Kommersiell energilagringsoversikt

Fornybar energi er en vesentlig del av langsiktig plan for karbonnøytralitet. Uavhengig av kontrollerbar kjernefysisk fusjon, romutvinning og storstilt moden utvikling av vannkraftressurser som ikke har en kommersiell rute på kort sikt, er vindenergi og solenergi for tiden de mest lovende fornybare energikildene. Likevel er de begrenset av vind- og lysressurser. Energilagring vil være en vesentlig del av fremtidens energiutnyttelse. Denne artikkelen og påfølgende artikler vil inkludere kommersielle energilagringsteknologier i stor skala, hovedsakelig med fokus på implementeringssaker.

De siste årene har den raske konstruksjonen av energilagringssystemer gjort at noen tidligere data ikke lenger er nyttige, for eksempel "lagring av komprimert luftenergi rangert som nummer to med en total installert kapasitet på 440MW, og natrium-svovelbatterier rangert på tredjeplass, med en total kapasitetsskala på 440 MW. 316MW" osv. I tillegg er nyheten om at Huawei har signert verdens "største" energilagringsprosjekt med 1300MWh overveldende. I følge de eksisterende dataene er imidlertid ikke 1300MWh det viktigste energilagringsprosjektet globalt. Det sentrale største energilagerprosjektet tilhører pumpelager. For fysiske energilagringsteknologier som saltenergilagring, ved elektrokjemisk energilagring, er ikke 1300MWh det viktigste prosjektet (det kan også være et spørsmål om statistisk kaliber). Dagens kapasitet til Moss Landing Energy Storage Center har nådd 1600MWh (inkludert 1200MWh i andre fase, 400MWh i andre fase). Likevel har Huaweis inntreden satt søkelyset på energilagringsindustrien på scenen.

For tiden kan kommersialiserte og potensielle energilagringsteknologier klassifiseres i mekanisk energilagring, termisk energilagring, elektrisk energilagring, kjemisk energilagring og elektrokjemisk energilagring. Fysikk og kjemi er i hovedsak det samme, så la oss klassifisere dem i henhold til tankene til våre forgjengere for tiden.

1. Mekanisk energilagring / termisk lagring og kjølelagring

Pumpet oppbevaring:

Det er to øvre og nedre reservoarer, som pumper vann til det øvre reservoaret under energilagring og drenerer vann til det nedre reservoaret under kraftproduksjon. Teknologien er moden. Ved utgangen av 2020 var den globale installerte kapasiteten for pumpet lagringskapasitet 159 millioner kilowatt, som utgjorde 94 % av den totale energilagringskapasiteten. For tiden har landet mitt satt i drift totalt 32.49 millioner kilowatt pumpekraftverk; det fulle omfanget av pumpekraftverk under bygging er 55.13 millioner kilowatt. Skalaen til både bygget og under bygging rangerer først i verden. En energilagerkraftstasjons installerte kapasitet kan nå tusenvis av MW, den årlige kraftproduksjonen kan nå flere milliarder kWh, og svart starthastighet kan være i størrelsesorden noen få minutter. For tiden har den største energilagringskraftstasjonen i drift i Kina, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, en installert kapasitet på 3.6 millioner kilowatt og en årlig kraftproduksjonskapasitet på 6.6 milliarder kWh (som kan absorbere 8.8 milliarder kWh overskuddskraft, med en effektivitet på ca. 75 %). Svart starttid 3-5 minutter. Selv om pumpet lagring generelt anses å ha ulempene med begrenset områdevalg, lang investeringssyklus og betydelige investeringer, er det fortsatt den mest modne teknologien, den sikreste driften og de billigste energilagringsmidlene. Statens energiverk har utgitt en mellomlang og langsiktig utviklingsplan for pumpelagring (2021-2035).

Innen 2025 vil den totale produksjonsskalaen for pumpet lager være mer enn 62 millioner kilowatt; innen 2030 vil hele produksjonsskalaen være rundt 120 millioner kilowatt; innen 2035 vil det bli dannet en moderne pumpelagringsindustri som møter behovene for høyproporsjon og storskala utvikling av ny energi.

