Přehled komerčních zásobníků energie

Obnovitelná energie je nezbytnou součástí dlouhodobého plánu uhlíkové neutrality. Bez ohledu na ovladatelnou jadernou fúzi, vesmírnou těžbu a rozsáhlý vyspělý rozvoj vodních zdrojů, které v krátkodobém horizontu nemají komerční cestu, jsou v současnosti nejslibnější obnovitelné zdroje energie větrná a solární energie. Přesto jsou omezeny větrem a světelnými zdroji. Skladování energie bude nezbytnou součástí budoucího využití energie. Tento článek a následující články budou zahrnovat rozsáhlé komerční technologie skladování energie, zejména se zaměřením na případy implementace.

V posledních letech rychlá výstavba systémů pro skladování energie způsobila, že některá data z minulosti přestala být užitečná, jako například „skladování energie stlačeného vzduchu se umístilo na druhém místě s celkovou instalovanou kapacitou 440 MW a baterie sodíku a síry na třetím místě v celkovém měřítku kapacity. 440 MW. 316MW" atd. Kromě toho je zdrcující zpráva, že společnost Huawei podepsala „největší“ projekt úložiště energie na světě s 1300 MWh. Podle stávajících údajů však 1300 MWh není nejvýznamnějším projektem skladování energie globálně. Centrální největší projekt akumulace energie patří přečerpávací elektrárně. Pro technologie fyzického skladování energie, jako je skladování energie soli, není v případě elektrochemického skladování energie 1300 MWh nejvýznamnějším projektem (může to být i otázka statistického kalibru). Současná kapacita Moss Landing Energy Storage Center dosáhla 1600 MWh (včetně 1200 MWh ve druhé fázi, 400 MWh ve druhé fázi). Přesto vstup Huawei upozornil na odvětví skladování energie na scéně.

V současné době lze komercializované a potenciální technologie skladování energie rozdělit na mechanické skladování energie, skladování tepelné energie, skladování elektrické energie, skladování chemické energie a skladování elektrochemické energie. Fyzika a chemie jsou v podstatě totéž, pojďme si je tedy prozatím zařadit podle myšlení našich předchůdců.

1. Mechanické akumulace energie / akumulace tepla a chladu

Přečerpávací zásobník:

Jsou zde dvě horní a dolní nádrže, které čerpají vodu do horní nádrže při skladování energie a odvádějí vodu do dolní nádrže při výrobě elektřiny. Technologie je vyspělá. Do konce roku 2020 činila celosvětová instalovaná kapacita přečerpávací kapacity 159 milionů kilowattů, což představuje 94 % celkové kapacity skladování energie. V současné době moje země uvedla do provozu celkem 32.49 milionů kilowattů přečerpávacích elektráren; celkový rozsah přečerpávacích elektráren ve výstavbě je 55.13 milionů kilowattů. Rozsahem postavených i rozestavěných je na prvním místě na světě. Instalovaná kapacita energetické akumulační elektrárny může dosáhnout tisíců MW, roční výroba elektřiny může dosáhnout několika miliard kWh a rychlost startu z tmy může být v řádu několika minut. V současnosti největší akumulační elektrárna v Číně, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, má instalovaný výkon 3.6 milionu kilowattů a roční kapacitu výroby elektřiny 6.6 miliardy kWh (která může absorbovat 8.8 miliardy kWh přebytečné energie, s účinností asi 75 %). Doba černého startu 3-5 minut. Ačkoli se obecně má za to, že přečerpávací vodní elektrárny mají nevýhody omezeného výběru místa, dlouhého investičního cyklu a značných investic, stále se jedná o nejvyspělejší technologii, nejbezpečnější provoz a nejlevnější způsob skladování energie. Národní energetická správa zveřejnila Střednědobý a dlouhodobý plán rozvoje přečerpávacích zásobníků (2021-2035).

Do roku 2025 bude celkový rozsah výroby přečerpávacích elektráren více než 62 milionů kilowattů; do roku 2030 bude plný rozsah výroby asi 120 milionů kilowattů; do roku 2035 se zformuje moderní přečerpávací průmysl, který bude uspokojovat potřeby velkého a rozsáhlého rozvoje nové energetiky.

