Gambaran keseluruhan storan tenaga komersial

Tenaga boleh diperbaharui adalah bahagian penting dalam rancangan jangka panjang untuk neutraliti karbon. Tanpa mengira gabungan nuklear yang boleh dikawal, perlombongan angkasa lepas, dan pembangunan sumber kuasa hidro yang matang berskala besar yang tidak mempunyai laluan komersial dalam jangka pendek, tenaga angin dan tenaga suria kini merupakan sumber tenaga boleh diperbaharui yang paling menjanjikan. Namun, mereka dihadkan oleh sumber angin dan cahaya. Penyimpanan tenaga akan menjadi bahagian penting dalam penggunaan tenaga masa hadapan. Artikel ini dan artikel seterusnya akan merangkumi teknologi penyimpanan tenaga komersial berskala besar, terutamanya memfokuskan pada kes pelaksanaan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pembinaan pesat sistem storan tenaga telah menjadikan beberapa data lepas tidak lagi membantu, seperti "storan tenaga udara termampat menduduki tempat kedua dengan jumlah kapasiti terpasang sebanyak 440MW, dan bateri natrium-sulfur menduduki tempat ketiga, dengan jumlah skala kapasiti sebanyak 440 MW. 316MW" dan lain-lain. Di samping itu, berita bahawa Huawei telah menandatangani projek storan tenaga "terbesar" di dunia dengan 1300MWj amat menggembirakan. Bagaimanapun, menurut data sedia ada, 1300MWj bukanlah projek storan tenaga yang paling penting di seluruh dunia. Projek storan tenaga terbesar pusat adalah milik storan yang dipam. Untuk teknologi penyimpanan tenaga fizikal seperti penyimpanan tenaga garam, dalam kes penyimpanan tenaga elektrokimia, 1300MWj bukanlah projek yang paling penting (ia mungkin juga berkaitan dengan kaliber statistik). Kapasiti semasa Pusat Penyimpanan Tenaga Pendaratan Moss telah mencapai 1600MWj (termasuk 1200MWj pada fasa kedua, 400MWj pada fasa kedua). Namun begitu, kemasukan Huawei telah menonjolkan industri penyimpanan tenaga di atas pentas.

Pada masa ini, teknologi storan tenaga yang dikomersialkan dan berpotensi boleh mengklasifikasikan kepada storan tenaga mekanikal, storan tenaga haba, storan tenaga elektrik, storan tenaga kimia dan storan tenaga elektrokimia. Fizik dan kimia pada asasnya adalah sama, jadi mari kita klasifikasikannya mengikut pemikiran pendahulu kita buat masa ini.

1. Penyimpanan tenaga mekanikal / penyimpanan haba dan penyimpanan sejuk

Storan yang dipam:

Terdapat dua takungan atas dan bawah, mengepam air ke takungan atas semasa penyimpanan tenaga dan mengalirkan air ke takungan bawah semasa penjanaan kuasa. Teknologi sudah matang. Menjelang akhir tahun 2020, kapasiti terpasang global kapasiti storan dipam ialah 159 juta kilowatt, menyumbang 94% daripada jumlah kapasiti penyimpanan tenaga. Pada masa ini, negara saya telah menggunakan sejumlah 32.49 juta kilowatt stesen janakuasa simpanan dipam; skala penuh stesen janakuasa simpanan dipam dalam pembinaan ialah 55.13 juta kilowatt. Skala kedua-dua binaan dan dalam pembinaan menduduki tempat pertama di dunia. Kapasiti terpasang stesen janakuasa simpanan tenaga boleh mencecah ribuan MW, penjanaan kuasa tahunan boleh mencecah beberapa bilion kWj, dan kelajuan permulaan hitam boleh mengikut urutan beberapa minit. Pada masa ini, stesen janakuasa simpanan tenaga terbesar yang beroperasi di China, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, mempunyai kapasiti terpasang sebanyak 3.6 juta kilowatt dan kapasiti penjanaan kuasa tahunan sebanyak 6.6 bilion kWj (yang boleh menyerap 8.8 bilion kWh kuasa berlebihan, dengan kecekapan kira-kira 75%). Masa mula hitam 3-5 minit. Walaupun storan yang dipam secara amnya dianggap mempunyai kelemahan pemilihan tapak yang terhad, kitaran pelaburan yang panjang dan pelaburan yang ketara, ia masih merupakan teknologi yang paling matang, operasi paling selamat, dan cara penyimpanan tenaga kos terendah. Pentadbiran Tenaga Negara telah mengeluarkan Pelan Pembangunan Jangka Sederhana dan Jangka Panjang untuk Penyimpanan Pam (2021-2035).

