Tổng quan về lưu trữ năng lượng thương mại
By hoppt
Năng lượng tái tạo là một phần thiết yếu của kế hoạch dài hạn về tính trung hòa carbon. Bất kể phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát, khai thác không gian và phát triển quy mô lớn các nguồn thủy điện không có tuyến thương mại trong ngắn hạn, năng lượng gió và năng lượng mặt trời hiện là những nguồn năng lượng tái tạo hứa hẹn nhất. Tuy nhiên, chúng bị giới hạn bởi gió và tài nguyên ánh sáng. Tích trữ năng lượng sẽ là một phần thiết yếu của việc sử dụng năng lượng trong tương lai. Bài báo này và các bài viết tiếp theo sẽ bao gồm các công nghệ lưu trữ năng lượng thương mại quy mô lớn, chủ yếu tập trung vào các trường hợp triển khai.
Trong những năm gần đây, việc xây dựng nhanh chóng các hệ thống lưu trữ năng lượng đã khiến một số dữ liệu trong quá khứ không còn hữu ích, chẳng hạn như "kho năng lượng khí nén đứng thứ hai với tổng công suất lắp đặt là 440MW, và pin natri-lưu huỳnh xếp thứ ba, với tổng công suất 440 MW. 316MW "v.v ... Ngoài ra, thông tin Huawei đã ký kết dự án lưu trữ năng lượng" lớn nhất thế giới "với 1300MWh đang khiến mọi người choáng ngợp. Tuy nhiên, theo dữ liệu hiện có, 1300MWh không phải là dự án lưu trữ năng lượng quan trọng nhất trên toàn cầu. Dự án lưu trữ năng lượng lớn nhất trung tâm thuộc về dự trữ bơm. Đối với các công nghệ lưu trữ năng lượng vật lý như lưu trữ năng lượng muối, trong trường hợp lưu trữ năng lượng điện hóa, 1300MWh không phải là dự án quan trọng nhất (nó cũng có thể là một vấn đề về tầm cỡ thống kê). Công suất hiện tại của Trung tâm lưu trữ năng lượng Moss Landing đã đạt 1600MWh (bao gồm 1200MWh trong giai đoạn hai, 400MWh trong giai đoạn hai). Tuy nhiên, sự gia nhập của Huawei đã làm nổi bật ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng trên sân khấu.
Hiện tại, các công nghệ lưu trữ năng lượng tiềm năng và được thương mại hóa có thể phân loại thành lưu trữ năng lượng cơ học, lưu trữ năng lượng nhiệt, lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ năng lượng hóa học và lưu trữ năng lượng điện hóa. Vật lý và hóa học về bản chất là giống nhau, vì vậy chúng ta hãy phân loại chúng theo tư duy của những người đi trước trong thời điểm hiện tại.
- Lưu trữ năng lượng cơ học / lưu trữ nhiệt và lưu trữ lạnh
Lưu trữ có bơm:
Có hai hồ chứa trên và dưới, bơm nước lên hồ chứa phía trên trong quá trình tích trữ năng lượng và thoát nước xuống hồ chứa phía dưới trong quá trình phát điện. Công nghệ đã trưởng thành. Đến cuối năm 2020, công suất lắp đặt toàn cầu của công suất lưu trữ bơm là 159 triệu kilowatt, chiếm 94% tổng công suất lưu trữ năng lượng. Hiện nước ta đã đưa vào vận hành tổng số trạm phát điện tích nước 32.49 triệu KW; quy mô đầy đủ của các trạm phát điện tích nước đang được xây dựng là 55.13 triệu KW. Quy mô vừa xây dựng vừa xây dựng đứng đầu thế giới. Công suất lắp đặt của một trạm phát điện dự trữ năng lượng có thể lên tới hàng nghìn MW, sản lượng điện hàng năm có thể đạt vài tỷ kWh và tốc độ khởi động đen có thể theo thứ tự trong vài phút. Hiện tại, nhà máy điện tích trữ năng lượng lớn nhất đang hoạt động ở Trung Quốc, Nhà máy điện tích trữ bơm Hebei Fengning, có công suất lắp đặt 3.6 triệu kilowatt và công suất phát điện hàng năm là 6.6 tỷ kWh (có thể hấp thụ 8.8 tỷ kWh điện dư thừa, với hiệu suất khoảng 75%). Thời gian bắt đầu đen 3-5 phút. Mặc dù lưu trữ bơm thường được coi là có những nhược điểm là lựa chọn địa điểm hạn chế, chu kỳ đầu tư dài và đầu tư đáng kể, nhưng đây vẫn là công nghệ hoàn thiện nhất, vận hành an toàn nhất và phương tiện lưu trữ năng lượng có chi phí thấp nhất. Cơ quan Quản lý Năng lượng Quốc gia đã ban hành Kế hoạch phát triển trung và dài hạn cho kho chứa có bơm (2021-2035).
