Kommerciel energilagringsoversigt

Vedvarende energi er en væsentlig del af den langsigtede plan for COXNUMX-neutralitet. Uanset den kontrollerbare nuklear fusion, rumminedrift og storstilet moden udvikling af vandkraftressourcer, der ikke har en kommerciel rute på kort sigt, er vindenergi og solenergi i øjeblikket de mest lovende vedvarende energikilder. Alligevel er de begrænset af vind- og lysressourcer. Energilagring vil være en væsentlig del af fremtidens energiudnyttelse. Denne artikel og efterfølgende artikler vil omfatte kommercielle energilagringsteknologier i stor skala, hovedsageligt med fokus på implementeringssager.

I de senere år har den hurtige konstruktion af energilagringssystemer gjort, at nogle tidligere data ikke længere er nyttige, såsom "komprimeret luftenergilagring på andenpladsen med en samlet installeret kapacitet på 440MW, og natrium-svovl-batterier på tredjepladsen med en samlet kapacitetsskala på 440 MW. 316MW" osv. Derudover er nyheden om, at Huawei har skrevet under på verdens "største" energilagringsprojekt med 1300MWh, overvældende. Men ifølge de eksisterende data er 1300MWh ikke det mest betydningsfulde energilagringsprojekt globalt. Det centrale største energilagerprojekt hører til pumpelager. For fysiske energilagringsteknologier såsom saltenergilagring er 1300MWh i tilfælde af elektrokemisk energilagring ikke det mest markante projekt (det kan også være et spørgsmål om statistisk kaliber). Den nuværende kapacitet i Moss Landing Energy Storage Center har nået 1600MWh (inklusive 1200MWh i anden fase, 400MWh i anden fase). Alligevel har Huaweis indtræden sat fokus på energilagringsindustrien på scenen.

I øjeblikket kan kommercialiserede og potentielle energilagringsteknologier klassificeres i mekanisk energilagring, termisk energilagring, elektrisk energilagring, kemisk energilagring og elektrokemisk energilagring. Fysik og kemi er i det væsentlige det samme, så lad os klassificere dem efter vores forgængeres tankegang indtil videre.

1. Mekanisk energilagring / termisk lagring og kølelagring

Pumpet opbevaring:

Der er to øvre og nedre reservoirer, der pumper vand til det øvre reservoir under energilagring og dræner vand til det nedre reservoir under elproduktion. Teknologien er moden. Ved udgangen af ​​2020 var den globale installerede kapacitet for pumpet lagerkapacitet 159 millioner kilowatt, hvilket svarer til 94 % af den samlede energilagerkapacitet. På nuværende tidspunkt har mit land i alt sat 32.49 millioner kilowatt pumpekraftværker i drift; den fulde skala af pumpekraftværker under opførelse er 55.13 millioner kilowatt. Omfanget af både bygget og under opførelse rangerer først i verden. Et energilagerkraftværks installerede kapacitet kan nå op på tusindvis af MW, den årlige elproduktion kan nå op på flere milliarder kWh, og den sorte starthastighed kan være i størrelsesordenen få minutter. På nuværende tidspunkt har det største energilagerkraftværk i drift i Kina, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, en installeret kapacitet på 3.6 millioner kilowatt og en årlig elproduktionskapacitet på 6.6 milliarder kWh (som kan absorbere 8.8 milliarder kWh overskydende strøm, med en effektivitet på omkring 75 %). Sort starttid 3-5 minutter. Selvom pumpet lager generelt anses for at have ulemperne ved begrænset stedudvælgelse, lang investeringscyklus og betydelige investeringer, er det stadig den mest modne teknologi, den sikreste drift og de billigste energilagringsmidler. Energistyrelsen har udgivet en mellem- og langsigtet udviklingsplan for pumpelager (2021-2035).

I 2025 vil den samlede produktionsskala for pumpet lager være mere end 62 millioner kilowatt; i 2030 vil den fulde produktionsskala være omkring 120 millioner kilowatt; i 2035 vil der være dannet en moderne pumpelagerindustri, der opfylder behovene for højproportionel og storstilet udvikling af ny energi.

