Visión xeral do almacenamento de enerxía comercial

As enerxías renovables son unha parte esencial do plan a longo prazo para a neutralidade do carbono. Independentemente da fusión nuclear controlable, a minería espacial e o desenvolvemento maduro a gran escala de recursos hidroeléctricos que non teñen unha ruta comercial a curto prazo, a enerxía eólica e a solar son actualmente as fontes de enerxía renovables máis prometedoras. Aínda así, están limitados polos recursos eólicos e luminosos. O almacenamento de enerxía será unha parte esencial da futura utilización da enerxía. Este artigo e os posteriores incluirán tecnoloxías comerciais de almacenamento de enerxía a gran escala, centrándose principalmente nos casos de implementación.

Nos últimos anos, a rápida construción de sistemas de almacenamento de enerxía fixo que algúns datos do pasado xa non sexan útiles, como "o almacenamento de enerxía de aire comprimido ocupa o segundo lugar cunha capacidade instalada total de 440 MW, e as baterías de sodio e xofre ocupan o terceiro lugar, cunha escala de capacidade total. de 440 MW. 316 MW" etc. Ademais, a noticia de que Huawei asinou o proxecto de almacenamento de enerxía "máis grande" do mundo con 1300 MWh é esmagadora. Non obstante, segundo os datos existentes, 1300 MWh non é o proxecto de almacenamento de enerxía máis importante a nivel mundial. O maior proxecto central de almacenamento de enerxía pertence ao almacenamento por bombeo. Para tecnoloxías físicas de almacenamento de enerxía como o almacenamento de enerxía salina, no caso do almacenamento de enerxía electroquímica, 1300MWh non é o proxecto máis significativo (tamén pode ser unha cuestión de calibre estatístico). A capacidade actual do Moss Landing Energy Storage Center alcanzou os 1600 MWh (incluíndo 1200 MWh na segunda fase, 400 MWh na segunda fase). Aínda así, a entrada de Huawei destacou a industria do almacenamento de enerxía no escenario.

Actualmente, as tecnoloxías de almacenamento de enerxía comercializadas e potenciais pódense clasificar en almacenamento de enerxía mecánica, almacenamento de enerxía térmica, almacenamento de enerxía eléctrica, almacenamento de enerxía química e almacenamento de enerxía electroquímica. A física e a química son esencialmente o mesmo, así que clasificámolos segundo o pensamento dos nosos predecesores polo momento.

1. Almacenamento de enerxía mecánica / almacenamento térmico e almacenamento en frío

Almacenamento por bombeo:

Hai dous depósitos superiores e inferiores, bombeando auga ao depósito superior durante o almacenamento de enerxía e drenando a auga ao depósito inferior durante a xeración de enerxía. A tecnoloxía está madura. A finais de 2020, a capacidade instalada global de capacidade de almacenamento por bombeo era de 159 millóns de quilovatios, o que representa o 94% da capacidade total de almacenamento de enerxía. Na actualidade, o meu país puxo en funcionamento un total de 32.49 millóns de quilovatios de centrais de almacenamento por bombeo; a escala total das centrais de bombeo en construción é de 55.13 millóns de quilovatios. A escala tanto construída como en construción ocupa o primeiro lugar do mundo. A capacidade instalada dunha central de almacenamento de enerxía pode alcanzar miles de MW, a xeración de enerxía anual pode alcanzar varios millóns de kWh e a velocidade de inicio en negro pode ser da orde duns minutos. Na actualidade, a maior central de almacenamento de enerxía en funcionamento en China, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, ten unha capacidade instalada de 3.6 millóns de quilovatios e unha capacidade anual de xeración de enerxía de 6.6 millóns de kWh (que pode absorber 8.8 millóns de kWh de exceso de enerxía, cunha eficiencia de preto do 75%). Tempo de inicio negro 3-5 minutos. Aínda que se considera xeralmente que o almacenamento por bombeo ten as desvantaxes dunha selección limitada do sitio, un ciclo de investimento longo e un investimento significativo, aínda é a tecnoloxía máis madura, a operación máis segura e o medio de almacenamento de enerxía de menor custo. A Administración Nacional de Enerxía publicou o Plan de desenvolvemento a medio e longo prazo para o almacenamento por bombeo (2021-2035).

Para 2025, a escala de produción total de almacenamento por bombeo será de máis de 62 millóns de quilovatios; para 2030, a escala de produción completa será duns 120 millóns de quilovatios; en 2035, formarase unha industria moderna de almacenamento por bombeo que satisfaga as necesidades de desenvolvemento en gran proporción e a gran escala de nova enerxía.

