинен генератор.

съхранение на топлина от разтопена сол

Те извикаха Hi-Tech Dunhuang 100MW слънчева топлоелектрическа кула с кула от разтопена сол в най-голямата слънчева топлоелектрическа централа в Китай. Започна изграждането на проекта Delingha 135 MW CSP с по-голяма инсталирана мощност. Времето за съхранение на енергия може да достигне 11 часа. Общата инвестиция на проекта е 3.126 милиарда юана. Планира се официално да бъде свързан към мрежата преди 30 септември 2022 г. и може да генерира около 435 милиона kWh електроенергия всяка година.

Станция Dunhuang CSP

Технологиите за съхранение на физическа енергия включват съхранение на енергия с маховик, съхранение на енергия в студено съхранение и др.

2. Съхранение на електрическа енергия:

Суперкондензатор: Ограничен от ниската си енергийна плътност (вижте по-долу) и силното саморазреждане, понастоящем се използва само в малък обхват на възстановяване на енергията на превозното средство, моментално премахване на пикове и запълване на долината. Типични приложения са дълбоководното пристанище Шанхай Яншан, където 23 крана оказват значително влияние върху електрическата мрежа. За да се намали въздействието на крановете върху електрическата мрежа, суперкондензаторна система за съхранение на енергия 3MW/17.2KWh е инсталирана като резервен източник, който може непрекъснато да осигурява 20-секундно захранване с електричество.

Свръхпроводимо съхранение на енергия: пропуснато

3. Електрохимично съхранение на енергия:

Тази статия класифицира търговското електрохимично съхранение на енергия в следните категории:

Оловно-киселинни, оловно-въглеродни батерии

проточна батерия

Метално-йонни батерии, включително литиево-йонни батерии, натриево-йонни батерии и др.

Акумулаторни батерии метал-сяра/кислород/въздух

друг

Оловно-киселинни и оловно-въглеродни батерии: Като зряла технология за съхранение на енергия, оловно-киселинните батерии се използват широко при стартиране на автомобили, резервно захранване за електроцентрали за комуникационни базови станции и др. След Pb отрицателния електрод на оловно-киселинната батерия е легирана с въглеродни материали, оловно-въглеродната батерия може ефективно да подобри проблема с прекомерното разреждане. Според годишния доклад на Tianneng за 2020 г., проектът за съхранение на енергия от 12MW/48MWh за държавна мрежа Zhicheng (подстанция Jinling), завършен от компанията, е първата супер голяма електроцентрала за съхранение на оловно-въглеродна енергия в провинция Zhejiang и дори в цялата страна.

Проточна батерия: Проточната батерия обикновено се състои от течност, съхранявана в контейнер, протичаща през електродите. Зареждането и разреждането са завършени през йонообменната мембрана; вижте фигурата по-долу.

Схема на поточната батерия

В посока на по-представителната батерия с изцяло ванадиев поток, проектът Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, завършен от Далианския институт по химическа физика и Dalian Rongke Energy Storage, беше най-широката система за съхранение на енергия от изцяло ванадиеви батерии в света по това време, който в момента е в процес на изграждане. По-мащабната система за съхранение на енергия от изцяло ванадиев редокс батерии достига 200MW/800MWh.

Метално-йонна батерия: най-бързо развиващата се и най-широко използвана електрохимична технология за съхранение на енергия. Сред тях, литиево-йонните батерии обикновено се използват в потребителската електроника, енергийните батерии и други области, а приложенията им в съхранението на енергия също се увеличават. Включително предишните проекти на Huawei в процес на изграждане, които използват съхранение на енергия от литиево-йонни батерии, най-големият проект за съхранение на енергия от литиево-йонни батерии, построен досега, е станцията за съхранение на енергия Moss Landing, състояща се от Фаза I 300MW/1200MWh и Фаза II 100MW/400MWh, a общо 400MW/1600MWh.

Литиево-йонна батерия

Поради ограниченията на производствения капацитет и цената на литий, замяната на натриеви йони с относително ниска енергийна плътност, но се очаква изобилие от резерви да намали цената, се превърна в път за развитие на литиево-йонните батерии. Неговият принцип и основни материали са подобни на литиево-йонните батерии, но все още не е индустриализиран в голям мащаб. , системата за съхранение на енергия от натриево-йонни батерии, пусната в експлоатация в съществуващите доклади, има мащаб само от 1MWh.

Алуминиево-йонните батерии имат характеристиките на висок теоретичен капацитет и изобилни резерви. Това също е изследователска посока за замяна на литиево-йонни батерии, но няма ясен път за комерсиализация. Индийска компания, която стана популярна наскоро, обяви, че ще комерсиализира производството на алуминиево-йонни батерии през следващата година и ще изгради 10MW блок за съхранение на енергия. Нека да изчакаме и да видим.

изчакай и виж

Акумулаторни батерии метал-сяра/кислород/въздух: включително литиево-сярни, литиево-кислородни/въздушни, натриево-серни, акумулаторни алуминиево-въздушни батерии и др., с по-висока енергийна плътност от йонните батерии. Настоящият представител на комерсиализацията са натриево-серните батерии. В момента NGK е водещият доставчик на натриево-серни акумулаторни системи. Огромният мащаб, който беше въведен в експлоатация, е система за съхранение на енергия от натриево-серни батерии 108MW/648MWh в Обединените арабски емирства.

4. Химично съхранение на енергия: Преди десетилетия Шрьодингер пише, че животът зависи от придобиването на отрицателна ентропия. Но ако не разчитате на външна енергия, ентропията ще се увеличи, така че животът трябва да вземе сила. Животът намира своя път и за да съхраняват енергия, растенията превръщат слънчевата енергия в химическа енергия в органичната материя чрез фотосинтеза. Химичното съхранение на енергия е естествен избор от самото начало. Химичното съхранение на енергия е стабилен метод за съхранение на енергия за човешките същества, тъй като превръща волта в електрически купчини. И все пак комерсиалното използване на мащабно съхранение на енергия току-що започна.

Съхранение на водород, метанол и др.: Водородната енергия има изключителните предимства на висока енергийна плътност, чистота и опазване на околната среда и широко се счита за идеален енергиен източник в бъдеще. Пътят за производство на водород → съхранение на водород → горивна клетка вече е на път. В момента в моята страна са построени над 100 станции за зареждане с водород, които се нареждат сред най-добрите в света, включително най-голямата в света станция за зареждане с водород в Пекин. Въпреки това, поради ограниченията на технологията за съхранение на водород и риска от експлозия на водород, непрякото съхранение на водород, представено от метанол, може също да бъде основен път за бъдеща енергия, като технологията за "течна слънчева светлина" на екипа на Ли Кан в института в Далиан по химия, Китайската академия на науките.

Първични батерии метал-въздух: представени от алуминиево-въздушни батерии с висока теоретична енергийна плътност, но има малък напредък в комерсиализацията. Phinergy, представителна компания, спомената в много доклади, използва алуминиево-въздушни батерии за своите превозни средства. Хиляда мили, водещото решение в съхранението на енергия са акумулаторните цинк-въздушни батерии.