Přečerpávací elektrárna Hebei Fengning – dolní nádrž

Akumulace energie stlačeného vzduchu:

Při nízkém elektrickém zatížení se vzduch stlačuje a ukládá elektřinou (obvykle se udržuje v podzemních solných jeskyních, přírodních jeskyních atd.). Když spotřeba elektřiny vrcholí, uvolňuje se vysokotlaký vzduch, aby poháněl generátor k výrobě elektřiny.

akumulace energie stlačeného vzduchu

Skladování energie stlačeným vzduchem je obecně považováno za druhou nejvhodnější technologii pro velkokapacitní skladování energie v GW po přečerpávání. Přesto je limitován přísnějšími podmínkami pro výběr místa, vysokými investičními náklady a účinností skladování energie než přečerpávací. Nízká, komerční pokrok v ukládání energie stlačeného vzduchu je pomalý. Do září tohoto roku (2021) byl v mé zemi právě připojen k síti první rozsáhlý projekt skladování energie stlačeného vzduchu – národní testovací projekt úložiště energie stlačeného vzduchu v solné jeskyni Jiangsu Jintan. Instalovaná kapacita první fáze projektu je 60 MW a účinnost přeměny energie je asi 60 %; dlouhodobý rozsah výstavby projektu dosáhne 1000 MW. V říjnu 2021 byl první pokročilý systém skladování energie stlačeného vzduchu o výkonu 10 MW nezávisle vyvinutý mou zemí připojen k síti v Bijie, Guizhou. Dá se říci, že komerční cesta kompaktního skladování energie vzduchu právě začala, ale budoucnost je slibná.

Projekt skladování energie stlačeného vzduchu Jintan.

Zásobník energie roztavené soli:

Akumulace energie roztavené soli, obecně kombinovaná s výrobou solární tepelné energie, koncentruje sluneční světlo a ukládá teplo v roztavené soli. Při výrobě elektřiny se teplo roztavené soli používá k výrobě elektřiny a většina z nich vyrábí páru pro pohon turbínového generátoru.

akumulace tepla roztavené soli

Křičeli Hi-Tech Dunhuang 100MW solární termální solná věž v největší solární tepelné elektrárně v Číně. Projekt Delingha 135 MW CSP s větším instalovaným výkonem zahájil výstavbu. Doba skladování energie může dosáhnout 11 hodin. Celková investice projektu je 3.126 miliardy juanů. Oficiální připojení k síti se plánuje do 30. září 2022 a každý rok dokáže vyrobit asi 435 milionů kWh elektřiny.

Stanice Dunhuang CSP

Technologie fyzického skladování energie zahrnují skladování energie setrvačníku, skladování energie v chladu atd.

2. Zásobník elektrické energie:

Superkondenzátor: Omezený nízkou hustotou energie (viz níže) a silným samovybíjením se v současné době používá pouze v malém rozsahu pro rekuperaci energie vozidla, okamžité snížení špičky a plnění údolí. Typickými aplikacemi jsou přístaviště Shanghai Yangshan Deepwater Port, kde 23 jeřábů významně zasahuje do energetické sítě. Pro snížení dopadu jeřábů na elektrickou síť je jako záložní zdroj instalován superkondenzátorový systém ukládání energie o výkonu 3MW/17.2KWh, který dokáže nepřetržitě zajistit dodávku elektřiny po dobu 20s.

Supravodivé ukládání energie: vynecháno

3. Elektrochemické ukládání energie:

Tento článek klasifikuje komerční elektrochemické skladování energie do následujících kategorií:

Olověné, olověné uhlíkové baterie

průtoková baterie

Kovové iontové baterie, včetně lithium-iontových baterií, sodíkových iontových baterií atd.

Dobíjecí baterie kov-síra/kyslík/vzduch

ostatní

Olověné a olověné uhlíkové baterie: Jako vyspělá technologie skladování energie jsou olověné baterie široce používány při startování automobilů, záložní zdroj energie pro elektrárny komunikační základnové stanice atd. Po Pb záporné elektrodě olověného akumulátoru je dopován uhlíkovými materiály, olověná uhlíková baterie může účinně zlepšit problém nadměrného vybití. Podle výroční zprávy společnosti Tianneng za rok 2020 je projekt State Grid Zhicheng (Jinling Substation) 12MW/48MWh olovo-uhlíkového úložiště energie dokončený společností první supervelkou olovo-uhlíkovou elektrárnou pro ukládání energie v provincii Zhejiang a dokonce v celé zemi.

Průtoková baterie: Průtoková baterie se obvykle skládá z kapaliny uložené v nádobě protékající elektrodami. Nabíjení a vybíjení probíhá přes iontoměničovou membránu; viz obrázek níže.

