Агляд камерцыйных назапашвальнікаў энергіі

Аднаўляльныя крыніцы энергіі з'яўляюцца важнай часткай доўгатэрміновага плана дасягнення вугляроднай нейтральнасці. Нягледзячы на ​​кіраваны ядзерны сінтэз, касмічную здабычу і буйнамаштабнае развіццё гідраэнергетычных рэсурсаў, якія не маюць камерцыйнага шляху ў кароткатэрміновай перспектыве, энергія ветру і сонечная энергія ў цяперашні час з'яўляюцца найбольш перспектыўнымі аднаўляльнымі крыніцамі энергіі. І ўсё ж яны абмежаваныя рэсурсамі ветру і святла. Назапашванне энергіі будзе важнай часткай будучага выкарыстання энергіі. Гэты артыкул і наступныя артыкулы будуць уключаць буйнамаштабныя камерцыйныя тэхналогіі захоўвання энергіі, галоўным чынам засяроджваючыся на выпадках рэалізацыі.

У апошнія гады хуткае будаўніцтва сістэм захоўвання энергіі зрабіла некаторыя мінулыя дадзеныя больш некарыснымі, напрыклад, "назапашванне энергіі са сціснутым паветрам заняло другое месца з агульнай устаноўленай магутнасцю 440 МВт, а натрыева-серныя батарэі занялі трэцяе месца па шкале агульнай ёмістасці 440 МВт. 316 МВт" і г.д. Акрамя таго, навіна аб тым, што Huawei падпісала "найбуйнейшы ў свеце" праект па назапашванні энергіі з 1300 МВт·гадз, ашаламляе. Аднак, па наяўных дадзеных, 1300 МВт-гадзін - не самы значны праект захоўвання энергіі ў свеце. Цэнтральны найбуйнейшы праект захоўвання энергіі належыць помпавым акумулятарам. Для фізічных тэхналогій назапашвання энергіі, такіх як назапашванне энергіі солі, у выпадку электрахімічнага назапашвання энергіі 1300 МВт·гадз не з'яўляецца самым значным праектам (гэта таксама можа быць пытаннем статыстычнага калібру). Бягучая магутнасць Moss Landing Energy Storage Center дасягнула 1600 МВт-гадз (у тым ліку 1200 МВт-гадз на другім этапе, 400 МВт-гадз на другім этапе). Тым не менш, выхад Huawei вылучыў на сцэну індустрыю захоўвання энергіі.

У цяперашні час камерцыялізаваныя і патэнцыяльныя тэхналогіі захоўвання энергіі можна падзяліць на механічнае захоўванне энергіі, захоўванне цеплавой энергіі, захоўванне электрычнай энергіі, хімічнае захоўванне энергіі і электрахімічнае захоўванне энергіі. Фізіка і хімія па сутнасці аднолькавыя, таму давайце класіфікуем іх у адпаведнасці з думкамі нашых папярэднікаў.

1. Механічнае захоўванне энергіі / цеплавое захоўванне і халоднае захоўванне

Назапашвальнік:

Ёсць два верхні і ніжні рэзервуары, якія перапампоўваюць ваду ў верхні рэзервуар падчас назапашвання энергіі і адводзяць ваду ў ніжні рэзервуар падчас вытворчасці электраэнергіі. Тэхналогія сталая. Да канца 2020 года агульная ўстаноўленая магутнасць помпавых акумулятараў склала 159 мільёнаў кілават, што складае 94% ад агульнай магутнасці захоўвання энергіі. У цяперашні час у маёй краіне ўведзена ў эксплуатацыю гідраакумулятарных электрастанцый агульнай магутнасцю 32.49 мільёна кілават; поўная магутнасць будуемых гідраакумулятарных электрастанцый - 55.13 мільёна кілават. Па маштабах як пабудаванага, так і будуецца займае першае месца ў свеце. Устаноўленая магутнасць электрастанцыі для назапашвання энергіі можа дасягаць тысяч МВт, штогадовая выпрацоўка электраэнергіі можа дасягаць некалькіх мільярдаў кВт.гадз, а хуткасць запуску без працы можа складаць некалькі хвілін. У цяперашні час найбуйнейшая ў Кітаі акумулятарная электрастанцыя Hebei Fengning Pumped Storage Power Station мае ўстаноўленую магутнасць 3.6 мільёна кілават і гадавую магутнасць вытворчасці электраэнергіі 6.6 мільярда кВт.гадз (якая можа паглынуць 8.8 мільярда кВт.гадз залішняй энергіі, з ККД каля 75%). Час пачатку чорных 3-5 хвілін. Хоць, як правіла, запампоўвае сховішча, як правіла, мае недахопы абмежаванага выбару сайта, доўгі інвестыцыйны цыкл і значныя інвестыцыі, гэта па -ранейшаму самая сталая тэхналогія, самая бяспечная аперацыя і самыя нізкія сродкі захоўвання энергіі. Нацыянальнае энергетычнае ўпраўленне апублікавала сярэднетэрміновы і доўгатэрміновы план развіцця гідраакумулятараў (2021-2035).

