مروری بر ذخیره انرژی تجاری

انرژی های تجدیدپذیر بخشی ضروری از برنامه بلند مدت برای بی طرفی کربن است. صرف نظر از همجوشی هسته ای قابل کنترل، استخراج فضایی و توسعه بالغ در مقیاس بزرگ منابع انرژی آبی که در کوتاه مدت مسیر تجاری ندارند، انرژی باد و انرژی خورشیدی در حال حاضر امیدوارکننده ترین منابع انرژی تجدیدپذیر هستند. با این حال، آنها توسط منابع باد و نور محدود هستند. ذخیره انرژی بخش مهمی از استفاده از انرژی در آینده خواهد بود. این مقاله و مقالات بعدی شامل فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری در مقیاس بزرگ است که عمدتاً بر موارد اجرا تمرکز دارد.

در سال‌های اخیر، ساخت سریع سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باعث شده است که برخی از داده‌های گذشته دیگر مفید نباشند، مانند «ذخیره انرژی هوای فشرده با ظرفیت کل نصب شده ۴۴۰ مگاوات در رتبه دوم قرار دارد، و باتری‌های سدیم گوگرد در رتبه سوم با مقیاس ظرفیت کل قرار دارند. 440 مگاوات. 440 مگاوات" و غیره. علاوه بر این، خبرهایی مبنی بر امضای "بزرگترین" پروژه ذخیره سازی انرژی جهان با 316 مگاوات ساعت هواوی بسیار زیاد است. با این حال، طبق داده‌های موجود، 1300 مگاوات ساعت مهم‌ترین پروژه ذخیره‌سازی انرژی در سطح جهان نیست. بزرگترین پروژه ذخیره سازی انرژی مرکزی متعلق به ذخیره سازی پمپاژ است. برای فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی فیزیکی مانند ذخیره‌سازی انرژی نمک، در مورد ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی، 1300 مگاوات ساعت مهم‌ترین پروژه نیست (ممکن است یک موضوع از نظر آماری نیز باشد). ظرفیت فعلی مرکز ذخیره سازی انرژی ماس لندینگ به 1300 مگاوات ساعت (شامل 1600 مگاوات ساعت در فاز دوم، 1200 مگاوات ساعت در فاز دوم) رسیده است. با این حال، ورود هواوی صنعت ذخیره انرژی را در صحنه برجسته کرده است.

در حال حاضر، فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری شده و بالقوه را می‌توان به ذخیره‌سازی انرژی مکانیکی، ذخیره‌سازی انرژی حرارتی، ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی، ذخیره‌سازی انرژی شیمیایی و ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی طبقه‌بندی کرد. فیزیک و شیمی اساساً یکسان هستند، بنابراین بیایید فعلاً آنها را بر اساس تفکر پیشینیان طبقه بندی کنیم.

1. ذخیره سازی انرژی مکانیکی / ذخیره سازی حرارتی و ذخیره سازی سرد

ذخیره سازی پمپ شده:

دو مخزن بالا و پایین وجود دارد که در زمان ذخیره انرژی، آب را به مخزن بالایی پمپ می کنند و در هنگام تولید برق، آب را به مخزن پایینی تخلیه می کنند. تکنولوژی بالغ شده است. تا پایان سال 2020، ظرفیت نصب شده جهانی ظرفیت ذخیره سازی پمپاژ 159 میلیون کیلووات بود که 94 درصد از کل ظرفیت ذخیره سازی انرژی را تشکیل می دهد. در حال حاضر کشور من در مجموع 32.49 میلیون کیلووات نیروگاه ذخیره سازی پمپاژ شده را به بهره برداری رسانده است. مقیاس کامل نیروگاه های ذخیره سازی پمپ شده در حال ساخت 55.13 میلیون کیلووات است. مقیاس ساخت و ساز و در حال ساخت رتبه اول را در جهان دارد. ظرفیت نصب شده یک نیروگاه ذخیره انرژی می تواند به هزاران مگاوات برسد، تولید برق سالانه می تواند به چندین میلیارد کیلووات ساعت برسد و سرعت شروع سیاه می تواند در حد چند دقیقه باشد. در حال حاضر، بزرگترین نیروگاه ذخیره انرژی در حال بهره برداری در چین، نیروگاه هبی فنگنینگ، دارای ظرفیت نصب شده 3.6 میلیون کیلووات و ظرفیت تولید برق سالانه 6.6 میلیارد کیلووات ساعت (که می تواند 8.8 میلیارد کیلووات ساعت نیروی اضافی را جذب کند، با بازدهی حدود 75 درصد. زمان شروع سیاه 3-5 دقیقه. اگرچه ذخیره سازی پمپ شده عموماً دارای معایب انتخاب مکان محدود، چرخه سرمایه گذاری طولانی و سرمایه گذاری قابل توجه است، اما هنوز هم پیشرفته ترین فناوری، ایمن ترین عملیات و کم هزینه ترین وسیله ذخیره انرژی است. اداره ملی انرژی برنامه توسعه میان مدت و بلندمدت ذخیره سازی پمپ (2021-2035) را منتشر کرده است.