Schéma průtokové baterie

Pokud jde o reprezentativnější celovanadiovou průtokovou baterii, projekt Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, dokončený Dalianským institutem chemické fyziky a Dalian Rongke Energy Storage, byl nejrozsáhlejším systémem pro ukládání energie celovanadiové průtokové baterie v svět v té době, který je v současné době ve výstavbě Rozsáhlejší celovanadový redoxní průtokový bateriový systém ukládání energie dosahuje 200 MW/800 MWh.

Metal-iontová baterie: nejrychleji rostoucí a nejrozšířenější elektrochemická technologie skladování energie. Mezi nimi jsou lithium-iontové baterie běžně používané ve spotřební elektronice, napájecích bateriích a dalších oborech a jejich aplikace při skladování energie se také zvyšuje. Včetně předchozích projektů společnosti Huawei ve výstavbě, které využívají úložiště energie z lithium-iontových baterií, je dosud největším projektem úložiště energie z lithium-iontových baterií úložiště energie Moss Landing skládající se z fáze I 300 MW/1200 MWh a fáze II 100 MW/400 MWh, a celkem 400MW/1600MWh.

Lithium-iontová baterie

Vzhledem k omezené kapacitě výroby lithia a nákladům se náhrada sodíkových iontů s relativně nízkou hustotou energie, ale očekává se, že velké zásoby sníží cenu, stala cestou vývoje pro lithium-iontové baterie. Jeho princip a primární materiály jsou podobné lithium-iontovým bateriím, ale zatím nebyl ve velkém industrializován. Systém ukládání energie sodíkových iontových baterií uvedený do provozu ve stávajících zprávách zaznamenal pouze 1 MWh.

Hliníkové iontové baterie se vyznačují vysokou teoretickou kapacitou a bohatými rezervami. Je to také směr výzkumu k nahrazení lithium-iontových baterií, ale neexistuje jasná cesta komercializace. Indická společnost, která se stala populární, nedávno oznámila, že příští rok zkomercializuje výrobu hliníkovo-iontových baterií a postaví 10MW jednotku pro ukládání energie. Počkejme a uvidíme.

Počkej a uvidíš

Dobíjecí baterie kov-síra/kyslík/vzduch: včetně lithium-sírových, lithium-kyslíkových/vzduchových, sodíkovo-sírových, dobíjecích hliník-vzduch atd., s vyšší hustotou energie než iontové baterie. Současným představitelem komercializace jsou sodno-sírové baterie. NGK je v současnosti předním dodavatelem sodno-sirných bateriových systémů. Obrovský rozsah, který byl uveden do provozu, je 108MW/648MWh sodno-sírový akumulátorový systém pro ukládání energie ve Spojených arabských emirátech.

4. Skladování chemické energie: Před desítkami let Schrödinger napsal, že život závisí na získání negativní entropie. Ale pokud se nespoléháte na vnější energii, entropie se zvýší, takže moc musí převzít život. Život si najde cestu a rostliny, aby uchovaly energii, přeměňují sluneční energii na chemickou energii v organické hmotě prostřednictvím fotosyntézy. Chemické skladování energie bylo přirozenou volbou od samého počátku. Chemické skladování energie je robustní způsob skladování energie pro lidské bytosti již od doby, kdy se z voltů vytvořily elektrické komíny. Komerční využití velkokapacitních zásobníků energie však teprve začalo.

Skladování vodíku, metanol atd.: Vodíková energie má mimořádné výhody vysoké hustoty energie, čistoty a ochrany životního prostředí a je široce považována za ideální zdroj energie do budoucna. Cesta výroby vodíku→skladování vodíku→palivový článek je již na cestě. V současné době je v mé zemi postaveno více než 100 vodíkových čerpacích stanic, které patří ke světové špičce, včetně největší vodíkové čerpací stanice na světě v Pekingu. Vzhledem k omezením technologie skladování vodíku a riziku výbuchu vodíku však může být nepřímé skladování vodíku reprezentované metanolem také zásadní cestou pro budoucí energetiku, jako je technologie „kapalného slunečního světla“ týmu Li Cana z institutu Dalian. chemie, Čínská akademie věd.

Primární baterie kov-vzduch: představují baterie hliník-vzduch s vysokou teoretickou hustotou energie, ale v komercializaci je jen malý pokrok. Phinergy, reprezentativní společnost zmíněná v mnoha zprávách, používala pro svá vozidla hliníkovo-vzduchové baterie. Tisíc mil, předním řešením v oblasti skladování energie jsou dobíjecí zinko-vzduchové baterie.