Да 2025 года агульны аб'ём вытворчасці гідраакумулятараў складзе больш за 62 мільёны кілават; да 2030 года поўная вытворчасць складзе каля 120 мільёнаў кілават; да 2035 года будзе сфарміравана сучасная галіна гідраакумулятараў, якая адпавядае патрэбам масавага і маштабнага развіцця новай энергетыкі.

Гідраакумулюючая электрастанцыя Hebei Fengning - Ніжняе вадасховішча

Назапашванне энергіі сціснутага паветра:

Калі электрычная нагрузка нізкая, паветра сціскаецца і захоўваецца электрычнасцю (звычайна захоўваецца ў падземных саляных пячорах, натуральных пячорах і г.д.). Калі спажыванне электраэнергіі дасягае піку, паветра пад высокім ціскам выпускаецца, каб кіраваць генератарам для выпрацоўкі электраэнергіі.

назапашванне энергіі сціснутага паветра

Назапашванне энергіі на сціснутым паветры звычайна лічыцца другой найбольш прыдатнай тэхналогіяй для буйнамаштабнага назапашвання энергіі ў ГВт пасля помпавага акумулятара. Тым не менш, ён абмежаваны больш жорсткімі ўмовамі выбару пляцоўкі, высокімі інвестыцыйнымі выдаткамі і эфектыўнасцю назапашвання энергіі, чым помпавыя акумулятары. Нізкі, камерцыйны прагрэс назапашвання энергіі сціснутага паветра павольны. Да верасня гэтага года (2021) першы ў маёй краіне буйнамаштабны праект назапашвання энергіі на сціснутым паветры - Нацыянальны тэставы дэманстрацыйны праект назапашвання энергіі на сціснутым паветры ў салянай пячоры Цзянсу Цзіньтань - толькі што быў падключаны да сеткі. Устаноўленая магутнасць першага этапу праекта складае 60 МВт, а эфектыўнасць пераўтварэння электраэнергіі - каля 60%; Маштаб даўгабуду дасягне 1000 МВт. У кастрычніку 2021 года першая ўдасканаленая сістэма назапашвання энергіі на сціснутым паветры магутнасцю 10 МВт, незалежна распрацаваная маёй краінай, была падключана да сеткі ў Біцзе, Гуйчжоу. Можна сказаць, што камерцыйны шлях кампактнага паветранага захоўвання энергіі толькі пачаўся, але будучыня абяцае.

Праект захоўвання энергіі на сціснутым паветры Jintan.

Назапашванне энергіі расплаўленай солі:

Назапашванне энергіі расплаўленай солі, звычайна ў спалучэнні з выпрацоўкай сонечнай цеплавой энергіі, канцэнтруе сонечнае святло і захоўвае цяпло ў расплаўленай солі. Пры выпрацоўцы электраэнергіі цяпло расплаўленай солі выкарыстоўваецца для выпрацоўкі электраэнергіі, і большасць з іх выпрацоўвае пар для прывада турбагенератара.

назапашванне цяпла расплаўленай солі

Яны крычалі Hi-Tech Дуньхуанская сонечная цеплавая электрастанцыя з расплаўленай соллю магутнасцю 100 МВт у найбуйнейшай у Кітаі сонечнай цеплавой электрастанцыі. Пачата будаўніцтва праекта Delingha CSP магутнасцю 135 МВт з большай устаноўленай магутнасцю. Час яго захоўвання энергіі можа дасягаць 11 гадзін. Агульны аб'ём інвестыцый у праект складае 3.126 млрд юаняў. Афіцыйна яго падключэнне да сеткі плануецца да 30 верасня 2022 года, і штогод ён можа выпрацоўваць каля 435 млн кВт.гадз электраэнергіі.

