Коммерциялық энергияны сақтауға шолу

Жаңартылатын энергия көміртегі бейтараптығының ұзақ мерзімді жоспарының маңызды бөлігі болып табылады. Басқарылатын ядролық синтезге, ғарыштық тау-кен өндіруге және қысқа мерзімді перспективада коммерциялық бағыты жоқ гидроэнергетикалық ресурстарды ауқымды жетілген игеруге қарамастан, жел энергиясы және күн энергиясы қазіргі уақытта ең перспективалы жаңартылатын энергия көздері болып табылады. Дегенмен, олар жел мен жарық ресурстарымен шектеледі. Энергияны сақтау болашақ энергияны пайдаланудың маңызды бөлігі болады. Бұл мақала және одан кейінгі мақалалар негізінен іске асыру жағдайларына назар аударатын кең ауқымды коммерциялық энергия сақтау технологияларын қамтиды.

Соңғы жылдары энергия сақтау жүйелерінің жылдам құрылысы бұрынғы кейбір мәліметтерді бұдан былай пайдалы етпеді, мысалы, «сығымдалған ауадағы энергия сақтау қоймасы жалпы орнатылған қуаты 440 МВт екінші орында, ал натрий-күкіртті батареялар жалпы сыйымдылық шкаласы бойынша үшінші орында тұрды. 440 МВт. 316 МВт» және т.б. Сондай-ақ, Huawei компаниясының 1300 МВт/сағ қуаты бар әлемдегі «ең үлкен» энергия сақтау жобасына қол қойғаны туралы жаңалықтар таң қалдырады. Дегенмен, бар деректерге сәйкес, 1300 МВт/сағ дүние жүзінде энергия сақтаудың ең маңызды жобасы емес. Орталық энергия сақтаудың ең үлкен жобасы сорғылық қоймаға жатады. Тұз энергиясын сақтау сияқты физикалық энергияны сақтау технологиялары үшін электрохимиялық энергияны сақтау жағдайында 1300 МВт сағ ең маңызды жоба емес (бұл статистикалық калибрлі мәселе болуы мүмкін). Moss Landing энергия сақтау орталығының ағымдағы қуаты 1600 МВт сағ (соның ішінде екінші кезеңде 1200 МВт сағ, екінші кезеңде 400 МВт сағ) жетті. Дегенмен, Huawei-дің кіруі сахнада энергия сақтау саласын ерекше атап өтті.

Қазіргі уақытта коммерцияланған және потенциалды энергия сақтау технологияларын механикалық энергияны сақтау, жылу энергиясын сақтау, электр энергиясын сақтау, химиялық энергияны сақтау және электрохимиялық энергияны сақтау деп жіктеуге болады. Физика мен химия негізінен бір, сондықтан оларды әзірге алдыңғылардың ойлауына қарай жіктейік.

1. Механикалық энергияны сақтау / жылу сақтау және салқындату

Сорғылық сақтау:

Екі жоғарғы және төменгі су қоймалары бар, энергияны сақтау кезінде жоғарғы қабатқа суды айдау және электр энергиясын өндіру кезінде төменгі су қоймасына суды ағызу. Технология жетілген. 2020 жылдың соңына қарай сорғылық қоймалардың әлемдік белгіленген қуаты 159 миллион киловатт болды, бұл жалпы энергия сақтау сыйымдылығының 94%-ын құрайды. Қазіргі уақытта менің елімде жалпы қуаты 32.49 миллион киловатт сорғылық электр станциялары іске қосылды; салынып жатқан сорғылық электр станцияларының толық ауқымы 55.13 млн киловатт құрайды. Салынған және салынып жатқандардың ауқымы әлемде бірінші орында. Энергия жинақтаушы электр станциясының орнатылған қуаты мыңдаған МВт-қа жетуі мүмкін, жылдық электр энергиясын өндіру бірнеше миллиард кВт/сағ жетуі мүмкін және қара іске қосу жылдамдығы бірнеше минутқа дейін болуы мүмкін. Қазіргі уақытта Қытайда жұмыс істеп тұрған ең ірі энергия жинақтаушы электр станциясы Хэбэй Фэннинг сорғы электр станциясының белгіленген қуаты 3.6 миллион киловатт және жылдық қуаты 6.6 миллиард кВт/сағ (ол 8.8 миллиард кВт/сағ артық қуатты сіңіре алады). тиімділігі шамамен 75% құрайды. Қара басталу уақыты 3-5 минут. Сорылатын қойманың, әдетте, шектеулі учаскені таңдаудың, ұзақ инвестициялау циклінің және айтарлықтай инвестицияның кемшіліктері бар деп есептелсе де, ол әлі де ең жетілген технология, ең қауіпсіз жұмыс және ең арзан энергия сақтау құралы болып табылады. Ұлттық энергетика әкімшілігі сорғылық қоймаларды (2021-2035) орта және ұзақ мерзімді дамыту жоспарын шығарды.