Đến năm 2025, tổng quy mô sản xuất của kho chứa bơm là hơn 62 triệu KW; đến năm 2030, quy mô sản xuất toàn bộ khoảng 120 triệu KW; đến năm 2035, một ngành công nghiệp tích trữ bơm hiện đại đáp ứng nhu cầu phát triển năng lượng mới với tỷ trọng cao và quy mô lớn sẽ được hình thành.
Trạm điện lưu trữ có bơm Hebei Fengning - Hồ chứa phía dưới
Lưu trữ năng lượng khí nén:
Khi tải điện thấp, không khí được nén và lưu trữ bằng điện (thường được tổ chức trong các hang muối ngầm, hang động tự nhiên, v.v.). Khi mức tiêu thụ điện đạt đến đỉnh điểm, không khí có áp suất cao được thoát ra để thúc đẩy máy phát điện tạo ra điện năng.
lưu trữ năng lượng khí nén
Lưu trữ năng lượng khí nén thường được coi là công nghệ thích hợp thứ hai để lưu trữ năng lượng quy mô lớn quy mô GW sau lưu trữ bơm. Tuy nhiên, nó bị hạn chế bởi các điều kiện lựa chọn địa điểm nghiêm ngặt hơn, chi phí đầu tư cao và hiệu quả lưu trữ năng lượng hơn so với lưu trữ bơm. Thấp, tiến độ thương mại của lưu trữ năng lượng khí nén là chậm. Cho đến tháng 2021 năm nay (60), dự án lưu trữ năng lượng khí nén quy mô lớn đầu tiên của đất nước tôi - Dự án trình diễn thử nghiệm quốc gia về lưu trữ năng lượng khí nén ở hang đá muối Jiangsu Jintan, mới được kết nối với lưới điện. Công suất lắp đặt giai đoạn 60 của dự án là 1000MW, hiệu suất chuyển đổi điện năng đạt khoảng 2021%; quy mô xây dựng dài hạn của dự án đạt 10MW. Vào tháng XNUMX năm XNUMX, hệ thống lưu trữ năng lượng khí nén tiên tiến XNUMX MW đầu tiên do đất nước tôi phát triển độc lập đã được kết nối với lưới điện ở Bijie, Quý Châu. Có thể nói, con đường thương mại của việc lưu trữ năng lượng không khí nén chỉ mới bắt đầu, nhưng tương lai đầy hứa hẹn.
Dự án lưu trữ năng lượng khí nén Jintan.
Lưu trữ năng lượng muối nóng chảy:
Lưu trữ năng lượng muối nóng chảy, thường được kết hợp với sản xuất nhiệt điện mặt trời, tập trung ánh sáng mặt trời và lưu trữ nhiệt trong muối nóng chảy. Khi tạo ra điện, nhiệt muối nóng chảy được sử dụng để tạo ra điện, và hầu hết chúng tạo ra hơi nước để chạy tua bin phát điện.
trữ nhiệt muối nóng chảy
Họ hô hào nhà máy nhiệt điện mặt trời tháp muối nóng chảy Hi-Tech Đôn Hoàng 100MW trong nhà máy nhiệt điện mặt trời lớn nhất Trung Quốc. Dự án CSP Delingha 135 MW với công suất lắp máy lớn hơn đã được khởi công xây dựng. Thời gian dự trữ năng lượng của nó có thể đạt 11 giờ. Tổng vốn đầu tư của dự án là 3.126 tỷ nhân dân tệ. Dự kiến sẽ hòa lưới chính thức trước ngày 30 tháng 2022 năm 435 và có thể tạo ra khoảng XNUMX triệu kWh điện mỗi năm.
