סקירת אחסון אנרגיה מסחרית
By hoppt
אנרגיה מתחדשת היא חלק חיוני מהתוכנית ארוכת הטווח לניטרליות פחמן. ללא קשר להיתוך גרעיני הניתן לשליטה, כריית חלל ופיתוח בוגר בקנה מידה גדול של משאבי כוח מים שאין להם מסלול מסחרי בטווח הקצר, אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית הם כיום מקורות האנרגיה המתחדשים המבטיחים ביותר. ובכל זאת, הם מוגבלים על ידי משאבי רוח ואור. אגירת אנרגיה תהיה חלק חיוני מניצול האנרגיה העתידי. מאמר זה והמאמרים הבאים יכללו טכנולוגיות אחסון אנרגיה מסחריות בקנה מידה גדול, בעיקר התמקדות במקרים של יישום.
בשנים האחרונות, הבנייה המהירה של מערכות אחסון אנרגיה גרמה לכמה נתוני עבר כבר לא להועיל, כגון "אחסון אנרגיה באוויר דחוס במקום השני עם קיבולת מותקנת כוללת של 440MW, וסוללות נתרן-גופרית במקום השלישי, עם סולם קיבולת כולל של 440 MW. 316MW" וכו'. בנוסף, החדשות ש-Huawei חתמה על פרויקט אחסון האנרגיה "הגדול ביותר" בעולם עם 1300MW מהממת. עם זאת, על פי הנתונים הקיימים, 1300MWh אינו פרויקט אחסון האנרגיה המשמעותי ביותר בעולם. פרויקט אגירת האנרגיה המרכזי והגדול ביותר שייך לאחסון שאוב. עבור טכנולוגיות אגירת אנרגיה פיזית כמו אגירת אנרגיית מלח, במקרה של אגירת אנרגיה אלקטרוכימית, 1300MWh אינו הפרויקט המשמעותי ביותר (ייתכן שזה גם עניין של קליבר סטטיסטי). הקיבולת הנוכחית של מוס נחיתה מרכז אחסון אנרגיה הגיעה ל-1600MWh (כולל 1200MWh בשלב השני, 400MWh בשלב השני). ובכל זאת, הכניסה של Huawei הבהירה את תעשיית אחסון האנרגיה על הבמה.
נכון לעכשיו, טכנולוגיות אחסון אנרגיה ממוסחרות ופוטנציאליות יכולות לסווג לאגירת אנרגיה מכנית, אגירת אנרגיה תרמית, אגירת אנרגיה חשמלית, אגירת אנרגיה כימית ואגירת אנרגיה אלקטרוכימית. פיזיקה וכימיה זהות במהותן, אז בואו נסווג אותן לפי החשיבה של קודמינו לעת עתה.
- אגירת אנרגיה מכנית / אחסון תרמי ואחסון קר
אחסון שאוב:
ישנם שני מאגרים עליונים ותחתונים, שאיבת מים למאגר העליון במהלך אגירת אנרגיה וניקוז מים למאגר התחתון במהלך ייצור החשמל. הטכנולוגיה בשלה. עד סוף 2020, הקיבולת המותקנת העולמית של קיבולת אחסון שאובה הייתה 159 מיליון קילוואט, המהווה 94% מכלל קיבולת אגירת האנרגיה. נכון לעכשיו, המדינה שלי הפעילה סך של 32.49 מיליון קילוואט של תחנות כוח אחסון שאוב; ההיקף המלא של תחנות כוח אחסון שאוב בבנייה הוא 55.13 מיליון קילוואט. קנה המידה של הבנייה והבנייה נמצא במקום הראשון בעולם. ההספק המותקן של תחנת כוח לאגירת אנרגיה יכול להגיע לאלפי מגוואט, ייצור החשמל השנתי יכול להגיע לכמה מיליארדי קילוואט, ומהירות ההתחלה השחורה יכולה להיות בסדר גודל של דקות ספורות. נכון לעכשיו, תחנת הכוח הגדולה ביותר לאחסון אנרגיה הפועלת בסין, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, בעלת הספק מותקן של 3.6 מיליון קילוואט ויכולת ייצור חשמל שנתית של 6.6 מיליארד קילוואט (שיכולה לספוג 8.8 מיליארד קילוואט של כוח עודף, ביעילות של כ-75%). זמן התחלה שחור 3-5 דקות. למרות שאחסון שאוב נחשב בדרך כלל כבעל החסרונות של בחירת אתר מוגבלת, מחזור השקעה ארוך והשקעה משמעותית, היא עדיין הטכנולוגיה הבוגרת ביותר, הפעולה הבטוחה ביותר ואמצעי אחסון האנרגיה בעלות הנמוכה ביותר. מינהל האנרגיה הלאומי פרסם את תוכנית הפיתוח לטווח בינוני וארוך לאחסון שאוב (2021-2035).