تا سال 2025، کل مقیاس تولید ذخیره سازی پمپاژ بیش از 62 میلیون کیلووات خواهد بود. تا سال 2030، مقیاس کامل تولید حدود 120 میلیون کیلووات خواهد بود. تا سال 2035، یک صنعت مدرن ذخیره سازی پمپ شده که نیازهای توسعه نسبتا بالا و در مقیاس بزرگ انرژی های جدید را برآورده می کند، شکل خواهد گرفت.

نیروگاه ذخیره سازی پمپ شده هبی فنگینگ - مخزن پایین

ذخیره انرژی هوای فشرده:

هنگامی که بار الکتریکی کم است، هوا فشرده شده و توسط الکتریسیته ذخیره می شود (معمولاً در غارهای نمکی زیرزمینی، غارهای طبیعی و غیره نگهداری می شود). هنگامی که مصرف برق به اوج خود می رسد، هوای پرفشار آزاد می شود تا ژنراتور را برای تولید برق هدایت کند.

ذخیره انرژی هوای فشرده

ذخیره انرژی هوای فشرده به طور کلی دومین فناوری مناسب برای ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ GW پس از ذخیره سازی پمپ شده در نظر گرفته می شود. با این حال، به دلیل شرایط سخت‌گیرانه‌تر انتخاب مکان، هزینه سرمایه‌گذاری بالا و راندمان ذخیره‌سازی انرژی نسبت به ذخیره‌سازی پمپ شده، محدود است. کم، پیشرفت تجاری ذخیره انرژی هوای فشرده کند است. تا سپتامبر سال جاری (2021)، اولین پروژه بزرگ مقیاس ذخیره انرژی هوای فشرده کشور من - پروژه نمایش آزمایش ملی ذخیره انرژی هوای فشرده غار نمک جیانگ سو جینتان، به تازگی به شبکه متصل شده است. ظرفیت نصب شده فاز اول پروژه 60 مگاوات و راندمان تبدیل برق حدود 60 درصد است. مقیاس ساخت و ساز بلند مدت پروژه به 1000 مگاوات خواهد رسید. در اکتبر 2021، اولین سیستم ذخیره سازی انرژی هوای فشرده پیشرفته 10 مگاواتی که به طور مستقل توسط کشور من توسعه یافته بود، به شبکه در بیجی، گوئیژو متصل شد. می توان گفت که جاده تجاری ذخیره سازی انرژی هوای فشرده به تازگی آغاز شده است، اما آینده امیدوار کننده است.

پروژه ذخیره انرژی هوای فشرده جینتان

ذخیره انرژی نمک مذاب:

ذخیره انرژی نمک مذاب، به طور کلی با تولید انرژی حرارتی خورشیدی ترکیب می شود، نور خورشید را متمرکز می کند و گرما را در نمک مذاب ذخیره می کند. هنگام تولید الکتریسیته، از گرمای نمک مذاب برای تولید الکتریسیته استفاده می شود و بیشتر آنها بخار تولید می کنند تا یک ژنراتور توربین را به حرکت درآورند.

ذخیره حرارت نمک مذاب

آنها فریاد می زدند برج نمک مذاب 100 مگاواتی برج نمک مذاب دانهوانگ در بزرگترین نیروگاه حرارتی خورشیدی چین. پروژه CSP 135 مگاواتی دلینگا با ظرفیت نصب شده بیشتر شروع به ساخت کرده است. زمان ذخیره انرژی آن می تواند به 11 ساعت برسد. کل سرمایه گذاری این پروژه 3.126 میلیارد یوان است. برنامه ریزی شده است تا قبل از 30 سپتامبر 2022 به طور رسمی به شبکه متصل شود و می تواند سالانه حدود 435 میلیون کیلووات ساعت برق تولید کند.