Trạm CSP Đôn Hoàng
Các công nghệ lưu trữ năng lượng vật lý bao gồm lưu trữ năng lượng bánh đà, lưu trữ năng lượng kho lạnh, v.v.
- Lưu trữ năng lượng điện:
Siêu tụ điện: Bị giới hạn bởi mật độ năng lượng thấp (tham khảo bên dưới) và khả năng tự phóng điện nghiêm trọng, nó hiện chỉ được sử dụng trong một phạm vi nhỏ phục hồi năng lượng xe, cạo đỉnh tức thời và lấp đầy thung lũng. Ứng dụng điển hình là Cảng nước sâu Yangshan Thượng Hải, nơi có 23 cần trục tác động đáng kể đến lưới điện. Để giảm tác động của cần trục lên lưới điện, hệ thống lưu trữ năng lượng siêu tụ điện 3MW / 17.2KWh được lắp đặt làm nguồn dự phòng, có thể liên tục cung cấp điện trong 20s.
Lưu trữ năng lượng siêu dẫn: bỏ qua
- Lưu trữ năng lượng điện hóa:
Bài viết này phân loại lưu trữ năng lượng điện hóa thương mại thành các loại sau:
Ắc quy chì-axit, chì-carbon
pin chảy
Pin kim loại-ion, bao gồm pin lithium-ion, pin natri-ion, v.v.
Pin kim loại-lưu huỳnh / oxy / không khí có thể sạc lại
khác
Ắc quy axít chì và cacbon chì: Là một công nghệ lưu trữ năng lượng hoàn thiện, ắc quy axít chì được sử dụng rộng rãi trong khởi động ô tô, cung cấp năng lượng dự phòng cho các nhà máy điện trạm truyền thông, v.v. Sau điện cực âm Pb của ắc quy axít chì được pha tạp với vật liệu carbon, pin chì-carbon có thể cải thiện hiệu quả vấn đề phóng điện quá mức. Theo báo cáo thường niên năm 2020 của Tianneng, dự án lưu trữ năng lượng carbon chì 12MW / 48MWh của State Grid Zhicheng (Trạm biến áp Jinling) XNUMXMW / XNUMXMWh do công ty hoàn thành là nhà máy lưu trữ năng lượng carbon chì siêu lớn đầu tiên ở tỉnh Chiết Giang và thậm chí cả nước.
Pin dòng chảy: Pin dòng chảy thường bao gồm chất lỏng được lưu trữ trong một bình chứa chảy qua các điện cực. Quá trình nạp và phóng điện được hoàn thành qua màng trao đổi ion; Hãy tham khảo những con số dưới đây.
Sơ đồ dòng chảy pin
Theo định hướng của pin dòng chảy all-vanadi tiêu biểu hơn, dự án Guodian Longyuan, 5MW / 10MWh, được hoàn thành bởi Viện Vật lý Hóa học Đại Liên và Kho lưu trữ năng lượng Dalian Rongke, là hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng chảy all-vanadi rộng rãi nhất trong thế giới tại thời điểm đó, hiện đang được xây dựng Hệ thống lưu trữ năng lượng pin dòng oxy hóa khử all-vanadi quy mô lớn hơn đạt 200MW / 800MWh.
Pin ion kim loại: công nghệ lưu trữ năng lượng điện hóa phát triển nhanh nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Trong số đó, pin lithium-ion thường được sử dụng trong điện tử tiêu dùng, pin điện và các lĩnh vực khác, và các ứng dụng của chúng trong việc lưu trữ năng lượng cũng ngày càng tăng. Bao gồm các dự án trước đây của Huawei đang xây dựng sử dụng bộ lưu trữ năng lượng pin lithium-ion, dự án lưu trữ năng lượng pin lithium-ion lớn nhất được xây dựng cho đến nay là trạm lưu trữ năng lượng Moss Landing bao gồm Giai đoạn I 300MW / 1200MWh và Giai đoạn II 100MW / 400MWh, a tổng cộng 400MW / 1600MWh.