עד 2025, היקף הייצור הכולל של אחסון שאוב יהיה יותר מ-62 מיליון קילוואט; עד 2030, היקף הייצור המלא יהיה כ-120 מיליון קילוואט; עד שנת 2035, תיווצר תעשיית אחסון שאובה מודרנית העונה על הצרכים של פיתוח בפרופורציות גבוהות ובקנה מידה גדול של אנרגיה חדשה.
Hebei Fengning תחנת כוח לאחסון שאוב - מאגר תחתון
אחסון אנרגיית אוויר דחוס:
כאשר עומס החשמל נמוך, האוויר נדחס ונאגר באמצעות חשמל (בדרך כלל מוחזק במערות מלח תת קרקעיות, מערות טבעיות וכו'). כאשר צריכת החשמל מגיעה לשיא, האוויר בלחץ הגבוה משתחרר כדי להניע את הגנרטור לייצור חשמל.
אחסון אנרגיית אוויר דחוס
אחסון אנרגיה באוויר דחוס נחשב בדרך כלל לטכנולוגיה השנייה המתאימה ביותר לאחסון אנרגיה בקנה מידה גדול של GW לאחר אחסון שאוב. ובכל זאת, הוא מוגבל על ידי תנאי בחירת האתר המחמירים יותר, עלות ההשקעה הגבוהה ויעילות אחסון האנרגיה בהשוואה לאחסון שאוב. נמוכה, ההתקדמות המסחרית של אגירת אנרגיה באוויר דחוס היא איטית. עד ספטמבר השנה (2021), פרויקט הדגמת הבדיקה הלאומית של אגירת אנרגיה באוויר דחוס בקנה מידה גדול - Jiangsu Jintan Salt Cave, פרויקט הדגמת מבחן לאומי של אחסון אנרגיה דחוסה של ג'יאנגסו ג'ינטן, זה עתה חובר לרשת. ההספק המותקן של השלב הראשון של הפרויקט הוא 60MW, ויעילות המרת ההספק היא כ-60%; היקף הבנייה לטווח ארוך של הפרויקט יגיע ל-1000MW. באוקטובר 2021, מערכת אחסון אנרגיית אוויר דחוס המתקדמת הראשונה של 10 מגה-וואט שפותחה באופן עצמאי על ידי ארצי חוברה לרשת בביג'י, גויז'ו. אפשר לומר שהדרך המסחרית של אחסון אנרגיית אוויר קומפקטית רק התחילה, אבל העתיד מבטיח.
פרויקט אגירת אנרגיה באוויר דחוס Jintan.
אחסון אנרגיית מלח מותך:
אגירת אנרגיית מלח מותכת, בדרך כלל בשילוב עם ייצור אנרגיה תרמית סולארית, מרכזת את אור השמש ואוגרת חום במלח מותך. בעת הפקת חשמל, חום מלח מותך משמש לייצור חשמל, ורובם מייצרים קיטור להנעת מחולל טורבינה.
אחסון חום מלח מותך
הם צעקו תחנת כוח תרמית סולארית בתחנת הכוח התרמית הסולארית הגדולה ביותר בסין. פרויקט Delingha 100 MW CSP עם קיבולת מותקנת גדולה יותר החל בבנייה. זמן אחסון האנרגיה שלו יכול להגיע ל-135 שעות. ההשקעה הכוללת של הפרויקט היא 11 מיליארד יואן. הוא מתוכנן להיות מחובר רשמית לרשת לפני 3.126 בספטמבר 30, והוא יכול לייצר כ-2022 מיליון קוט"ש של חשמל מדי שנה.