Hebei Fengning Pumped Storage Power Station - Nedre reservoar

Lagring av trykkluftenergi:

Når elektrisitetsbelastningen er lav, komprimeres luften og lagres av elektrisitet (vanligvis holdt i underjordiske salthuler, naturlige grotter, etc.). Når strømforbruket topper seg, slippes høytrykksluften ut for å drive generatoren til å generere strøm.

energilagring av trykkluft

Lagring av trykkluftenergi anses generelt som den nest mest egnede teknologien for storskala energilagring i GW etter pumpelagring. Likevel er det begrenset av strengere betingelser for valg av sted, høye investeringskostnader og energilagringseffektivitet enn pumpet lagring. Lav, den kommersielle fremdriften for lagring av trykkluftenergi er langsom. Fram til september i år (2021) har mitt lands første storskala prosjekt for lagring av trykkluftenergi - Jiangsu Jintan Salt Cave National Test Demonstration Project for trykkluftenergilagring, nettopp blitt koblet til nettet. Den installerte kapasiteten til den første fasen av prosjektet er 60 MW, og effektkonverteringseffektiviteten er omtrent 60 %; den langsiktige byggeskalaen til prosjektet vil nå 1000MW. I oktober 2021 ble det første 10 MW avanserte energilagringssystemet for trykkluft som ble utviklet uavhengig av mitt land, koblet til nettet i Bijie, Guizhou. Det kan si at den kommersielle veien med kompakt luftenergilagring nettopp har begynt, men fremtiden er lovende.

Jintan energilagringsprosjekt for trykkluft.

Lagring av smeltet saltenergi:

Lagring av smeltet saltenergi, vanligvis kombinert med termisk solenergiproduksjon, konsentrerer sollys og lagrer varme i smeltet salt. Ved generering av elektrisitet brukes smeltet saltvarme til å generere elektrisitet, og de fleste av dem genererer damp for å drive en turbingenerator.

smeltet salt varmelagring

De ropte Hi-Tech Dunhuang 100MW smeltet salttårn solvarmekraftverk i Kinas største solvarmekraftverk. Delingha 135 MW CSP-prosjektet med større installert kapasitet har startet byggingen. Dens energilagringstid kan nå 11 timer. Den totale investeringen til prosjektet er 3.126 milliarder yuan. Den er planlagt offisielt koblet til nettet før 30. september 2022, og den kan generere om lag 435 millioner kWh strøm hvert år.

Dunhuang CSP-stasjon

Fysiske energilagringsteknologier inkluderer svinghjulsenergilagring, kjølelagringsenergilagring, etc.

2. Lagring av elektrisk energi:

Superkondensator: Begrenset av dens lave energitetthet (se nedenfor) og alvorlige selvutladning, brukes den foreløpig kun i et lite utvalg av kjøretøyenergigjenvinning, øyeblikkelig toppbarbering og dalfylling. Typiske bruksområder er Shanghai Yangshan Deepwater Port, hvor 23 kraner påvirker strømnettet betydelig. For å redusere innvirkningen av kraner på strømnettet, er et 3MW/17.2KWh energilagringssystem med superkondensator installert som en reservekilde, som kontinuerlig kan gi en 20-talls strømforsyning.

Superledende energilagring: utelatt

3. Elektrokjemisk energilagring:

Denne artikkelen klassifiserer kommersiell elektrokjemisk energilagring i følgende kategorier:

Bly-syre, bly-karbon batterier

flyt batteri

Metall-ion-batterier, inkludert litium-ion-batterier, natrium-ion-batterier, etc.

Oppladbare metall-svovel-/oksygen-/luftbatterier

annen

Bly-syre- og bly-karbon-batterier: Som en moden energilagringsteknologi er bly-syre-batterier mye brukt i oppstart av biler, backup-strømforsyning for kommunikasjonsbasestasjonskraftverk, etc. Etter den negative Pb-elektroden til blybatteriet er dopet med karbonmaterialer, kan bly-karbon-batteriet effektivt forbedre overutladningsproblemet. I følge Tiannengs årsrapport for 2020, er State Grid Zhicheng (Jinling Substation) 12MW/48MWh bly-karbon energilagringsprosjekt fullført av selskapet den første superstore bly-karbon energilagringskraftstasjonen i Zhejiang-provinsen og til og med hele landet.

Strømningsbatteri: Strømningsbatteriet består vanligvis av væske lagret i en beholder som strømmer gjennom elektrodene. Ladningen og utladningen fullføres gjennom ionebyttermembranen; se figuren nedenfor.