Станцыя Dunhuang CSP

Тэхналогіі фізічнага назапашвання энергіі ўключаюць назапашванне энергіі на махавіку, назапашванне энергіі ў халодным стане і г.д.

2. Назапашванне электрычнай энергіі:

Суперкандэнсатар: абмежаваны сваёй нізкай шчыльнасцю энергіі (гл. ніжэй) і сур'ёзным самаразрадам, у цяперашні час ён выкарыстоўваецца толькі ў невялікім дыяпазоне рэкуперацыі энергіі аўтамабіляў, імгненнага зніжэння піка і напаўнення даліны. Тыповыя сферы прымянення - глыбакаводны порт Шанхай Яншань, дзе 23 краны значна ўплываюць на электрасетку. Каб паменшыць уплыў кранаў на электрасетку, у якасці рэзервовай крыніцы ўстаноўлена суперкандэнсатарная сістэма назапашвання энергіі магутнасцю 3 МВт/17.2 кВт.гадз, якая можа бесперапынна забяспечваць электразабеспячэнне 20 секунд.

Звышправодны назапашвальнік энергіі: апушчаны

3. Электрахімічнае назапашванне энергіі:

Гэты артыкул класіфікуе камерцыйнае электрахімічнае захоўванне энергіі на наступныя катэгорыі:

Свінцова-кіслотныя, свінцова-вугляродныя батарэі

праточная батарэя

Металаіённыя акумулятары, у тым ліку літый-іённыя, натрыева-іённыя акумулятары і інш.

Акумулятарныя батарэі метал-сера/кісларод/паветра

іншы

Свінцова-кіслотныя і вугляродна-свінцовыя акумулятары: свінцова-кіслотныя акумулятары, як развітая тэхналогія назапашвання энергіі, шырока выкарыстоўваюцца пры запуску аўтамабіляў, рэзервовым сілкаванні для электрастанцый базавай станцыі сувязі і г. д. Пасля Pb адмоўнага электрода свінцова-кіслотнага акумулятара легіраваны вугляроднымі матэрыяламі, свінцова-вугляродны акумулятар можа эфектыўна вырашыць праблему празмернага разраду. Згодна з гадавой справаздачай Tianneng за 2020 г., завершаны кампаніяй праект па свінцова-вугляродным назапашвальніку энергіі State Grid Zhicheng (падстанцыя Jinling) магутнасцю 12 МВт/48 МВт-г з'яўляецца першай звышвялікай свінцова-вугляроднай электрастанцыяй у правінцыі Чжэцзян і нават ва ўсёй краіне.

Праточная батарэя: праточная батарэя звычайна складаецца з вадкасці, якая захоўваецца ў кантэйнеры, якая цячэ праз электроды. Зарад і разрад завяршаюцца праз іонаабменную мембрану; звярніцеся да малюнка ніжэй.

Схема праточнай батарэі

У напрамку больш рэпрэзентатыўнай цалкам ванадыевай батарэі, праект Guodian Longyuan, 5 МВт/10 МВт·гадз, завершаны Інстытутам хімічнай фізікі Даляня і Dalian Rongke Energy Storage, быў самай шырокай сістэмай захоўвання энергіі цалкам ванадыявай батарэі ў свеце. свет у той час, які зараз знаходзіцца ў стадыі будаўніцтва. Маштабная цалкам ванадыявая акісляльна-аднаўленчая акумулятарная сістэма захоўвання энергіі дасягае 200 МВт/800 МВт·г.

Металаіённы акумулятар: самая хуткая і шырока выкарыстоўваная электрахімічная тэхналогія захоўвання энергіі. Сярод іх літый-іённыя акумулятары звычайна выкарыстоўваюцца ў спажывецкай электроніцы, сілавых батарэях і іншых галінах, і іх прымяненне ў назапашвальніках энергіі таксама расце. Уключаючы папярэднія праекты Huawei, якія будуюцца і выкарыстоўваюць назапашвальнікі энергіі з літый-іённых акумулятараў, найбуйнейшым праектам па назапашванні энергіі з літый-іённымі акумулятарамі, пабудаваным да гэтага часу, з'яўляецца станцыя назапашвання энергіі Moss Landing, якая складаецца з фазы I 300 МВт/1200 МВт-гадз і фазы II 100 МВт/400 МВт-гадз, а у агульнай складанасці 400 МВт/1600 МВт·г.