תחנת Dunhuang CSP
טכנולוגיות אגירת אנרגיה פיזית כוללות אחסון אנרגיה בגלגל תנופה, אחסון אנרגיית אחסון קר וכו'.
- אחסון אנרגיה חשמלית:
קבל-על: מוגבל על ידי צפיפות האנרגיה הנמוכה שלו (ראה להלן) ופריקה עצמית חמורה, הוא משמש כיום רק במגוון קטן של שחזור אנרגיית רכב, גילוח שיא מיידי ומילוי עמק. יישומים אופייניים הם נמל המים העמוקים של שנחאי יאנגשאן, שבו 23 מנופים משפיעים באופן משמעותי על רשת החשמל. כדי להפחית את ההשפעה של מנופים על רשת החשמל, מותקנת מערכת אחסון אנרגיה של קבלים-על של 3MW/17.2KWh כמקור גיבוי, שיכול לספק באופן רציף אספקת חשמל של 20 שניות.
אגירת אנרגיה מוליך-על: הושמט
- אחסון אנרגיה אלקטרוכימית:
מאמר זה מסווג אחסון אנרגיה אלקטרוכימית מסחרית לקטגוריות הבאות:
סוללות עופרת-חומצה, עופרת-פחמן
זרימת סוללה
סוללות מתכת-יון, כולל סוללות ליתיום-יון, סוללות נתרן-יון וכו'.
סוללות מתכת-גופרית/חמצן/אוויר נטענות
אַחֵר
סוללות עופרת-חומצה ועופרת-פחמן: כטכנולוגיית אחסון אנרגיה בוגרת, סוללות עופרת נמצאות בשימוש נרחב בהפעלת מכוניות, אספקת כוח גיבוי לתחנות כוח של תחנות בסיס תקשורת וכו'. לאחר האלקטרודה השלילית Pb של סוללת העופרת-חומצה. מסומם בחומרי פחמן, סוללת העופרת-פחמן יכולה לשפר ביעילות את בעיית פריקת היתר. לפי הדו"ח השנתי של Tianneng לשנת 2020, פרויקט אחסון אנרגיה עופרת-פחמן של 12MW/48MWh של תחנת ה-State Grid Zhicheng (Jinling Substation) שהושלמה על ידי החברה היא תחנת הכוח הראשונה לאחסון אנרגיה עופרת-פחמן במחוז ג'ג'יאנג ואפילו בכל המדינה.
סוללת זרימה: סוללת הזרימה מורכבת בדרך כלל מנוזל המאוחסן במיכל הזורם דרך האלקטרודות. הטעינה והפריקה מושלמות דרך קרום חילופי היונים; עיין באיור למטה.
סכימה של סוללת זרימה
בכיוון של סוללת זרימת כל ונדיום הייצוגית יותר, פרויקט Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, שהושלם על ידי מכון דאליאן לפיזיקה כימית ו-Dalian Rongke Energy Storage, הייתה מערכת אחסון האנרגיה הנרחבת ביותר של סוללת זרימת ונדיום. העולם באותה תקופה, שנמצא כעת בשלבי בנייה. מערכת אחסון האנרגיה של סוללת זרימת חיזור מלא ונדיום בקנה מידה גדול יותר מגיעה ל-200MW/800MWh.
סוללת מתכת-יון: טכנולוגיית אחסון האנרגיה האלקטרוכימית הצומחת והנפוצה ביותר. ביניהן, סוללות ליתיום-יון נמצאות בשימוש נפוץ באלקטרוניקה, סוללות חשמל ותחומים אחרים, וגם היישומים שלהן באחסון אנרגיה הולכים וגדלים. כולל הפרויקטים הקודמים של Huawei בהקמה המשתמשים באחסון אנרגיה של סוללת ליתיום-יון, פרויקט אחסון האנרגיה הגדול ביותר של סוללת ליתיום-יון שנבנה עד כה הוא תחנת אחסון האנרגיה של Moss Landing המורכבת משלב I 300MW/1200MWh ושלב II 100MW/400MWh, א. סך של 400MW/1600MWh.