ایستگاه CSP Dunhuang

فن آوری های ذخیره سازی انرژی فیزیکی شامل ذخیره انرژی چرخ طیار، ذخیره انرژی ذخیره سازی سرد و غیره است.

2. ذخیره انرژی الکتریکی:

ابرخازن: محدود به چگالی انرژی کم (به زیر مراجعه کنید) و تخلیه شدید خود، در حال حاضر فقط در محدوده کوچکی از بازیابی انرژی خودرو، تراشیدن آنی اوج و پر کردن دره استفاده می شود. کاربردهای معمولی بندر یانگشان شانگهای است که در آن 23 جرثقیل به طور قابل توجهی بر شبکه برق تأثیر می گذارد. برای کاهش تاثیر جرثقیل ها بر روی شبکه برق، یک سیستم ذخیره انرژی ابرخازن 3 مگاوات / 17.2 کیلووات ساعت به عنوان منبع پشتیبان نصب شده است که می تواند به طور مداوم منبع برق 20 ثانیه ای را تامین کند.

ذخیره انرژی ابررسانا: حذف شده است

3. ذخیره انرژی الکتروشیمیایی:

این مقاله ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی تجاری را به دسته های زیر طبقه بندی می کند:

باتری های سرب-اسید، سرب-کربن

باتری جریان

باتری‌های یون فلزی، از جمله باتری‌های لیتیوم یون، باتری‌های یون سدیم و غیره.

باتری های فلزی-گوگرد/اکسیژن/هوا قابل شارژ

دیگر

باتری های سرب اسید و سرب کربن: به عنوان یک فناوری ذخیره سازی انرژی بالغ، باتری های سرب اسید به طور گسترده در راه اندازی خودروها، منبع تغذیه پشتیبان برای نیروگاه های ایستگاه پایه ارتباطی و غیره استفاده می شود. پس از الکترود منفی سرب باتری سرب اسیدی با مواد کربنی دوپ شده است، باتری سرب کربن می تواند به طور موثر مشکل تخلیه بیش از حد را بهبود بخشد. بر اساس گزارش سالانه Tianneng در سال 2020، پروژه ذخیره سازی انرژی 12 مگاواتی/48 مگاوات ساعتی شبکه دولتی Zhicheng (پست جینلینگ) که توسط این شرکت تکمیل شده است، اولین نیروگاه ذخیره انرژی سرب کربن فوق العاده بزرگ در استان ژجیانگ و حتی کل کشور است.

باتری جریان: باتری جریان معمولاً از مایع ذخیره شده در ظرفی تشکیل شده است که در الکترودها جریان دارد. شارژ و تخلیه از طریق غشای تبادل یونی تکمیل می شود. به شکل زیر مراجعه کنید.

شماتیک جریان باتری

در جهت نماینده تر باتری جریان تمام وانادیوم، پروژه Guodian Longyuan، 5 مگاوات/10 مگاوات ساعت، که توسط موسسه فیزیک شیمیایی دالیان و ذخیره انرژی دالیان رونگکه تکمیل شد، گسترده ترین سیستم ذخیره انرژی باتری جریان تمام وانادیوم در جهان بود. جهان در آن زمان، که در حال حاضر در حال ساخت است.

باتری یون فلزی: سریعترین و پرکاربردترین فناوری ذخیره انرژی الکتروشیمیایی. از این میان، باتری‌های لیتیوم یونی معمولاً در لوازم الکترونیکی مصرفی، باتری‌های قدرت و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شوند و کاربرد آنها در ذخیره‌سازی انرژی نیز رو به افزایش است. با احتساب پروژه‌های قبلی هوآوی که از ذخیره انرژی باتری لیتیوم یونی استفاده می‌کنند، بزرگترین پروژه ذخیره‌سازی انرژی باتری لیتیوم یونی که تاکنون ساخته شده، ایستگاه ذخیره‌سازی انرژی Moss Landing است که شامل فاز I 300 مگاوات/1200 مگاوات ساعت و فاز دوم 100 مگاوات/400 مگاوات ساعت است. مجموعا 400 مگاوات/1600 مگاوات ساعت

باتری لیتیوم-یون

با توجه به محدودیت ظرفیت و هزینه تولید لیتیوم، جایگزینی یون‌های سدیم با چگالی انرژی نسبتاً کم اما انتظار می‌رود ذخایر فراوان باعث کاهش قیمت شود، به مسیر توسعه باتری‌های لیتیوم یون تبدیل شده است. مواد اصلی و اولیه آن شبیه باتری های لیتیوم یونی است، اما هنوز در مقیاس بزرگ صنعتی نشده است. ، سیستم ذخیره انرژی باتری سدیم یونی که در گزارش های موجود به بهره برداری رسیده است تنها مقیاس 1 مگاوات ساعت را دیده است.

