Kommersiell energilagringsöversikt

Förnybar energi är en väsentlig del av den långsiktiga planen för koldioxidneutralitet. Oavsett den kontrollerbara kärnfusionen, rymdbrytning och storskalig mogen utveckling av vattenkraftresurser som inte har en kommersiell väg på kort sikt, är vindenergi och solenergi för närvarande de mest lovande förnybara energikällorna. Ändå begränsas de av vind- och ljusresurser. Energilagring kommer att vara en väsentlig del av det framtida energiutnyttjandet. Den här artikeln och efterföljande artiklar kommer att inkludera storskalig kommersiell energilagringsteknik, främst med fokus på implementeringsfall.

Under de senaste åren har den snabba konstruktionen av energilagringssystem gjort att vissa tidigare data inte längre är till hjälp, såsom "lagring av tryckluftsenergi på andra plats med en total installerad kapacitet på 440MW, och natrium-svavelbatterier på tredje plats, med en total kapacitetsskala på 440 MW. 316MW" etc. Dessutom är nyheten att Huaweis "största energilagring" har tecknat världens största energilagring med 1300 MW. Enligt befintliga uppgifter är dock 1300MWh inte det mest betydande energilagringsprojektet globalt. Det centrala största energilagringsprojektet tillhör pumplager. För fysisk energilagringsteknik som saltenergilagring, vid elektrokemisk energilagring, är 1300MWh inte det mest betydande projektet (det kan också vara en fråga av statistisk kaliber). Den nuvarande kapaciteten hos Moss Landing Energy Storage Center har nått 1600MWh (inklusive 1200MWh i den andra fasen, 400MWh i den andra fasen). Ändå har Huaweis inträde lyft fram energilagringsindustrin på scenen.

För närvarande kan kommersialiserade och potentiella energilagringsteknologier klassificeras i mekanisk energilagring, termisk energilagring, elektrisk energilagring, kemisk energilagring och elektrokemisk energilagring. Fysik och kemi är i huvudsak desamma, så låt oss klassificera dem enligt våra föregångares tänkande för tillfället.

1. Mekanisk energilagring / termisk lagring och kyllagring

Pumpad förvaring:

Det finns två övre och nedre reservoarer, som pumpar vatten till den övre reservoaren under energilagring och dränerar vatten till den nedre reservoaren under elproduktion. Tekniken är mogen. I slutet av 2020 var den globala installerade kapaciteten för pumpad lagringskapacitet 159 miljoner kilowatt, vilket motsvarar 94 % av den totala energilagringskapaciteten. För närvarande har mitt land satt i drift totalt 32.49 miljoner kilowatt pumpkraftverk; den fulla skalan för pumpkraftverk under uppbyggnad är 55.13 miljoner kilowatt. Omfattningen av både byggda och under konstruktion rankas först i världen. Ett energilagrande kraftverks installerade kapacitet kan nå tusentals MW, den årliga elproduktionen kan nå flera miljarder kWh och den svarta starthastigheten kan vara i storleksordningen några minuter. För närvarande har det största energilagringskraftverket i drift i Kina, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, en installerad kapacitet på 3.6 miljoner kilowatt och en årlig kraftproduktionskapacitet på 6.6 miljarder kWh (vilket kan absorbera 8.8 miljarder kWh överskottskraft, med en verkningsgrad på cirka 75%). Svart starttid 3-5 minuter. Även om pumpad lagring i allmänhet anses ha nackdelarna med begränsat platsval, lång investeringscykel och betydande investering, är det fortfarande den mest mogna tekniken, den säkraste driften och den lägsta kostnaden för energilagring. Energimyndigheten har släppt en medel- och långtidsutvecklingsplan för pumplager (2021-2035).

År 2025 kommer den totala produktionsskalan för pumpad lagring att vara mer än 62 miljoner kilowatt; år 2030 kommer den fulla produktionsskalan att vara cirka 120 miljoner kilowatt; år 2035 kommer en modern pumpad lagringsindustri att skapas som möter behoven av högproportionell och storskalig utveckling av ny energi.

