Yfirlit yfir orkugeymslu í atvinnuskyni

Endurnýjanleg orka er ómissandi hluti af langtímaáætlun um kolefnishlutleysi. Burtséð frá stjórnanlegum kjarnorkusamruna, geimnámu og stórfelldri uppbyggingu vatnsaflsauðlinda sem ekki eiga sér viðskiptalegan farveg til skamms tíma, eru vindorka og sólarorka vænlegustu endurnýjanlegu orkugjafarnir um þessar mundir. Samt sem áður takmarkast þeir af vindi og léttum auðlindum. Orkugeymsla verður ómissandi hluti af orkunýtingu framtíðarinnar. Þessi grein og síðari greinar munu innihalda stórfellda orkugeymslutækni í atvinnuskyni, aðallega með áherslu á innleiðingarmál.

Undanfarin ár hefur hröð uppbygging orkugeymslukerfa gert það að verkum að sum fyrri gögn hafa ekki lengur gagn af, svo sem „þjappað loftorkugeymsla í öðru sæti með uppsett heildarafköst upp á 440MW, og natríum-brennisteinsrafhlöður í þriðja sæti, með heildarafkastagetu af 440 MW. 316MW" o.s.frv. Að auki eru fréttirnar um að Huawei hafi skrifað undir "stærsta" orkugeymsluverkefni heims með 1300MWst yfirþyrmandi. Hins vegar, samkvæmt fyrirliggjandi gögnum, er 1300MWh ekki mikilvægasta orkugeymsluverkefnið á heimsvísu. Stærsta orkugeymsluverkefnið tilheyrir dælugeymslum. Fyrir líkamlega orkugeymslutækni eins og saltorkugeymslu, þegar um er að ræða rafefnafræðilega orkugeymslu, er 1300MWh ekki mikilvægasta verkefnið (það getur líka verið spurning um tölfræðilega stærð). Núverandi afkastageta Moss Landing Energy Storage Center er komin í 1600MWh (þar af 1200MWh í öðrum áfanga, 400MWh í öðrum áfanga). Samt sem áður hefur innganga Huawei vakið athygli á orkugeymsluiðnaðinum á sviðinu.

Eins og er getur markaðssett og hugsanleg orkugeymslutækni flokkað í vélrænni orkugeymslu, varmaorkugeymslu, raforkugeymslu, efnaorkugeymslu og rafefnaorkugeymslu. Eðlisfræði og efnafræði eru í meginatriðum þau sömu, svo við skulum flokka þau eftir hugsun forvera okkar í bili.

1. Vélræn orkugeymsla / hitageymsla og frystigeymsla

Dælt geymsla:

Efri og neðri lónin eru tvö, dæla vatni í efra lónið við orkugeymslu og tæma vatn í neðra lónið við virkjun. Tæknin er þroskuð. Í lok árs 2020 var alþjóðlegt uppsett afkastagetu dælt geymslurýmis 159 milljónir kílóvött, sem samsvarar 94% af heildarorkugeymslugetu. Sem stendur hefur land mitt tekið í notkun samtals 32.49 milljónir kílóvötta af dæluaflsvirkjunum; heildarumfang dæluaflsvirkjana í byggingu er 55.13 milljónir kílóvötta. Umfang bæði byggðra og í smíðum er í fyrsta sæti í heiminum. Uppsett afl orkubirgðastöðvar getur numið þúsundum MW, árleg raforkuframleiðsla getur náð nokkrum milljörðum kWh og svartur ræsihraði getur verið á bilinu nokkrar mínútur. Sem stendur er stærsta orkugeymslustöðin sem starfrækt er í Kína, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, með uppsett afl upp á 3.6 milljónir kílóvött og árlega raforkuframleiðslugetu upp á 6.6 milljarða kWst (sem getur tekið upp 8.8 milljarða kWst af umframafli, með um 75% nýtni. Svartur upphafstími 3-5 mínútur. Þrátt fyrir að dælug geymsla sé almennt talin hafa ókosti takmarkaðs staðarvals, langrar fjárfestingarlotu og umtalsverðrar fjárfestingar, þá er það samt fullþroskaða tæknin, öruggasta reksturinn og lægsta orkugeymslan. Orkustofnun hefur gefið út þróunaráætlun til meðallangs og lengri tíma fyrir dældar geymslur (2021-2035).

Árið 2025 mun heildarframleiðsla á dældum geymslum vera meira en 62 milljónir kílóvötta; árið 2030 mun heildarframleiðslan vera um 120 milljónir kílóvötta; fyrir árið 2035 mun nútímalegur dælugeymsluiðnaður myndast sem uppfyllir þarfir mikillar og stórfelldrar þróunar nýrrar orku.