Hebei Fengning Pumped Storage Power Station - Nedre Reservoir

Opbevaring af trykluftenergi:

Når elektricitetsbelastningen er lav, komprimeres luften og lagres af elektricitet (normalt holdt i underjordiske salthuler, naturlige huler osv.). Når elforbruget topper, frigives højtryksluften for at drive generatoren til at generere elektricitet.

energilagring af trykluft

Energilagring af trykluft anses generelt for at være den næstmest egnede teknologi til GW-skala energilagring i stor skala efter pumpelagring. Alligevel er det begrænset af dets strengere betingelser for valg af sted, høje investeringsomkostninger og energilagringseffektivitet end pumpet lager. Lav, den kommercielle udvikling af komprimeret luftenergilagring er langsom. Indtil september i år (2021) er mit lands første storstilede projekt til lagring af komprimeret luftenergi - Jiangsu Jintan Salt Cave National Test Demonstration Project for komprimeret luftenergilagring af salthule, netop blevet tilsluttet nettet. Den installerede kapacitet i den første fase af projektet er 60MW, og effektkonverteringseffektiviteten er omkring 60%; projektets langsigtede byggeskala vil nå op på 1000MW. I oktober 2021 blev det første 10 MW avancerede energilagringssystem for trykluft, der var udviklet uafhængigt af mit land, forbundet til nettet i Bijie, Guizhou. Man kan sige, at den kommercielle vej med kompakt luftenergilagring lige er begyndt, men fremtiden er lovende.

Jintan energilagringsprojekt for komprimeret luft.

Opbevaring af smeltet saltenergi:

Opbevaring af smeltet saltenergi, generelt kombineret med termisk solenergiproduktion, koncentrerer sollys og lagrer varme i smeltet salt. Ved generering af elektricitet bruges smeltet saltvarme til at generere elektricitet, og de fleste af dem genererer damp til at drive en turbinegenerator.

smeltet salt varmelagring

De råbte Hi-Tech Dunhuang 100MW smeltet salttårn solvarmekraftværk i Kinas største solvarmeværk. Delingha 135 MW CSP-projektet med en større installeret kapacitet er påbegyndt byggeriet. Dens energilagringstid kan nå op på 11 timer. Den samlede investering i projektet er 3.126 milliarder yuan. Det planlægges officielt at være tilsluttet nettet inden 30. september 2022, og det kan producere omkring 435 millioner kWh elektricitet hvert år.

Dunhuang CSP Station

Fysiske energilagringsteknologier inkluderer svinghjulsenergilagring, koldlagringsenergilagring osv.

2. Opbevaring af elektrisk energi:

Superkondensator: Begrænset af dens lave energitæthed (se nedenfor) og alvorlige selvafladning, bruges den i øjeblikket kun til et lille udvalg af energigenvinding af køretøjer, øjeblikkelig peak barbering og dalfyldning. Typiske anvendelser er Shanghai Yangshan Deepwater Port, hvor 23 kraner påvirker elnettet markant. For at reducere påvirkningen fra kraner på elnettet er der installeret et 3MW/17.2KWh superkondensator energilagringssystem som backupkilde, som kontinuerligt kan levere en 20'er elforsyning.

Superledende energilagring: udeladt

3. Elektrokemisk energilagring:

Denne artikel klassificerer kommerciel elektrokemisk energilagring i følgende kategorier:

Bly-syre, bly-kulstof-batterier

flow batteri

Metal-ion-batterier, herunder lithium-ion-batterier, natrium-ion-batterier mv.

Genopladelige metal-svovl-/ilt-/luftbatterier

andre

Bly-syre- og bly-kul-batterier: Som en moden energilagringsteknologi anvendes bly-syre-batterier i vid udstrækning i bilopstart, backup-strømforsyning til kommunikationsbasestations kraftværker osv. Efter den negative Pb-elektrode af bly-syrebatteriet er dopet med kulstofmaterialer, kan bly-kulstof-batteriet effektivt forbedre problemet med overafladning. Ifølge Tiannengs årsrapport for 2020 er State Grid Zhicheng (Jinling Substation) 12MW/48MWh bly-kulstof-energilagringsprojekt afsluttet af virksomheden det første superstore bly-kulstof-energilagringskraftværk i Zhejiang-provinsen og endda hele landet.

Flowbatteri: Flowbatteriet består normalt af væske opbevaret i en beholder, der strømmer gennem elektroderne. Ladningen og udledningen afsluttes gennem ionbyttermembranen; se figuren nedenfor.