Hebei Fengning Pumped Storage Power Station - Nedre reservoar

Lagring av tryckluftsenergi:

När elbelastningen är låg komprimeras luften och lagras av elektricitet (hålls vanligtvis i underjordiska saltgrottor, naturliga grottor etc.). När elförbrukningen toppar frigörs högtrycksluften för att driva generatorn att generera el.

lagring av tryckluftsenergi

Lagring av tryckluftsenergi anses allmänt vara den näst lämpligaste tekniken för storskalig energilagring i GW-skala efter pumpad lagring. Ändå begränsas den av sina strängare villkor för platsval, höga investeringskostnader och energilagringseffektivitet än pumpad lagring. Låg, den kommersiella utvecklingen av lagring av tryckluftsenergi är långsam. Fram till september i år (2021) har mitt lands första storskaliga projekt för lagring av tryckluftsenergi - Jiangsu Jintan Salt Cave National Test Demonstration Project för lagring av tryckluftenergi, just kopplats till nätet. Den installerade kapaciteten för den första fasen av projektet är 60 MW, och effektomvandlingseffektiviteten är cirka 60 %; projektets långsiktiga byggskala kommer att nå 1000MW. I oktober 2021 kopplades det första 10 MW avancerade energilagringssystemet för tryckluft som utvecklats oberoende av mitt land till nätet i Bijie, Guizhou. Man kan säga att den kommersiella vägen med kompakt luftenergilagring precis har börjat, men framtiden är lovande.

Jintan projekt för lagring av tryckluftsenergi.

Smält salt energilagring:

Energilagring av smält salt, i allmänhet kombinerat med solvärmeenergi, koncentrerar solljus och lagrar värme i smält salt. Vid generering av elektricitet används smält saltvärme för att generera elektricitet, och de flesta genererar ånga för att driva en turbingenerator.

smältsalt värmelagring

De ropade Hi-Tech Dunhuang 100MW smält salttorn solvärmekraftverk i Kinas största solvärmekraftverk. Delingha 135 MW CSP-projektet med en större installerad kapacitet har börjat byggas. Dess energilagringstid kan nå 11 timmar. Den totala investeringen i projektet är 3.126 miljarder yuan. Den planeras vara officiellt ansluten till nätet före den 30 september 2022 och den kan generera cirka 435 miljoner kWh el varje år.

Dunhuang CSP Station

Fysisk energilagringsteknik inkluderar svänghjulsenergilagring, kyllagringsenergilagring, etc.

2. Lagring av elektrisk energi:

Superkondensator: Begränsad av sin låga energitäthet (se nedan) och kraftiga självurladdning, används den för närvarande endast i ett litet utbud av fordonsenergiåtervinning, momentan topprakning och dalfyllning. Typiska applikationer är Shanghai Yangshan Deepwater Port, där 23 kranar påverkar kraftnätet avsevärt. För att minska kranarnas påverkan på elnätet installeras ett 3MW/17.2KWh energilagringssystem med superkondensatorer som reservkälla, som kontinuerligt kan ge en 20-tals elförsörjning.

Superledande energilagring: utelämnad

3. Elektrokemisk energilagring:

Den här artikeln klassificerar kommersiell elektrokemisk energilagring i följande kategorier:

Bly-syra, bly-kol batterier

flödesbatteri

Metalljonbatterier, inklusive litiumjonbatterier, natriumjonbatterier, etc.

Uppladdningsbara metall-svavel-/syre-/luftbatterier

andra

Bly-syra- och bly-kol-batterier: Som en mogen energilagringsteknik används blybatterier i stor utsträckning vid start av bilar, backup-strömförsörjning för kommunikationsbasstationskraftverk etc. Efter att den negativa Pb-elektroden på blybatteriet är dopad med kolmaterial, kan bly-kolbatteriet effektivt förbättra problemet med överurladdning. Enligt Tiannengs årsrapport för 2020 är State Grid Zhicheng (Jinling Substation) 12MW/48MWh bly-kolenergilagringsprojekt, som slutförts av företaget, det första superstora bly-kolenergilagringskraftverket i Zhejiang-provinsen och till och med hela landet.

Flödesbatteri: Flödesbatteriet består vanligtvis av vätska som lagras i en behållare som strömmar genom elektroderna. Laddningen och urladdningen fullbordas genom jonbytarmembranet; se figuren nedan.