2025 жылға қарай айдалатын қойманың жалпы өндірістік ауқымы 62 миллион киловатттан асады; 2030 жылға қарай өндірістің толық ауқымы шамамен 120 миллион киловатт болады; 2035 жылға қарай жаңа энергетиканы жоғары пропорционалды және ауқымды игеру қажеттіліктерін қанағаттандыратын заманауи сорғылық сақтау саласы қалыптасады.

Хэбэй Фэннинг сорғы электр станциясы - төменгі су қоймасы

Сығылған ауа энергиясын сақтау:

Электр жүктемесі аз болған кезде ауа сығылып, электр энергиясымен жинақталады (әдетте жер асты тұзды үңгірлерде, табиғи үңгірлерде және т.б. сақталады). Электр энергиясын тұтыну шыңына жеткенде, жоғары қысымды ауа генераторды электр энергиясын өндіру үшін қозғау үшін шығарылады.

қысылған ауа энергиясын сақтау

Сығылған ауа энергиясын сақтау, әдетте, сорғылық сақтаудан кейін ГВт ауқымды энергияны сақтау үшін ең қолайлы екінші технология болып саналады. Дегенмен, ол сорғылық қоймаға қарағанда учаскені таңдаудың қатаң шарттарымен, жоғары инвестициялық құнымен және энергияны сақтау тиімділігімен шектеледі. Төмен, сығылған ауа энергиясын сақтаудың коммерциялық прогрессі баяу. Осы жылдың қыркүйек айына дейін (2021) менің елімдегі бірінші ауқымды сығылған ауа энергиясын сақтау жобасы - Цзянсу Цзиньтан тұз үңгіріндегі қысылған ауа энергиясын сақтаудың ұлттық сынақ көрсету жобасы желіге енді ғана қосылды. Жобаның бірінші кезеңінің белгіленген қуаты 60 МВт, ал қуатты түрлендіру тиімділігі шамамен 60% құрайды; жобаның ұзақ мерзімді құрылыс ауқымы 1000 МВт-қа жетеді. 2021 жылдың қазан айында менің елім дербес әзірлеген алғашқы 10 МВт жетілдірілген қысылған ауа энергиясын сақтау жүйесі Бицзе, Гуйчжоу қаласындағы желіге қосылды. Ықшам ауа энергиясын сақтаудың коммерциялық жолы енді ғана басталды деп айтуға болады, бірақ болашағы зор.

Цзиньтан қысылған ауа энергиясын сақтау жобасы.

Балқытылған тұздың энергияны сақтауы:

Балқытылған тұз энергиясын сақтау, әдетте, күн жылу энергиясын өндірумен үйлеседі, күн сәулесін шоғырландырады және балқыған тұзда жылуды сақтайды. Электр энергиясын өндіру кезінде балқытылған тұз жылуы электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылады және олардың көпшілігі турбиналық генераторды жүргізу үшін бу шығарады.

балқытылған тұз жылуды сақтау

Олар Қытайдағы ең үлкен күн жылу электр станциясындағы Hi-Tech Dunhuang 100 МВт балқытылған тұз мұнарасы күн жылу электр станциясын айғайлады. Үлкен орнатылған қуаты бар Делингха 135 МВт CSP жобасының құрылысы басталды. Оның энергияны сақтау уақыты 11 сағатқа жетуі мүмкін. Жобаның жалпы инвестициясы 3.126 миллиард юаньды құрайды. 30 жылдың 2022 қыркүйегіне дейін желіге ресми қосылуы жоспарлануда және ол жыл сайын шамамен 435 миллион кВт/сағ электр энергиясын өндіре алады.