Central eléctrica de almacenamento por bombeo de Hebei Fengning - Encoro inferior

Almacenamento de enerxía de aire comprimido:

Cando a carga de electricidade é baixa, o aire é comprimido e almacenado pola electricidade (normalmente en covas subterráneas de sal, covas naturais, etc.). Cando o consumo de electricidade alcanza o pico, o aire de alta presión é liberado para impulsar o xerador para xerar electricidade.

almacenamento de enerxía de aire comprimido

O almacenamento de enerxía de aire comprimido é xeralmente considerado a segunda tecnoloxía máis adecuada para o almacenamento de enerxía a gran escala a GW despois do almacenamento por bombeo. Aínda así, está limitado polas súas condicións de selección de sitios máis estritas, o alto custo de investimento e a eficiencia de almacenamento de enerxía que o almacenamento por bombeo. Baixo, o progreso comercial do almacenamento de enerxía de aire comprimido é lento. Ata setembro deste ano (2021), o primeiro proxecto de almacenamento de enerxía de aire comprimido a gran escala do meu país, o proxecto de demostración de proba nacional de almacenamento de enerxía de aire comprimido da cova de sal de Jiangsu Jintan, acaba de conectarse á rede. A capacidade instalada da primeira fase do proxecto é de 60 MW e a eficiencia de conversión de enerxía é dun 60%; a escala de construción a longo prazo do proxecto alcanzará os 1000 MW. En outubro de 2021, o primeiro sistema avanzado de almacenamento de enerxía de aire comprimido de 10 MW desenvolvido de forma independente polo meu país conectouse á rede en Bijie, Guizhou. Pódese dicir que o camiño comercial do almacenamento de enerxía do aire compacto acaba de comezar, pero o futuro é prometedor.

Proxecto de almacenamento de enerxía de aire comprimido Jintan.

Almacenamento de enerxía de sal fundida:

O almacenamento de enerxía de sal fundida, xeralmente combinado coa xeración de enerxía solar térmica, concentra a luz solar e almacena a calor en sal fundida. Cando se xera electricidade, a calor de sal fundida utilízase para xerar electricidade, e a maioría deles xeran vapor para impulsar un xerador de turbina.

almacenamento de calor de sal fundida

Eles gritaron Hi-Tech Dunhuang 100MW torre de sal fundida central térmica solar na maior central de enerxía solar térmica de China. O proxecto Delingha CSP de 135 MW cunha maior capacidade instalada comezou a construírse. O seu tempo de almacenamento de enerxía pode chegar ás 11 horas. O investimento total do proxecto é de 3.126 millóns de yuans. Está previsto que estea conectado oficialmente á rede antes do 30 de setembro de 2022, e pode xerar uns 435 millóns de kWh de electricidade cada ano.

Estación CSP de Dunhuang

As tecnoloxías de almacenamento de enerxía física inclúen o almacenamento de enerxía do volante, o almacenamento de enerxía en frío, etc.

2. Almacenamento de enerxía eléctrica:

Supercondensador: limitado pola súa baixa densidade de enerxía (consulte a continuación) e pola súa autodescarga severa, actualmente só se usa nunha pequena gama de recuperación de enerxía do vehículo, afeitado instantáneo de picos e recheo de val. As aplicacións típicas son o porto de augas profundas de Shanghai Yangshan, onde 23 guindastres impactan significativamente na rede eléctrica. Para reducir o impacto das grúas na rede eléctrica, instálase un sistema de almacenamento de enerxía de supercondensadores de 3 MW/17.2 kWh como fonte de respaldo, que pode proporcionar continuamente un subministro eléctrico de 20 segundos.

Almacenamento de enerxía superconductora: omitido

3. Almacenamento de enerxía electroquímica:

Este artigo clasifica o almacenamento de enerxía electroquímica comercial nas seguintes categorías:

Baterías de chumbo-ácido, chumbo-carbono

batería de fluxo

Baterías de iones metálicos, incluídas baterías de iones de litio, baterías de iones de sodio, etc.

Baterías recargables de metal-xofre/osíxeno/aire

outro

Baterías de chumbo-ácido e chumbo-carbono: como tecnoloxía de almacenamento de enerxía madura, as baterías de chumbo-ácido úsanse amplamente en arranques de automóbiles, fonte de alimentación de respaldo para centrais eléctricas de estacións base de comunicación, etc. Despois do electrodo negativo de Pb da batería de chumbo-ácido está dopado con materiais de carbono, a batería de chumbo-carbono pode mellorar eficazmente o problema de sobredescarga. Segundo o informe anual de 2020 de Tianneng, o proxecto de almacenamento de enerxía de chumbo e carbono de 12 MW/48 MWh de Zhicheng (subestación de Jinling) completado pola compañía é a primeira central de almacenamento de enerxía de chumbo e carbono súper grande na provincia de Zhejiang e mesmo en todo o país.

Batería de fluxo: a batería de fluxo adoita estar formada por líquido almacenado nun recipiente que flúe polos electrodos. A carga e a descarga complétanse a través da membrana de intercambio iónico; consulte a figura a continuación.