Flow batteri skematisk

I retning af det mere repræsentative fuld-vanadium flow-batteri var Guodian Longyuan, 5MW/10MWh-projektet, afsluttet af Dalian Institute of Chemical Physics og Dalian Rongke Energy Storage, det mest omfattende all-vanadium flow batteri energilagringssystem i verden på det tidspunkt, som i øjeblikket er under opbygning. Det større skala-al-vanadium redox flow batteri energilagringssystem når 200MW/800MWh.

Metal-ion batteri: den hurtigst voksende og mest udbredte elektrokemiske energilagringsteknologi. Blandt dem er lithium-ion-batterier almindeligvis brugt i forbrugerelektronik, strømbatterier og andre områder, og deres anvendelser i energilagring er også stigende. Inklusive de tidligere Huawei-projekter under opførelse, der bruger lithium-ion batteri energilagring, er det hidtil største lithium-ion batteri energilagringsprojekt bygget, Moss Landing energilagringsstation bestående af fase I 300MW/1200MWh og fase II 100MW/400MWh, en i alt 400MW/1600MWh.

Lithium-ion batteri

På grund af begrænsningen af ​​lithiumproduktionskapacitet og -omkostninger, er erstatning af natriumioner med relativt lav energitæthed, men rigelige reserver forventes at reducere prisen, blevet en udviklingsvej for lithium-ion-batterier. Dets princip og primære materialer ligner lithium-ion-batterier, men det er endnu ikke blevet industrialiseret i stor skala. , Natrium-ion-batteriets energilagringssystem, der er sat i drift i eksisterende rapporter, har kun set en skala på 1MWh.

Aluminium-ion-batterier har karakteristika af høj teoretisk kapacitet og rigelige reserver. Det er også en forskningsretning at erstatte lithium-ion-batterier, men der er ingen klar kommercialiseringsvej. Et indisk firma, der er blevet populært, annoncerede for nylig, at det vil kommercialisere produktionen af ​​aluminium-ion-batterier næste år og vil bygge en 10MW energilagringsenhed. Lad os vente og se.

vent og se

Genopladelige metal-svovl-/ilt-/luft-batterier: inklusive lithium-svovl, lithium-ilt/luft, natrium-svovl, genopladelige aluminium-luftbatterier osv., med højere energitæthed end ionbatterier. Den nuværende repræsentant for kommercialisering er natrium-svovl-batterier. NGK er i øjeblikket den førende leverandør af natrium-svovl batterisystemer. Den enorme skala, der er blevet sat i drift, er et 108MW/648MWh natrium-svovl batteri energilagringssystem i De Forenede Arabiske Emirater.

4. Kemisk energilagring: For årtier siden skrev Schrödinger, at livet afhænger af at tilegne sig negativ entropi. Men hvis du ikke er afhængig af ekstern energi, vil entropien stige, så livet må tage magten. Livet finder vej, og for at lagre energi omdanner planter solenergi til kemisk energi i organisk stof gennem fotosyntese. Kemisk energilagring har været et naturligt valg lige fra begyndelsen. Kemisk energilagring har været en robust energilagringsmetode for mennesker, siden den lavede volt til elektriske stakke. Alligevel er den kommercielle udnyttelse af storskala energilagring lige begyndt.

Brintlagring, methanol osv.: Brintenergi har de enestående fordele ved høj energitæthed, renlighed og miljøbeskyttelse og betragtes bredt som en ideel energikilde i fremtiden. Ruten for brintproduktion→brintlagring→brændselscelle er allerede på vej. På nuværende tidspunkt er der bygget mere end 100 brinttankstationer i mit land, som er blandt de bedste i verden, inklusive verdens største brinttankstation i Beijing. Men på grund af begrænsningerne af brintlagringsteknologi og risikoen for en brinteksplosion kan indirekte brintlagring repræsenteret af methanol også være en vigtig vej for fremtidig energi, såsom "flydende sollys"-teknologien fra Li Cans team på Dalian Institute i kemi, det kinesiske videnskabsakademi.

Metal-luft primære batterier: repræsenteret af aluminium-luft batterier med høj teoretisk energitæthed, men der er få fremskridt i kommercialisering. Phinergy, et repræsentativt firma nævnt i mange rapporter, brugte aluminium-luftbatterier til sine køretøjer. Et tusind miles, den førende løsning inden for energilagring er genopladelige zink-luft-batterier.