Menjelang 2025, jumlah skala pengeluaran storan dipam akan menjadi lebih daripada 62 juta kilowatt; menjelang 2030, skala pengeluaran penuh akan menjadi kira-kira 120 juta kilowatt; menjelang 2035, industri penyimpanan pam moden yang memenuhi keperluan pembangunan tenaga baharu berkadaran tinggi dan berskala besar akan dibentuk.

Stesen Janakuasa Simpanan Dipam Hebei Fengning - Takungan Bawah

Penyimpanan tenaga udara termampat:

Apabila beban elektrik rendah, udara dimampatkan dan disimpan oleh elektrik (biasanya disimpan di gua garam bawah tanah, gua semula jadi, dll.). Apabila penggunaan elektrik memuncak, udara bertekanan tinggi dilepaskan untuk memacu penjana menjana elektrik.

simpanan tenaga udara termampat

Storan tenaga udara termampat secara amnya dianggap sebagai teknologi kedua paling sesuai untuk storan tenaga berskala besar berskala GW selepas storan dipam. Namun, ia dihadkan oleh syarat pemilihan tapak yang lebih ketat, kos pelaburan yang tinggi dan kecekapan penyimpanan tenaga berbanding storan yang dipam. Rendah, kemajuan komersial penyimpanan tenaga udara termampat adalah perlahan. Sehingga September tahun ini (2021), projek penyimpanan tenaga udara termampat berskala besar pertama di negara saya - Projek Demonstrasi Ujian Nasional Penyimpanan Tenaga Udara Mampat Jiangsu Jintan Gua Garam, baru sahaja disambungkan ke grid. Kapasiti terpasang bagi fasa pertama projek ialah 60MW, dan kecekapan penukaran kuasa adalah kira-kira 60%; skala pembinaan jangka panjang projek itu akan mencapai 1000MW. Pada Oktober 2021, sistem storan tenaga udara termampat termaju 10 MW pertama yang dibangunkan secara bebas oleh negara saya telah disambungkan ke grid di Bijie, Guizhou. Ia boleh mengatakan bahawa jalan komersial penyimpanan tenaga udara padat baru sahaja bermula, tetapi masa depan adalah menjanjikan.

Projek penyimpanan tenaga udara termampat Jintan.

Penyimpanan tenaga garam cair:

Penyimpanan tenaga garam cair, biasanya digabungkan dengan penjanaan kuasa haba suria, menumpukan cahaya matahari dan menyimpan haba dalam garam cair. Apabila menjana elektrik, haba garam lebur digunakan untuk menjana elektrik, dan kebanyakannya menjana wap untuk memacu penjana turbin.

penyimpanan haba garam cair

Mereka menjerit Hi-Tech Dunhuang 100MW menara garam cair stesen janakuasa terma suria di stesen janakuasa terma suria terbesar di China. Projek CSP Delingha 135 MW dengan kapasiti terpasang yang lebih besar telah memulakan pembinaan. Masa simpanan tenaganya boleh mencapai 11 jam. Jumlah pelaburan projek itu ialah 3.126 bilion yuan. Ia dirancang untuk disambungkan secara rasmi ke grid sebelum 30 September 2022, dan ia boleh menjana kira-kira 435 juta kWj elektrik setiap tahun.