Hebei Fengning Pumped Storage Power Station - Neðra lón

Geymsla þrýstilofts orku:

Þegar rafmagnsálagið er lágt er loftið þjappað saman og geymt með rafmagni (venjulega haldið í neðanjarðar salthellum, náttúrulegum hellum osfrv.). Þegar raforkunotkunin nær hámarki losnar háþrýstiloftið til að knýja rafalinn til að framleiða rafmagn.

orkugeymsla fyrir þjappað loft

Þjappað loftorkugeymsla er almennt talin önnur hentugasta tæknin fyrir stóra orkugeymslu í GW-skala á eftir dælugeymslu. Samt sem áður takmarkast það af strangari skilyrðum fyrir vali á staðnum, háum fjárfestingarkostnaði og orkugeymsluhagkvæmni en dæld geymsla. Lítil, viðskiptaleg framfarir í orkugeymslu þjappaðs lofts eru hægar. Þangað til í september á þessu ári (2021) hefur fyrsta stórfellda þjappað loftorkugeymsluverkefni landsins míns - Jiangsu Jintan Salt Cave Þrýstiloftsorkugeymsla landsprófssýningarverkefnið, verið tengt við netið. Uppsett afl fyrsta áfanga verkefnisins er 60MW, og orkubreytingarnýtingin er um 60%; langtímabyggingarskala verkefnisins mun ná 1000MW. Í október 2021 var fyrsta 10 MW háþróaða orkugeymslukerfið fyrir þjappað loft, þróað sjálfstætt af landi mínu, tengt við netið í Bijie, Guizhou. Það má segja að atvinnuvegur fyrir þétta loftorkugeymslu sé nýhafinn, en framtíðin lofar góðu.

Jintan orkugeymsluverkefni fyrir þjappað loft.

Orkugeymsla bráðins salts:

Orkugeymsla bráðins salts, almennt ásamt sólarvarmaorkuframleiðslu, einbeitir sólarljósi og geymir hita í bráðnu salti. Við raforkuframleiðslu er bráðinn salthiti notaður til að framleiða rafmagn og flestir mynda gufu til að knýja túrbínurafall.

hitageymsla bráðins salts

Þeir hrópuðu Hi-Tech Dunhuang 100MW brætt saltturn sólarvarmastöð í stærstu sólarvarmastöð Kína. Delingha 135 MW CSP verkefnið með stærra uppsett afl hefur hafið byggingu. Orkugeymslutími þess getur náð 11 klukkustundum. Heildarfjárfesting verkefnisins er 3.126 milljarðar júana. Stefnt er að því að vera formlega tengdur við netið fyrir 30. september 2022 og getur það framleitt um 435 milljónir kWst af raforku á hverju ári.

Dunhuang CSP stöð

Líkamleg orkugeymsla tækni felur í sér orkugeymslu svifhjóls, orkugeymslu í frystigeymslu osfrv.

2. Geymsla raforku:

Ofurþétti: Takmarkaður af litlum orkuþéttleika (sjá hér að neðan) og alvarlegri sjálfsafhleðslu, hann er sem stendur aðeins notaður í litlum sviðum orkunýtingar ökutækja, tafarlausrar hámarksraksturs og dalafyllingar. Dæmigert forrit eru Shanghai Yangshan Deepwater Port, þar sem 23 kranar hafa veruleg áhrif á raforkukerfið. Til að draga úr áhrifum krana á raforkukerfið er 3MW/17.2KWh ofurþétta orkugeymslukerfi sett upp sem varauppspretta, sem getur stöðugt veitt 20s raforku.

Ofurleiðandi orkugeymsla: sleppt

3. Geymsla rafefnaorku:

Þessi grein flokkar rafefnafræðilega orkugeymslu í atvinnuskyni í eftirfarandi flokka:

Blý-sýru, blý-kolefni rafhlöður

flæði rafhlöðu

Málmjónarafhlöður, þar á meðal litíumjónarafhlöður, natríumjónarafhlöður osfrv.

Endurhlaðanlegar málm-brennisteins-/súrefnis-/loftrafhlöður

annað

Blýsýru- og blýkolefnisrafhlöður: Sem þroskuð orkugeymslutækni eru blýsýrurafhlöður mikið notaðar í gangsetningu bíla, varaaflgjafa fyrir samskiptastöðvarstöðvar osfrv. Eftir Pb neikvæða rafskaut blýsýru rafhlöðunnar er dópað með kolefnisefnum, getur blý-kolefni rafhlaðan í raun bætt ofhleðslu vandamálið. Samkvæmt ársskýrslu Tianneng 2020 er State Grid Zhicheng (Jinling tengivirki) 12MW/48MWh blý-kolefnis orkugeymsluverkefni sem fyrirtækið kláraði fyrsta ofurstóra blý-kolefnis orkugeymslustöðin í Zhejiang héraði og jafnvel öllu landinu.

Flæðisrafhlaða: Flæðisrafhlaðan samanstendur venjulega af vökva sem geymdur er í íláti sem flæðir í gegnum rafskautin. Hleðslunni og losuninni er lokið í gegnum jónaskiptahimnuna; vísa til myndarinnar hér að neðan.