Esquema de caudal da batería

Na dirección da batería de fluxo de vanadio máis representativo, o proxecto Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, completado polo Instituto de Física Química de Dalian e Almacenamento de enerxía de Dalian Rongke, foi o sistema de almacenamento de enerxía de batería de fluxo de vanadio máis extenso no país. mundo nese momento, que está actualmente en construción. O sistema de almacenamento de enerxía da batería de fluxo redox de vanadio a maior escala alcanza os 200 MW/800 MWh.

Batería de ións metálicos: a tecnoloxía de almacenamento de enerxía electroquímica de máis rápido crecemento e máis utilizada. Entre elas, as baterías de iones de litio úsanse habitualmente en produtos electrónicos de consumo, baterías de enerxía e outros campos, e as súas aplicacións no almacenamento de enerxía tamén están en aumento. Incluíndo os proxectos anteriores de Huawei en construción que usan almacenamento de enerxía de batería de ión-litio, o maior proxecto de almacenamento de enerxía de batería de ión-litio construído ata o momento é a estación de almacenamento de enerxía Moss Landing, que consta da Fase I 300MW/1200MWh e a Fase II 100MW/400MWh, un total de 400 MW/1600 MWh.

Batería de ión de litio

Debido á limitación da capacidade de produción de litio e do custo, a substitución dos ións de sodio por unha densidade de enerxía relativamente baixa pero espérase que abundantes reservas reduzan o prezo converteuse nun camiño de desenvolvemento para as baterías de ión-litio. O seu principio e materiais primarios son similares ás baterías de iones de litio, pero aínda non se industrializou a gran escala. , o sistema de almacenamento de enerxía da batería de iones de sodio posto en funcionamento nos informes existentes só viu unha escala de 1 MWh.

As baterías de iones de aluminio teñen as características de alta capacidade teórica e abundantes reservas. Tamén é unha dirección de investigación para substituír as baterías de ión-litio, pero non hai unha vía de comercialización clara. Unha empresa india que se popularizou recentemente anunciou que comercializará a produción de baterías de ións de aluminio o próximo ano e que construirá unha unidade de almacenamento de enerxía de 10 MW. Agardemos a ver.

agarda e vexa

Baterías recargables de metal-xofre/osíxeno/aire: incluíndo baterías de litio-xofre, litio-osíxeno/aire, sodio-xofre, aluminio-aire recargables, etc., con maior densidade de enerxía que as baterías iónicas. O representante actual da comercialización son as baterías de sodio-xofre. NGK é actualmente o principal provedor de sistemas de baterías de xofre de sodio. A enorme escala que se puxo en funcionamento é un sistema de almacenamento de enerxía de baterías de sodio e xofre de 108 MW/648 MWh nos Emiratos Árabes Unidos.

4. Almacenamento de enerxía química: hai décadas, Schrödinger escribiu que a vida depende de adquirir entropía negativa. Pero se non dependes da enerxía externa, a entropía aumentará, polo que a vida debe tomar poder. A vida atopa o seu camiño, e para almacenar enerxía, as plantas converten a enerxía solar en enerxía química na materia orgánica mediante a fotosíntese. O almacenamento de enerxía química foi unha opción natural dende o principio. O almacenamento de enerxía química foi un método de almacenamento de enerxía robusto para os seres humanos xa que converteu voltios en pilas eléctricas. Aínda así, a utilización comercial do almacenamento de enerxía a gran escala acaba de comezar.

Almacenamento de hidróxeno, metanol, etc.: A enerxía do hidróxeno ten as vantaxes destacadas de alta densidade enerxética, limpeza e protección ambiental e considérase amplamente como unha fonte de enerxía ideal no futuro. A ruta de produción de hidróxeno → almacenamento de hidróxeno → pila de combustible xa está en camiño. Actualmente, no meu país construíronse máis de 100 estacións de reabastecemento de hidróxeno, que se sitúan entre as mellores do mundo, incluída a estación de reabastecemento de hidróxeno máis grande do mundo, en Pequín. Non obstante, debido ás limitacións da tecnoloxía de almacenamento de hidróxeno e ao risco dunha explosión de hidróxeno, o almacenamento indirecto de hidróxeno representado polo metanol tamén pode ser un camiño esencial para a enerxía futura, como a tecnoloxía de "luz solar líquida" do equipo de Li Can no Instituto de Dalian. de Química, Academia Chinesa de Ciencias.

Baterías primarias metal-aire: representadas por baterías de aluminio-aire con alta densidade de enerxía teórica, pero hai poucos avances na comercialización. Phinergy, unha empresa representativa mencionada en moitos informes, utilizaba baterías de aluminio e aire para os seus vehículos. Mil millas, a solución líder no almacenamento de enerxía son as baterías recargables de zinc-aire.