Pin lithium-Ion
Do hạn chế về công suất và chi phí sản xuất lithium, việc thay thế các ion natri với mật độ năng lượng tương đối thấp nhưng trữ lượng dồi dào dự kiến sẽ giảm giá thành đã trở thành một hướng phát triển cho pin lithium-ion. Nguyên lý và vật liệu chính của nó tương tự như pin lithium-ion, nhưng nó vẫn chưa được công nghiệp hóa trên quy mô lớn. , hệ thống lưu trữ năng lượng pin natri-ion được đưa vào hoạt động trong các báo cáo hiện có chỉ thấy quy mô 1MWh.
Pin nhôm-ion có đặc điểm là dung lượng lý thuyết cao và trữ lượng dồi dào. Đây cũng là một hướng nghiên cứu nhằm thay thế pin lithium-ion nhưng vẫn chưa có lộ trình thương mại hóa rõ ràng. Một công ty Ấn Độ đã trở nên nổi tiếng gần đây đã thông báo rằng họ sẽ thương mại hóa việc sản xuất pin nhôm-ion vào năm tới và sẽ xây dựng một bộ lưu trữ năng lượng 10MW. Chúng ta hãy đợi và xem.
chờ và xem
Pin kim loại-lưu huỳnh / oxy / không khí có thể sạc lại: bao gồm pin lithium-lưu huỳnh, lithium-oxy / không khí, natri-lưu huỳnh, pin nhôm-không khí có thể sạc lại, v.v., với mật độ năng lượng cao hơn so với pin ion. Đại diện thương mại hóa hiện nay là pin natri-lưu huỳnh. NGK hiện là nhà cung cấp hàng đầu về hệ thống pin natri-lưu huỳnh. Quy mô khổng lồ đã được đưa vào hoạt động là hệ thống lưu trữ năng lượng pin natri-lưu huỳnh 108MW / 648MWh ở Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất.
- Lưu trữ năng lượng hóa học: Nhiều thập kỷ trước, Schrödinger đã viết rằng sự sống phụ thuộc vào việc thu được entropi âm. Nhưng nếu bạn không dựa vào năng lượng bên ngoài, entropy sẽ tăng lên, vì vậy sự sống phải nắm quyền. Sự sống tìm thấy con đường của nó, và để dự trữ năng lượng, thực vật chuyển đổi quang năng thành năng lượng hóa học trong chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp. Lưu trữ năng lượng hóa học đã là một lựa chọn tự nhiên ngay từ đầu. Lưu trữ năng lượng hóa học đã là một phương pháp lưu trữ năng lượng mạnh mẽ cho con người kể từ khi Nó tạo ra các vôn thành các ngăn điện. Tuy nhiên, việc sử dụng thương mại lưu trữ năng lượng quy mô lớn chỉ mới bắt đầu.
Lưu trữ hydro, metanol, v.v.: Năng lượng hydro có ưu điểm nổi bật là mật độ năng lượng cao, độ sạch, bảo vệ môi trường và được nhiều người coi là nguồn năng lượng lý tưởng trong tương lai. Lộ trình sản xuất hydro → lưu trữ hydro → pin nhiên liệu đã được phát triển. Hiện tại, hơn 100 trạm tiếp nhiên liệu hydro đã được xây dựng ở nước tôi, nằm trong top đầu trên thế giới, trong đó có trạm tiếp nhiên liệu hydro lớn nhất thế giới ở Bắc Kinh. Tuy nhiên, do những hạn chế của công nghệ lưu trữ hydro và nguy cơ nổ hydro, lưu trữ hydro gián tiếp bằng metanol cũng có thể là một con đường thiết yếu cho năng lượng trong tương lai, chẳng hạn như công nghệ "ánh sáng mặt trời lỏng" của nhóm nghiên cứu của Li Can tại Viện Đại Liên. Hóa học, Học viện Khoa học Trung Quốc.
Pin tiểu không khí kim loại: đại diện là pin nhôm-không khí với mật độ năng lượng lý thuyết cao, nhưng có rất ít tiến bộ trong việc thương mại hóa. Phinergy, một công ty đại diện được đề cập trong nhiều báo cáo, đã sử dụng pin nhôm-air cho xe của mình. Một nghìn dặm, giải pháp hàng đầu trong việc lưu trữ năng lượng là pin không khí kẽm có thể sạc lại.