Skjematisk strømningsbatteri

I retning av det mer representative strømningsbatteriet av hele vanadium, var Guodian Longyuan, 5MW/10MWh-prosjektet, fullført av Dalian Institute of Chemical Physics og Dalian Rongke Energy Storage, det mest omfattende energilagringssystemet i hele vanadiumstrømbatteriet i verden på den tiden, som for øyeblikket er under bygging. Det større skala-hel-vanadium redox flow-batteriets energilagringssystem når 200MW/800MWh.

Metallionbatteri: den raskest voksende og mest brukte elektrokjemiske energilagringsteknologien. Blant dem er litium-ion-batterier ofte brukt i forbrukerelektronikk, strømbatterier og andre felt, og deres anvendelser i energilagring øker også. Inkludert de tidligere Huawei-prosjektene under bygging som bruker litium-ion-batterienergilagring, er det største litium-ion-batterienergilagringsprosjektet bygget så langt Moss Landing energilagringsstasjon bestående av fase I 300MW/1200MWh og fase II 100MW/400MWh, en totalt 400MW/1600MWh.

Litium-ion-batteri

På grunn av begrensningen av litiumproduksjonskapasitet og kostnader, er det å erstatte natriumioner med relativt lav energitetthet, men rikelige reserver forventes å redusere prisen, blitt en utviklingsvei for litiumionbatterier. Prinsippet og primærmaterialene ligner på litium-ion-batterier, men det har ennå ikke blitt industrialisert i stor skala. , har energilagringssystemet for natriumionbatterier satt i drift i eksisterende rapporter bare sett en skala på 1MWh.

Aluminium-ion-batterier har egenskapene til høy teoretisk kapasitet og rikelige reserver. Det er også en forskningsretning å erstatte litium-ion-batterier, men det er ingen klar kommersialiseringsrute. Et indisk selskap som har blitt populært annonserte nylig at det vil kommersialisere produksjonen av aluminium-ion-batterier neste år og vil bygge en 10MW energilagringsenhet. La oss vente og se.

vent og se

Oppladbare metall-svovel/oksygen/luft-batterier: inkludert litium-svovel, litium-oksygen/luft, natrium-svovel, oppladbare aluminium-luft-batterier, etc., med høyere energitetthet enn ionbatterier. Den nåværende representanten for kommersialisering er natrium-svovel-batterier. NGK er for tiden den ledende leverandøren av natrium-svovel batterisystemer. Den enorme skalaen som er satt i drift er et energilagringssystem på 108MW/648MWh natrium-svovelbatteri i De forente arabiske emirater.

4. Lagring av kjemisk energi: For flere tiår siden skrev Schrödinger at livet er avhengig av å tilegne seg negativ entropi. Men hvis du ikke stoler på ekstern energi, vil entropien øke, så livet må ta makten. Livet finner veien, og for å lagre energi omdanner planter solenergi til kjemisk energi i organisk materiale gjennom fotosyntese. Lagring av kjemisk energi har vært et naturlig valg helt fra starten. Kjemisk energilagring har vært en robust energilagringsmetode for mennesker siden den laget volt til elektriske stabler. Likevel har den kommersielle utnyttelsen av storskala energilagring så vidt begynt.

Hydrogenlagring, metanol, etc.: Hydrogenenergi har de enestående fordelene med høy energitetthet, renslighet og miljøvern og blir ansett som en ideell energikilde i fremtiden. Ruten for hydrogenproduksjon→hydrogenlagring→brenselcelle er allerede på vei. For tiden er det bygget mer enn 100 drivstoffstasjoner for hydrogen i mitt land, og er blant de beste i verden, inkludert verdens største tankstasjon for hydrogen i Beijing. Men på grunn av begrensningene til hydrogenlagringsteknologi og risikoen for en hydrogeneksplosjon, kan indirekte hydrogenlagring representert av metanol også være en viktig vei for fremtidig energi, slik som "flytende sollys"-teknologien til Li Cans team ved Dalian Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences.

Metall-luft primærbatterier: representert av aluminium-luft-batterier med høy teoretisk energitetthet, men det er liten fremgang i kommersialisering. Phinergy, et representativt selskap nevnt i mange rapporter, brukte aluminium-luftbatterier til kjøretøyene sine. En tusen mil, den ledende løsningen innen energilagring er oppladbare sink-luft-batterier.