Stesen CSP Dunhuang

Teknologi storan tenaga fizikal termasuk storan tenaga roda tenaga, storan tenaga storan sejuk, dsb.

2. Penyimpanan tenaga elektrik:

Supercapacitor: Terhad oleh ketumpatan tenaganya yang rendah (rujuk di bawah) dan pelepasan diri yang teruk, pada masa ini ia hanya digunakan dalam julat kecil pemulihan tenaga kenderaan, pencukuran puncak serta-merta dan pengisian lembah. Aplikasi biasa ialah Shanghai Yangshan Deepwater Port, di mana 23 kren memberi kesan ketara kepada grid kuasa. Untuk mengurangkan kesan kren pada grid kuasa, sistem storan tenaga superkapasitor 3MW/17.2KWh dipasang sebagai sumber sandaran, yang boleh menyediakan bekalan elektrik 20-an secara berterusan.

Penyimpanan tenaga superkonduktor: diabaikan

3. Penyimpanan tenaga elektrokimia:

Artikel ini mengklasifikasikan storan tenaga elektrokimia komersial ke dalam kategori berikut:

Plumbum-asid, bateri plumbum-karbon

bateri aliran

Bateri ion logam, termasuk bateri litium-ion, bateri natrium-ion, dsb.

Bateri Logam-Sulfur/Oksigen/Udara boleh dicas semula

lain

Bateri asid plumbum dan karbon plumbum: Sebagai teknologi penyimpanan tenaga matang, bateri asid plumbum digunakan secara meluas dalam permulaan kereta, bekalan kuasa sandaran untuk loji kuasa stesen pangkalan komunikasi, dsb. Selepas elektrod negatif Pb bateri asid plumbum didop dengan bahan karbon, bateri plumbum-karbon boleh memperbaiki masalah lebihan nyahcas dengan berkesan. Menurut laporan tahunan 2020 Tianneng, Projek Penyimpanan Tenaga Plumbum-karbon 12MW/48MWh Grid Negeri Zhicheng (Pencawang Jinling) yang disiapkan oleh syarikat itu merupakan stesen janakuasa simpanan tenaga plumbum-karbon super besar yang pertama di Wilayah Zhejiang dan juga di seluruh negara.

Bateri aliran: Bateri aliran biasanya terdiri daripada cecair yang disimpan dalam bekas yang mengalir melalui elektrod. Caj dan nyahcas diselesaikan melalui membran pertukaran ion; rujuk rajah di bawah.

Skema aliran bateri

Ke arah bateri aliran semua-vanadium yang lebih mewakili, projek Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, yang disiapkan oleh Institut Fizik Kimia Dalian dan Penyimpanan Tenaga Dalian Rongke, merupakan sistem simpanan tenaga bateri aliran semua-vanadium yang paling meluas dalam dunia pada masa itu, yang sedang dalam pembinaan Sistem penyimpanan tenaga bateri aliran redoks semua vanadium berskala besar mencapai 200MW/800MWh.

Bateri ion logam: teknologi penyimpanan tenaga elektrokimia yang paling pesat berkembang dan paling banyak digunakan. Antaranya, bateri litium-ion biasanya digunakan dalam elektronik pengguna, bateri kuasa dan bidang lain, dan aplikasinya dalam penyimpanan tenaga juga semakin meningkat. Termasuk projek Huawei sebelum ini dalam pembinaan yang menggunakan storan tenaga bateri lithium-ion, projek storan tenaga bateri lithium-ion terbesar yang dibina setakat ini ialah stesen storan tenaga Moss Landing yang terdiri daripada Fasa I 300MW/1200MWh dan Fasa II 100MW/400MWh, sebuah jumlah 400MW/1600MWj.