Літый-іённая батарэя

З-за абмежавання магутнасцей і кошту вытворчасці літыя замена іёнаў натрыю адносна нізкай шчыльнасцю энергіі, але багатымі запасамі, як чакаецца, знізіць цану, стала шляхам развіцця літый-іённых батарэй. Яго прынцып і асноўныя матэрыялы падобныя на літый-іённыя батарэі, але ён яшчэ не быў індустрыялізаваны ў вялікіх маштабах. , сістэма назапашвання энергіі натрыева-іённай батарэі, уведзеная ў эксплуатацыю ў існуючых справаздачах, бачыла толькі маштаб 1 МВт·гадз.

Алюмініева-іённыя акумулятары валодаюць характарыстыкамі высокай тэарэтычнай ёмістасці і багатых запасаў. Гэта таксама кірунак даследаванняў па замене літый-іённых акумулятараў, але дакладнага шляху камерцыялізацыі няма. Індыйская кампанія, якая нядаўна стала папулярнай, абвясціла, што ў наступным годзе яна камерцыялізуе вытворчасць алюмініева-іённых батарэй і пабудуе назапашвальнік энергіі магутнасцю 10 МВт. Давайце пачакаем і паглядзім.

пачакайце і паглядзіце

Акумулятарныя батарэі метал-сера/кісларод/паветра: у тым ліку літый-серныя, літый-кіслародныя/паветраныя, натрыева-серныя, акумулятарныя алюмініева-паветраныя батарэі і г.д., з больш высокай шчыльнасцю энергіі, чым іённыя батарэі. Сучасны прадстаўнік камерцыялізацыі - натрыева-серныя батарэі. У цяперашні час NGK з'яўляецца вядучым пастаўшчыком сістэм натрыева-серных батарэй. Велізарны маштаб, які быў уведзены ў эксплуатацыю, - гэта сістэма захоўвання энергіі натрыева-серных батарэй магутнасцю 108 МВт/648 МВт-г у Аб'яднаных Арабскіх Эміратах.

4. Хімічнае назапашванне энергіі: некалькі дзесяцігоддзяў таму Шродзінгер пісаў, што жыццё залежыць ад набыцця адмоўнай энтрапіі. Але калі вы не разлічваеце на знешнюю энергію, энтрапія павялічыцца, таму жыццё павінна прыняць сілу. Жыццё знаходзіць свой шлях, і каб назапасіць энергію, расліны ператвараюць сонечную энергію ў хімічную энергію ў арганічных рэчывах праз фотасінтэз. Хімічнае захоўванне энергіі было натуральным выбарам з самага пачатку. Хімічнае назапашванне энергіі з'яўляецца надзейным метадам назапашвання энергіі для людзей з таго часу, як яно ператварыла вольты ў электрычныя стэкі. Тым не менш, камерцыйнае выкарыстанне буйнамаштабных назапашвальнікаў энергіі толькі пачалося.

Захоўванне вадароду, метанол і г.д.: Вадародная энергія мае выдатныя перавагі высокай шчыльнасці энергіі, чысціні і аховы навакольнага асяроддзя і шырока разглядаецца як ідэальная крыніца энергіі ў будучыні. Маршрут вытворчасць вадароду→захоўванне вадароду→паліўны элемент ужо на падыходзе. У цяперашні час у маёй краіне пабудавана больш за 100 вадародных АЗС, якія з'яўляюцца аднымі з лепшых у свеце, у тым ліку самая вялікая ў свеце вадародная АЗС у Пекіне. Аднак з-за абмежаванняў тэхналогіі захоўвання вадароду і рызыкі выбуху вадароду ўскоснае захоўванне вадароду ў выглядзе метанолу таксама можа стаць важным шляхам для будучай энергетыкі, напрыклад, тэхналогія "вадкага сонечнага святла" каманды Лі Кана з Даляньскага інстытута хіміі Кітайскай акадэміі навук.

Першасныя батарэі метал-паветра: прадстаўлены алюмініева-паветранымі батарэямі з высокай тэарэтычнай шчыльнасцю энергіі, але прагрэс у камерцыялізацыі невялікі. Прадстаўніцкая кампанія Phinergy, якая згадваецца ў многіх справаздачах, выкарыстоўвала для сваіх аўтамабіляў алюмініева-паветраныя акумулятары. За тысячу міль, вядучым рашэннем для захоўвання энергіі з'яўляюцца акумулятарныя цынкава-паветраныя батарэі.