Дунхуан CSP станциясы

Физикалық энергияны сақтау технологияларына маховиктік энергияны сақтау, салқындатқыш энергияны сақтау және т.б.

2. Электр энергиясын сақтау:

Суперконденсатор: Төмен энергия тығыздығымен (төменде қараңыз) және қатты өздігінен разрядталуымен шектелген, ол қазіргі уақытта көлік энергиясын қалпына келтірудің, лезде ең жоғары қырынудың және алқапты толтырудың шағын ауқымында ғана қолданылады. Әдеттегі қолданбалар Шанхай Яншан терең су порты болып табылады, мұнда 23 кран электр желісіне айтарлықтай әсер етеді. Крандардың электр желісіне әсерін азайту үшін резервтік көз ретінде 3МВт/17.2КВт/сағ суперконденсаторлық энергия сақтау жүйесі орнатылған, ол үздіксіз 20 секундтық электрмен жабдықтауды қамтамасыз ете алады.

Асқын өткізгіш энергияны сақтау: өткізілмеді

3. Электрохимиялық энергияны сақтау:

Бұл мақала коммерциялық электрохимиялық энергияны сақтауды келесі санаттарға жіктейді:

Қорғасын-қышқылды, қорғасын-көміртекті аккумуляторлар

ағынды батарея

Металл-иондық аккумуляторлар, соның ішінде литий-иондық батареялар, натрий-иондық батареялар және т.б.

Қайта зарядталатын металл-күкірт/оттегі/ауа батареялары

басқа

Қорғасын-қышқылды және қорғасын-көміртекті аккумуляторлар: жетілген энергияны сақтау технологиясы ретінде қорғасын-қышқылды аккумуляторлар автомобильдерді іске қосуда кеңінен қолданылады, байланыс базалық станциясының электр станциялары үшін резервтік қуат көзі және т.б. Қорғасын-қышқылды аккумулятордың Pb теріс электродынан кейін. көміртекті материалдармен легирленген болса, қорғасын-көміртекті батарея шамадан тыс разряд мәселесін тиімді түрде жақсарта алады. Tianneng компаниясының 2020 жылғы жылдық есебіне сәйкес, компания аяқтаған 12МВт/48МВт/сағ қорғасын-көміртекті энергияны сақтауға арналған мемлекеттік желі Чжичэн (Цзиньлин қосалқы станциясы) жобасы Чжэцзян провинциясындағы және тіпті бүкіл елдегі бірінші өте үлкен қорғасын-көміртекті энергияны сақтау электр станциясы болып табылады.

Ағынды батарея: Ағынды батарея әдетте электродтар арқылы ағып жатқан контейнерде сақталған сұйықтықтан тұрады. Зарядтау және разряд ион алмасу мембранасы арқылы аяқталады; төмендегі суретті қараңыз.

Батарея ағынының схемасы

Неғұрлым өкілді толық ванадий ағыны батареясы бағытында, Далянь химиялық физика институты және Далянь Рунгке энергияны сақтау институты аяқтаған Гуодиан Лонгюань, 5МВт/10МВт/сағ жобасы 200-800 жылдардағы ең ауқымды толық ванадий ағыны бар аккумулятор энергиясын сақтау жүйесі болды. Қазіргі уақытта салынып жатқан сол уақыттағы әлем кең ауқымды толық ванадий-тотықсыздандырғыш ағынды аккумуляторлық энергияны сақтау жүйесі XNUMXМВт/XNUMXМВт/сағ жетеді.

Металл-иондық аккумулятор: ең жылдам дамып келе жатқан және кеңінен қолданылатын электрохимиялық энергияны сақтау технологиясы. Олардың ішінде литий-ионды аккумуляторлар әдетте тұрмыстық электроникада, қуат батареяларында және басқа салаларда қолданылады және олардың энергияны сақтаудағы қолданылуы да артып келеді. Литий-ионды аккумулятордың энергиясын сақтауды пайдаланатын бұрынғы салынып жатқан Huawei жобаларын қоса алғанда, осы уақытқа дейін салынған литий-ионды батареяларды энергияны сақтаудың ең үлкен жобасы I фазадан 300МВт/1200МВт/сағ және II кезеңнен 100МВт/400МВт/сағ тұратын Moss Landing энергия сақтау станциясы. жалпы 400 МВт/1600 МВт сағ.

