Prezentare generală a stocării de energie comercială

Energia regenerabilă este o parte esențială a planului pe termen lung pentru neutralitatea carbonului. Indiferent de fuziunea nucleară controlabilă, minerit spațial și dezvoltarea matură la scară largă a resurselor hidroenergetice care nu au o rută comercială pe termen scurt, energia eoliană și energia solară sunt în prezent cele mai promițătoare surse de energie regenerabilă. Cu toate acestea, ele sunt limitate de vânt și resurse luminoase. Stocarea energiei va fi o parte esențială a utilizării viitoare a energiei. Acest articol și articolele ulterioare vor include tehnologii comerciale de stocare a energiei la scară largă, concentrându-se în principal pe cazuri de implementare.

În ultimii ani, construcția rapidă a sistemelor de stocare a energiei a făcut ca unele date din trecut să nu mai fie utile, cum ar fi „stocarea de energie cu aer comprimat pe locul al doilea, cu o capacitate totală instalată de 440 MW, iar bateriile cu sodiu-sulf pe locul trei, cu o scară de capacitate totală. de 440 MW. 316MW" etc. În plus, vestea că Huawei a semnat cel mai mare proiect de stocare a energiei din lume cu 1300MWh este copleșitoare. Cu toate acestea, conform datelor existente, 1300 MWh nu este cel mai important proiect de stocare a energiei la nivel global. Cel mai mare proiect central de stocare a energiei aparține stocării prin pompare. Pentru tehnologiile fizice de stocare a energiei precum stocarea energiei sărate, în cazul stocării energiei electrochimice, 1300MWh nu este cel mai important proiect (poate fi și o chestiune de calibru statistic). Capacitatea actuală a Centrului de stocare a energiei Moss Landing a ajuns la 1600 MWh (inclusiv 1200 MWh în a doua fază, 400 MWh în a doua fază). Cu toate acestea, intrarea Huawei a evidențiat industria de stocare a energiei pe scenă.

În prezent, tehnologiile comercializate și de stocare a energiei potențiale se pot clasifica în stocarea energiei mecanice, stocarea energiei termice, stocarea energiei electrice, stocarea energiei chimice și stocarea energiei electrochimice. Fizica și chimia sunt în esență aceleași, așa că să le clasificăm în funcție de gândirea predecesorilor noștri pentru moment.

1. Stocarea mecanică a energiei / stocarea termică și depozitarea la rece

Depozitare prin pompare:

Există două rezervoare superioare și inferioare, pompând apă în rezervorul superior în timpul stocării energiei și scurgerea apei în rezervorul inferior în timpul producerii de energie. Tehnologia este matură. Până la sfârșitul anului 2020, capacitatea globală instalată a capacității de stocare prin pompare era de 159 milioane de kilowați, reprezentând 94% din capacitatea totală de stocare a energiei. În prezent, țara mea a pus în funcțiune un total de 32.49 milioane de kilowați de centrale cu acumulare prin pompare; dimensiunea totală a centralelor electrice de stocare prin pompare aflate în construcție este de 55.13 milioane de kilowați. Amploarea atât a celor construite, cât și a celor aflate în construcție ocupă primul loc în lume. Capacitatea instalată a unei centrale de stocare a energiei poate atinge mii de MW, generarea anuală de energie poate atinge câteva miliarde de kWh, iar viteza de pornire neagră poate fi de ordinul câteva minute. În prezent, cea mai mare centrală de stocare a energiei în funcțiune în China, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, are o capacitate instalată de 3.6 milioane de kilowați și o capacitate anuală de generare a energiei de 6.6 miliarde kWh (care poate absorbi 8.8 miliarde kWh de putere în exces, cu un randament de circa 75%). Timp de pornire negru 3-5 minute. Deși stocarea prin pompare este, în general, considerată a avea dezavantajele selecției limitate a site-ului, ciclului lung de investiții și investițiilor semnificative, este totuși cea mai matură tehnologie, cea mai sigură operațiune și mijlocul de stocare a energiei cu cel mai mic cost. Administrația Națională a Energiei a lansat Planul de dezvoltare pe termen mediu și lung a stocării prin pompare (2021-2035).

Până în 2025, scara totală de producție a stocării prin pompare va fi de peste 62 de milioane de kilowați; până în 2030, întreaga scară de producție va fi de aproximativ 120 de milioane de kilowați; până în 2035, se va forma o industrie modernă de stocare prin pompare care să răspundă nevoilor de dezvoltare în proporție mare și pe scară largă a energiei noi.