Bateri Lithium-Ion

Disebabkan oleh had kapasiti pengeluaran dan kos pengeluaran litium, menggantikan ion natrium dengan ketumpatan tenaga yang agak rendah tetapi rizab yang banyak dijangka mengurangkan harga telah menjadi laluan pembangunan untuk bateri litium-ion. Prinsip dan bahan utamanya adalah serupa dengan bateri litium-ion, tetapi ia belum lagi diindustrikan secara besar-besaran. , sistem penyimpanan tenaga bateri natrium-ion yang digunakan dalam laporan sedia ada hanya menyaksikan skala 1MWj.

Bateri aluminium-ion mempunyai ciri kapasiti teori yang tinggi dan rizab yang banyak. Ia juga merupakan hala tuju penyelidikan untuk menggantikan bateri lithium-ion, tetapi tiada laluan pengkomersilan yang jelas. Sebuah syarikat India yang menjadi popular baru-baru ini mengumumkan bahawa ia akan mengkomersialkan pengeluaran bateri aluminium-ion tahun depan dan akan membina unit simpanan tenaga 10MW. Mari kita tunggu dan lihat.

tunggu dan lihat

Bateri logam-sulfur/oksigen/udara boleh dicas semula: termasuk litium-sulfur, litium-oksigen/udara, natrium-sulfur, bateri aluminium-udara boleh dicas semula, dsb., dengan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi daripada bateri ion. Wakil pengkomersilan semasa ialah bateri natrium-sulfur. NGK kini merupakan pembekal utama sistem bateri natrium-sulfur. Skala besar yang telah digunakan ialah sistem penyimpanan tenaga bateri natrium-sulfur 108MW/648MWh di Emiriah Arab Bersatu.

4. Penyimpanan tenaga kimia: Beberapa dekad yang lalu, Schrödinger menulis bahawa kehidupan bergantung pada memperoleh entropi negatif. Tetapi jika anda tidak bergantung pada tenaga luaran, entropi akan meningkat, jadi kehidupan mesti mengambil kuasa. Kehidupan mencari jalannya, dan untuk menyimpan tenaga, tumbuhan menukar tenaga suria kepada tenaga kimia dalam bahan organik melalui fotosintesis. Penyimpanan tenaga kimia telah menjadi pilihan semula jadi sejak awal lagi. Penyimpanan tenaga kimia telah menjadi kaedah penyimpanan tenaga yang teguh untuk manusia sejak Ia menjadikan volt menjadi susunan elektrik. Namun, penggunaan komersial storan tenaga berskala besar baru sahaja bermula.

Penyimpanan hidrogen, metanol, dsb.: Tenaga hidrogen mempunyai kelebihan luar biasa daripada ketumpatan tenaga yang tinggi, kebersihan dan perlindungan alam sekitar dan dianggap secara meluas sebagai sumber tenaga yang ideal pada masa hadapan. Laluan pengeluaran hidrogen→penyimpanan hidrogen→sel bahan api sedang dalam perjalanan. Pada masa ini, lebih daripada 100 stesen mengisi minyak hidrogen telah dibina di negara saya, menduduki tempat teratas di dunia, termasuk stesen mengisi minyak hidrogen terbesar di dunia di Beijing. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh pengehadan teknologi penyimpanan hidrogen dan risiko letupan hidrogen, penyimpanan hidrogen tidak langsung yang diwakili oleh metanol mungkin juga merupakan laluan penting untuk tenaga masa hadapan, seperti teknologi "cecair cahaya matahari" pasukan Li Can di Institut Dalian Kimia, Akademi Sains China.

Bateri utama udara logam: diwakili oleh bateri udara aluminium dengan ketumpatan tenaga teori yang tinggi, tetapi terdapat sedikit kemajuan dalam pengkomersialan. Phinergy, sebuah syarikat perwakilan yang disebut dalam banyak laporan, menggunakan bateri aluminium-udara untuk kenderaannya. Seribu batu, penyelesaian utama dalam penyimpanan tenaga ialah bateri zink-udara boleh dicas semula.