סוללת ליתיום-יון
בשל המגבלה של כושר ייצור הליתיום ועלותם, החלפת יוני נתרן עם צפיפות אנרגיה נמוכה יחסית אך עתודות בשפע צפויות להוזיל את המחיר הפכה לנתיב פיתוח עבור סוללות ליתיום-יון. העיקרון והחומרים העיקריים שלו דומים לסוללות ליתיום-יון, אך הוא עדיין לא תועש בקנה מידה גדול. , מערכת אחסון האנרגיה של סוללת נתרן-יון שהופעלה בדוחות קיימים ראתה רק קנה מידה של 1MWh.
לסוללות אלומיניום-יון יש את המאפיינים של קיבולת תיאורטית גבוהה ורזרבות בשפע. זה גם כיוון מחקרי להחלפת סוללות ליתיום-יון, אבל אין מסלול מסחור ברור. חברה הודית שהפכה פופולרית הודיעה לאחרונה כי תמסחר את ייצור סוללות אלומיניום-יון בשנה הבאה ותבנה יחידת אחסון אנרגיה של 10MW. בוא נחכה ונראה.
חכה ותראה
סוללות מתכת-גופרית/חמצן/אוויר נטענות: כולל ליתיום-גופרית, ליתיום-חמצן/אוויר, נתרן-גופרית, סוללות אלומיניום-אוויר נטענות וכו', עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר מסוללות יונים. הנציג הנוכחי של המסחור הוא סוללות נתרן-גופרית. NGK היא כיום הספקית המובילה של מערכות סוללות נתרן-גופרית. קנה המידה העצום שהופעל הוא מערכת אחסון אנרגיה של סוללות נתרן-גופרית בנפח 108MW/648MWh באיחוד האמירויות הערביות.
- אגירת אנרגיה כימית: לפני עשרות שנים כתב שרדינגר שהחיים תלויים ברכישת אנטרופיה שלילית. אבל אם אתה לא מסתמך על אנרגיה חיצונית, האנטרופיה תגדל, ולכן החיים חייבים לקבל כוח. החיים מוצאים את דרכם, וכדי לאגור אנרגיה, צמחים ממירים אנרגיית שמש לאנרגיה כימית בחומר אורגני באמצעות פוטוסינתזה. אחסון אנרגיה כימית היה בחירה טבעית מההתחלה. אגירת אנרגיה כימית הייתה שיטת אחסון אנרגיה חזקה עבור בני אדם מאז היא הפכה וולט לערימות חשמליות. ובכל זאת, הניצול המסחרי של אגירת אנרגיה בקנה מידה גדול רק החל.
אחסון מימן, מתנול וכו': לאנרגיית מימן יש את היתרונות הבולטים של צפיפות אנרגיה גבוהה, ניקיון והגנה על הסביבה והיא נחשבת נרחבת כמקור אנרגיה אידיאלי בעתיד. המסלול של ייצור מימן → אחסון מימן → תא דלק כבר בדרך. נכון לעכשיו, יותר מ-100 תחנות תדלוק מימן נבנו בארצי, המדורגות בין המובילות בעולם, כולל תחנת תדלוק המימן הגדולה בעולם בבייג'ינג. עם זאת, בשל המגבלות של טכנולוגיית אגירת מימן והסיכון להתפוצצות מימן, אגירת מימן עקיפה המיוצגת על ידי מתנול עשויה להיות גם נתיב חיוני לאנרגיה עתידית, כמו טכנולוגיית "אור השמש הנוזלי" של הצוות של לי קאן במכון דאליאן לכימיה, האקדמיה הסינית למדעים.
סוללות מתכת-אוויר ראשוניות: מיוצגות על ידי סוללות אלומיניום-אוויר עם צפיפות אנרגיה תיאורטית גבוהה, אך יש התקדמות מועטה במסחור. Phinergy, חברה ייצוגית המוזכרת בדיווחים רבים, השתמשה בסוללות אלומיניום-אוויר לרכביה. אלף מייל, הפתרון המוביל באחסון אנרגיה הוא סוללות אבץ-אוויר נטענות.