Centrală de stocare cu pompare Hebei Fengning - Rezervor inferior

Stocarea energiei aerului comprimat:

Când sarcina electrică este scăzută, aerul este comprimat și stocat de electricitate (de obicei ținut în peșteri de sare subterane, peșteri naturale etc.). Când consumul de energie electrică atinge vârfuri, aerul de înaltă presiune este eliberat pentru a conduce generatorul pentru a genera electricitate.

stocarea energiei aerului comprimat

Stocarea energiei cu aer comprimat este, în general, considerată a doua cea mai potrivită tehnologie pentru stocarea energiei la scară largă la scară GW, după stocarea prin pompare. Totuși, este limitat de condițiile de selecție a amplasamentului mai stricte, costurile mari de investiție și eficiența stocării energiei decât stocarea prin pompare. Scăzut, progresul comercial al stocării energiei cu aer comprimat este lent. Până în septembrie a acestui an (2021), primul proiect de stocare a energiei cu aer comprimat pe scară largă din țara mea - Proiectul național de testare pentru stocarea energiei în aer comprimat din peștera de sare Jiangsu Jintan, tocmai a fost conectat la rețea. Capacitatea instalată a primei faze a proiectului este de 60MW, iar randamentul conversiei puterii este de aproximativ 60%; scara de construcție pe termen lung a proiectului va ajunge la 1000 MW. În octombrie 2021, primul sistem avansat de stocare a energiei cu aer comprimat de 10 MW dezvoltat independent de țara mea a fost conectat la rețeaua din Bijie, Guizhou. Se poate spune că drumul comercial al stocării compacte de energie a aerului tocmai a început, dar viitorul este promițător.

Proiect de stocare a energiei cu aer comprimat Jintan.

Stocarea energiei de sare topită:

Stocarea energiei de sare topită, în general combinată cu generarea de energie termică solară, concentrează lumina soarelui și stochează căldura în sare topită. Când se generează energie electrică, căldura de sare topită este folosită pentru a genera electricitate, iar majoritatea generează abur pentru a conduce un generator cu turbină.

stocarea căldurii de sare topită

Ei au strigat Hi-Tech Dunhuang, 100 MW, turnul de sare topită centrală termică solară din cea mai mare centrală solară termică din China. Proiectul CSP Delingha de 135 MW cu o capacitate instalată mai mare a început construcția. Timpul său de stocare a energiei poate ajunge la 11 ore. Investiția totală a proiectului este de 3.126 miliarde de yuani. Este planificat să fie conectat oficial la rețea înainte de 30 septembrie 2022 și poate genera aproximativ 435 milioane kWh de energie electrică în fiecare an.

Stația CSP Dunhuang

Tehnologiile fizice de stocare a energiei includ stocarea energiei la volantă, stocarea energiei la rece etc.

2. Stocarea energiei electrice:

Supercondensator: Limitat de densitatea sa scăzută de energie (vezi mai jos) și de auto-descărcare severă, este utilizat în prezent doar într-o gamă mică de recuperare a energiei vehiculului, reducerea instantanee a vârfurilor și umplerea văii. Aplicațiile tipice sunt Shanghai Yangshan Deepwater Port, unde 23 de macarale au un impact semnificativ asupra rețelei electrice. Pentru a reduce impactul macaralelor asupra rețelei electrice, este instalat un sistem de stocare a energiei cu supercondensator de 3MW/17.2KWh ca sursă de rezervă, care poate asigura continuu o sursă de energie electrică de 20 de secunde.

Stocarea energiei supraconductoare: omis

3. Stocarea energiei electrochimice:

Acest articol clasifică stocarea comercială a energiei electrochimice în următoarele categorii:

Baterii plumb-acid, plumb-carbon

baterie de flux

Baterii cu ioni metalici, inclusiv baterii cu litiu-ion, baterii cu ioni de sodiu etc.

Baterii reîncărcabile metal-sulf/oxigen/aer

alte

Baterii plumb-acid și plumb-carbon: Ca tehnologie matură de stocare a energiei, bateriile cu plumb-acid sunt utilizate pe scară largă în pornirile de mașini, surse de alimentare de rezervă pentru centralele electrice ale stației de bază de comunicații etc. După electrodul negativ Pb al bateriei cu plumb-acid este dopată cu materiale de carbon, bateria plumb-carbon poate îmbunătăți în mod eficient problema supradescărcării. Conform raportului anual 2020 al lui Tianneng, proiectul de stocare a energiei cu plumb-carbon 12MW/48MWh finalizat de companie este prima centrală super-mare de stocare a energiei cu plumb-carbon din provincia Zhejiang și chiar din întreaga țară.

Baterie de flux: Bateria de flux constă de obicei din lichid stocat într-un recipient care curge prin electrozi. Încărcarea și descărcarea sunt finalizate prin membrana schimbătoare de ioni; consultați figura de mai jos.