Литий-иондық батарея

Литий өндірісінің қуаттылығы мен құнының шектелуіне байланысты, натрий иондарын салыстырмалы түрде төмен энергия тығыздығымен ауыстыру, бірақ бағаны төмендету үшін мол қорлар литий-ионды аккумуляторларды дамыту жолына айналды. Оның принципі мен негізгі материалдары литий-иондық аккумуляторларға ұқсас, бірақ ол әлі де кең ауқымда өнеркәсіпке енген жоқ. , қолданыстағы есептер пайдалануға енгізілген натрий-иондық батарея энергия сақтау жүйесі тек 1 МВт сағ масштабты көрді.

Алюминий-иондық аккумуляторлар жоғары теориялық сыйымдылық пен мол қорлардың сипаттамаларына ие. Бұл сондай-ақ литий-иондық батареяларды ауыстырудың ғылыми бағыты, бірақ коммерцияландырудың нақты бағыты жоқ. Жақында танымал болған үнділік компания келесі жылы алюминий-иондық аккумуляторлар өндірісін коммерцияландыратынын және 10 МВт қуат сақтау блогын салатынын хабарлады. Күтейік, көрейік.

күте тұрыңыз

Қайта зарядталатын металл-күкірт/оттегі/ауа батареялары: иондық батареяларға қарағанда энергия тығыздығы жоғары литий-күкіртті, литий-оттегі/ауа, натрий-күкіртті, қайта зарядталатын алюминий-ауа батареяларын және т.б.. Коммерцияландырудың қазіргі өкілі натрий-күкіртті аккумуляторлар болып табылады. Қазіргі уақытта NGK натрий-күкіртті аккумуляторлық жүйелердің жетекші жеткізушісі болып табылады. Біріккен Араб Әмірліктеріндегі 108МВт/648МВт натрий-күкіртті аккумуляторлық қуат сақтау жүйесі пайдалануға берілген орасан зор ауқым.

4. Химиялық энергияны сақтау: Шредингер ондаған жылдар бұрын өмір теріс энтропияны алуға байланысты деп жазған. Бірақ егер сіз сыртқы энергияға сенбесеңіз, энтропия артады, сондықтан өмір күшке ие болуы керек. Тіршілік өз жолын тауып, энергияны жинақтау үшін өсімдіктер фотосинтез арқылы күн энергиясын органикалық заттардың химиялық энергиясына айналдырады. Химиялық энергияны сақтау әуел бастан табиғи таңдау болды. Химиялық энергияны сақтау адам үшін қуатты энергияны сақтаудың сенімді әдісі болды, өйткені ол вольтты электр стекаларына айналдырды. Дегенмен, ауқымды энергия сақтау қоймаларын коммерциялық пайдалану енді ғана басталды.

Сутегі қоймасы, метанол және т.б.: Сутегі энергиясы жоғары энергия тығыздығы, тазалық және қоршаған ортаны қорғаудың тамаша артықшылықтарына ие және болашақта идеалды энергия көзі ретінде кеңінен қарастырылады. Сутегін өндіру→сутегі қоймасы→отын ұяшығы жолында. Қазіргі уақытта менің елімде 100-ден астам сутегі жанармай құю станциялары салынды, олар әлемде алдыңғы қатарда, оның ішінде Бейжіңдегі әлемдегі ең үлкен сутегі жанармай құю станциясы. Дегенмен, сутегі сақтау технологиясының шектеулеріне және сутегінің жарылу қаупіне байланысты метанолмен ұсынылған жанама сутегі қоймасы да Далянь институтындағы Ли Кан командасының «сұйық күн сәулесі» технологиясы сияқты болашақ энергия үшін маңызды жол болуы мүмкін. Қытай ғылым академиясының химия ғылымдарының докторы.

Металл-ауа бастапқы батареялары: жоғары теориялық энергия тығыздығы бар алюминий-ауа батареяларымен ұсынылған, бірақ коммерцияландыруда ілгерілеушілік аз. Көптеген есептерде айтылған Phinergy өкілдік компаниясы көліктері үшін алюминий-ауа батареяларын пайдаланды. Мың миль, энергияны сақтаудағы жетекші шешім - қайта зарядталатын мырыш-ауа батареялары.