Flödesbatterischema

I riktning mot det mer representativa flödesbatteriet helt med vanadin, var Guodian Longyuan, 5MW/10MWh-projektet, som slutförts av Dalian Institute of Chemical Physics och Dalian Rongke Energy Storage, det mest omfattande energilagringssystemet för flödesbatterier i världen vid den tiden, som för närvarande är under uppbyggnad.

Metalljonbatteri: den snabbast växande och mest använda tekniken för lagring av elektrokemisk energi. Bland dem används ofta litiumjonbatterier inom hemelektronik, kraftbatterier och andra områden, och deras tillämpningar inom energilagring ökar också. Inklusive de tidigare Huawei-projekten under uppbyggnad som använder litiumjonbatterienergilagring, är det största litiumjonbatterienergilagringsprojektet som byggts hittills Moss Landing energilagringsstation bestående av Fas I 300MW/1200MWh och Fas II 100MW/400MWh, totalt 400MW/1600MWh.

Litium jon batteri

På grund av begränsningen av litiumproduktionskapacitet och kostnad, har ersättning av natriumjoner med relativt låg energitäthet men rikliga reserver förväntas sänka priset blivit en utvecklingsväg för litiumjonbatterier. Dess princip och primära material liknar litiumjonbatterier, men det har ännu inte industrialiserats i stor skala. , har natriumjonbatteriets energilagringssystem som tagits i drift i befintliga rapporter bara sett en skala på 1MWh.

Aluminiumjonbatterier har egenskaperna för hög teoretisk kapacitet och rikliga reserver. Det är också en forskningsinriktning att ersätta litiumjonbatterier, men det finns ingen tydlig kommersialiseringsväg. Ett indiskt företag som har blivit populärt meddelade nyligen att det kommer att kommersialisera produktionen av aluminiumjonbatterier nästa år och kommer att bygga en 10MW energilagringsenhet. Låt oss vänta och se.

vänta och se

Uppladdningsbara metall-svavel/syre/luft-batterier: inklusive litium-svavel, litium-syre/luft, natrium-svavel, uppladdningsbara aluminium-luftbatterier, etc., med högre energitäthet än jonbatterier. Den nuvarande representanten för kommersialisering är natrium-svavelbatterier. NGK är för närvarande den ledande leverantören av natrium-svavelbatterisystem. Den enorma skalan som har tagits i drift är ett energilagringssystem på 108MW/648MWh natrium-svavelbatteri i Förenade Arabemiraten.

4. Kemisk energilagring: För årtionden sedan skrev Schrödinger att livet är beroende av att skaffa negativ entropi. Men om du inte litar på extern energi kommer entropin att öka, så livet måste ta makten. Livet hittar sin väg, och för att lagra energi omvandlar växter solenergi till kemisk energi i organiskt material genom fotosyntes. Kemisk energilagring har varit ett naturligt val från allra första början. Kemisk energilagring har varit en robust energilagringsmetod för människor sedan den gjorde volt till elstackar. Ändå har det kommersiella utnyttjandet av storskalig energilagring precis börjat.

Vätgaslagring, metanol etc.: Väteenergi har de enastående fördelarna med hög energitäthet, renhet och miljöskydd och anses allmänt vara en idealisk energikälla i framtiden. Vägen för väteproduktion→vätelagring→bränslecell är redan på väg. För närvarande har mer än 100 vätgastankstationer byggts i mitt land, rankade bland de bästa i världen, inklusive världens största vätgastankstation i Peking. Men på grund av begränsningarna för vätelagringsteknik och risken för en väteexplosion, kan indirekt vätelagring representerad av metanol också vara en viktig väg för framtida energi, till exempel tekniken för "flytande solljus" från Li Cans team vid Dalian Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences.

Metall-luft-primärbatterier: representeras av aluminium-luftbatterier med hög teoretisk energitäthet, men det görs små framsteg i kommersialiseringen. Phinergy, ett representativt företag som nämns i många rapporter, använde aluminium-luftbatterier för sina fordon. En tusen mil, den ledande lösningen inom energilagring är uppladdningsbara zink-luftbatterier.