Schema debitului bateriei

În direcția bateriei mai reprezentative cu flux integral de vanadiu, proiectul Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, finalizat de Institutul de Fizică Chimică Dalian și Stocarea Energiei Dalian Rongke, a fost cel mai extins sistem de stocare a energiei bateriei cu flux integral de vanadiu din lumea la acea vreme, care este în prezent în construcție. Sistemul de stocare a energiei bateriei cu flux redox de vanadiu la scară mai mare ajunge la 200MW/800MWh.

Baterie cu ioni metalici: tehnologia de stocare a energiei electrochimice cu cea mai rapidă creștere și cea mai utilizată. Printre acestea, bateriile litiu-ion sunt utilizate în mod obișnuit în electronicele de larg consum, bateriile de putere și în alte domenii, iar aplicațiile lor în stocarea energiei sunt, de asemenea, în creștere. Inclusiv proiectele Huawei anterioare aflate în construcție care utilizează acumularea de energie a bateriei litiu-ion, cel mai mare proiect de stocare a energiei bateriei litiu-ion construit până acum este stația de stocare a energiei Moss Landing, constând din Faza I 300MW/1200MWh și Faza II 100MW/400MWh, un total de 400MW/1600MWh.

Baterie litiu-ion

Datorită limitării capacității de producție a litiului și a costurilor, înlocuirea ionilor de sodiu cu o densitate de energie relativ scăzută, dar se preconizează că rezervele abundente vor reduce prețul, a devenit o cale de dezvoltare pentru bateriile litiu-ion. Principiul și materialele sale primare sunt similare cu bateriile litiu-ion, dar nu a fost încă industrializat la scară largă. , sistemul de stocare a energiei bateriei sodiu-ion pus în funcțiune în rapoartele existente a înregistrat doar o scară de 1MWh.

Bateriile aluminiu-ion au caracteristicile unei capacități teoretice ridicate și rezerve abundente. Este, de asemenea, o direcție de cercetare pentru a înlocui bateriile litiu-ion, dar nu există o cale clară de comercializare. O companie indiană care a devenit populară a anunțat recent că va comercializa producția de baterii aluminiu-ion anul viitor și va construi o unitate de stocare a energiei de 10 MW. Să așteptăm și să vedem.

așteptați și vedeți

Baterii reîncărcabile metal-sulf/oxigen/aer: inclusiv baterii litiu-sulf, litiu-oxigen/aer, sodiu-sulf, baterii reîncărcabile aluminiu-aer etc., cu densitate energetică mai mare decât bateriile ionice. Actualul reprezentant al comercializării sunt bateriile cu sodiu-sulf. NGK este în prezent principalul furnizor de sisteme de baterii sodiu-sulf. Scara enormă care a fost pusă în funcțiune este un sistem de stocare a energiei bateriei cu sodiu-sulf de 108MW/648MWh în Emiratele Arabe Unite.

4. Stocarea energiei chimice: Cu zeci de ani în urmă, Schrödinger scria că viața depinde de dobândirea entropiei negative. Dar dacă nu te bazezi pe energia externă, entropia va crește, așa că viața trebuie să preia putere. Viața își găsește drumul și, pentru a stoca energie, plantele transformă energia solară în energie chimică în materie organică prin fotosinteză. Stocarea energiei chimice a fost o alegere naturală încă de la început. Stocarea energiei chimice a fost o metodă robustă de stocare a energiei pentru ființe umane, deoarece a transformat volții în stive electrice. Cu toate acestea, utilizarea comercială a stocării de energie pe scară largă abia a început.

Stocarea de hidrogen, metanol etc.: Energia cu hidrogen are avantajele remarcabile ale densității ridicate a energiei, curățeniei și protecția mediului și este considerată pe scară largă ca o sursă de energie ideală în viitor. Calea producerii hidrogenului → stocarea hidrogenului → pilele de combustie este deja pe drum. În prezent, în țara mea au fost construite peste 100 de stații de realimentare cu hidrogen, fiind printre primele din lume, inclusiv cea mai mare stație de alimentare cu hidrogen din lume, la Beijing. Cu toate acestea, din cauza limitărilor tehnologiei de stocare a hidrogenului și a riscului unei explozii de hidrogen, stocarea indirectă a hidrogenului reprezentată de metanol poate fi, de asemenea, o cale esențială pentru energia viitoare, cum ar fi tehnologia „luminii solare lichide” a echipei lui Li Can de la Institutul Dalian. de Chimie, Academia Chineză de Științe.

Bateriile primare metal-aer: reprezentate de baterii aluminiu-aer cu densitate teoretică mare de energie, dar există puține progrese în comercializare. Phinergy, o companie reprezentativă menționată în multe rapoarte, a folosit baterii aluminiu-aer pentru vehiculele sale. La o mie de mile, soluția principală în stocarea energiei sunt bateriile reîncărcabile zinc-aer.