باتری های آلومینیوم یون دارای ویژگی های ظرفیت نظری بالا و ذخایر فراوان هستند. همچنین یک جهت تحقیقاتی برای جایگزینی باتری های لیتیوم یونی است، اما هیچ مسیر تجاری سازی مشخصی وجود ندارد. یک شرکت هندی که اخیراً محبوب شده است، اعلام کرد که سال آینده تولید باتری‌های آلومینیوم یون را تجاری کرده و یک واحد ذخیره‌سازی انرژی 10 مگاواتی خواهد ساخت. صبر کنیم و ببینیم

صبر کن و ببین

باتری های فلزی-گوگرد/اکسیژن/هوا قابل شارژ: شامل باتری های لیتیوم-گوگرد، لیتیوم-اکسیژن/هوا، سدیم-گوگرد، باتری های آلومینیوم-هوای قابل شارژ و غیره با چگالی انرژی بالاتر نسبت به باتری های یونی. نماینده فعلی تجاری سازی باتری های سدیم سولفور است. NGK در حال حاضر تامین کننده پیشرو سیستم های باتری سدیم-گوگرد است. مقیاس عظیمی که به بهره برداری رسیده است یک سیستم ذخیره انرژی باتری سدیم سولفور 108 مگاوات/648 مگاوات ساعت در امارات متحده عربی است.

4. ذخیره انرژی شیمیایی: چند دهه پیش، شرودینگر نوشت که حیات به کسب آنتروپی منفی بستگی دارد. اما اگر به انرژی خارجی متکی نباشید، آنتروپی افزایش می‌یابد، بنابراین زندگی باید قدرت بگیرد. زندگی راه خود را پیدا می کند و گیاهان برای ذخیره انرژی، انرژی خورشیدی را از طریق فتوسنتز به انرژی شیمیایی در مواد آلی تبدیل می کنند. ذخیره انرژی شیمیایی از همان ابتدا یک انتخاب طبیعی بوده است. ذخیره انرژی شیمیایی یک روش ذخیره انرژی قوی برای انسان بوده است زیرا ولت ها را به پشته های الکتریکی تبدیل می کند. با این حال، استفاده تجاری از ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ به تازگی آغاز شده است.

ذخیره هیدروژن، متانول و غیره: انرژی هیدروژن دارای مزایای برجسته چگالی انرژی بالا، تمیزی و حفاظت از محیط زیست است و به طور گسترده ای به عنوان یک منبع انرژی ایده آل در آینده در نظر گرفته می شود. مسیر تولید هیدروژن → ذخیره سازی هیدروژن → پیل سوختی در راه است. در حال حاضر بیش از 100 جایگاه سوخت گیری هیدروژن در کشور من ساخته شده است که در بین برترین های جهان از جمله بزرگترین ایستگاه سوخت گیری هیدروژن در پکن قرار دارد. با این حال، به دلیل محدودیت‌های فناوری ذخیره‌سازی هیدروژن و خطر انفجار هیدروژن، ذخیره‌سازی غیرمستقیم هیدروژن که توسط متانول نشان داده می‌شود نیز ممکن است یک مسیر ضروری برای انرژی آینده باشد، مانند فناوری "نور خورشید مایع" تیم لی کان در موسسه دالیان. شیمی، آکادمی علوم چین.

باتری‌های اولیه فلز-هوا: با باتری‌های آلومینیومی-هوا با چگالی انرژی بالا نشان داده می‌شوند، اما پیشرفت کمی در تجاری‌سازی وجود دارد. شرکت Phinergy که در بسیاری از گزارش ها از آن نام برده شده است، از باتری های آلومینیومی-هوا برای وسایل نقلیه خود استفاده کرده است. هزار مایل، راه حل پیشرو در ذخیره انرژی، باتری های روی-هوا قابل شارژ است.