Flæði rafhlaða skýringarmynd

Í átt að dæmigerðri vanadíumflæðisrafhlöðunni, Guodian Longyuan, 5MW/10MWst verkefnið, lokið af Dalian Institute of Chemical Physics og Dalian Rongke Energy Storage, var umfangsmesta orkugeymsla rafhlöðunnar með öllu vanadíumflæði í heiminum á þeim tíma, sem nú er í smíðum. Stærra rafhlaða-orkugeymslukerfi með öllu vanadíum redoxflæði nær 200MW/800MWst.

Metal-ion rafhlaða: hraðast vaxandi og mest notaða rafefnafræðilega orkugeymslutækni. Meðal þeirra eru litíumjónarafhlöður almennt notaðar í rafeindatækni, rafhlöðum og öðrum sviðum og notkun þeirra í orkugeymslu er einnig að aukast. Að meðtöldum fyrri Huawei verkefnum í smíðum sem nota litíumjón rafhlöðuorkugeymslu, stærsta litíumjón rafhlöðuorkugeymsluverkefnið sem byggt hefur verið hingað til er Moss Landing orkugeymslustöðin sem samanstendur af áfanga I 300MW/1200MWh og Phase II 100MW/400MWh, a samtals 400MW/1600MWst.

Litíum-rafhlaðan

Vegna takmörkunar á framleiðslugetu og kostnaði litíums hefur það orðið þróunarleið fyrir litíumjónarafhlöður að skipta um natríumjónir með tiltölulega lágan orkuþéttleika en búist er við að mikill forði lækki verðið. Meginreglan og aðalefnin eru svipuð og litíumjónarafhlöður, en það hefur ekki enn verið iðnvætt í stórum stíl. , Natríumjónarafhlöðuorkugeymslukerfið sem tekið er í notkun í núverandi skýrslum hefur aðeins séð mælikvarða 1MWh.

Áljónarafhlöður hafa einkenni mikillar fræðilegrar afkastagetu og mikla varaforða. Það er líka rannsóknarstefna að skipta um litíumjónarafhlöður, en það er engin skýr markaðssetning leið. Indverskt fyrirtæki sem hefur náð vinsældum tilkynnti nýlega að það muni markaðssetja framleiðslu á áljónarafhlöðum á næsta ári og mun byggja 10MW orkugeymslueiningu. Við skulum bíða og sjá.

bíða og sjá

Endurhlaðanlegar málmbrennisteins-/súrefnis-/loftrafhlöður: þar með talið litíum-brennisteini, litíum-súrefni/loft, natríum-brennisteini, endurhlaðanlegar ál-loftrafhlöður osfrv., Með meiri orkuþéttleika en jónarafhlöður. Núverandi fulltrúi markaðssetningar eru natríum-brennisteinsrafhlöður. NGK er nú leiðandi birgir natríum-brennisteins rafhlöðukerfa. Hið gríðarlega umfang sem hefur verið tekið í notkun er 108MW/648MWh natríum-brennisteins rafhlöðuorkugeymslukerfi í Sameinuðu arabísku furstadæmunum.

4. Geymsla efnaorku: Fyrir áratugum skrifaði Schrödinger að lífið væri háð því að öðlast neikvæða óreiðu. En ef þú treystir ekki á ytri orku mun óreiðu aukast, svo lífið verður að taka við völdum. Lífið ratar og til að geyma orku breyta plöntur sólarorku í efnaorku í lífrænum efnum með ljóstillífun. Geymsla efnaorku hefur verið eðlilegur kostur frá upphafi. Geymsla efnaorku hefur verið öflug orkugeymsluaðferð fyrir manneskjur síðan hún gerði volt í rafmagnsstafla. Samt sem áður er nýting á stórfelldri orkugeymslu nýhafin.

Vetnisgeymsla, metanól o.s.frv.: Vetnisorka hefur framúrskarandi kosti mikillar orkuþéttleika, hreinleika og umhverfisverndar og er almennt talin tilvalinn orkugjafi í framtíðinni. Leið vetnisframleiðslu→vetnisgeymsla→eldsneytisfrumur er þegar á leiðinni. Í augnablikinu hafa meira en 100 vetniseldsneytisstöðvar verið reistar í mínu landi, sem eru meðal þeirra efstu í heiminum, þar á meðal stærsta vetniseldsneytisstöð heims í Peking. Hins vegar, vegna takmarkana vetnisgeymslutækni og hættu á vetnissprengingu, getur óbein vetnisgeymsla, táknuð með metanóli, einnig verið nauðsynleg leið fyrir framtíðarorku, eins og "fljótandi sólarljós" tækni lið Li Can hjá Dalian Institute í efnafræði, Kínverska vísindaakademían.

Aðalrafhlöður úr málmi og lofti: táknaðar með ál-loftrafhlöðum með háan fræðilegan orkuþéttleika, en litlar framfarir eru í markaðssetningu. Phinergy, umboðsfyrirtæki sem nefnt er í mörgum skýrslum, notaði ál-loftrafhlöður í farartæki sín. Eitt þúsund mílur, leiðandi lausnin í orkugeymslu eru endurhlaðanlegar sink-loft rafhlöður.