Panoramica dell'accumulo di energia commerciale

L'energia rinnovabile è una parte essenziale del piano a lungo termine per la neutralità del carbonio. Indipendentemente dalla fusione nucleare controllabile, dall'estrazione spaziale e dallo sviluppo maturo su larga scala delle risorse idroelettriche che non hanno una rotta commerciale a breve termine, l'energia eolica e l'energia solare sono attualmente le fonti di energia rinnovabile più promettenti. Tuttavia, sono limitati dal vento e dalle risorse luminose. L'accumulo di energia sarà una parte essenziale del futuro utilizzo dell'energia. Questo articolo e gli articoli successivi includeranno tecnologie di accumulo di energia commerciale su larga scala, concentrandosi principalmente su casi di implementazione.

Negli ultimi anni, la rapida costruzione di sistemi di accumulo di energia ha reso alcuni dati passati non più utili, come "l'accumulo di energia ad aria compressa al secondo posto con una capacità installata totale di 440 MW e le batterie sodio-zolfo al terzo posto, con una scala di capacità totale di 440 MW. 316 MW" ecc. Inoltre, la notizia che Huawei ha firmato il "più grande" progetto di accumulo di energia al mondo con 1300 MWh è schiacciante. Tuttavia, secondo i dati esistenti, 1300 MWh non è il progetto di accumulo di energia più significativo a livello globale. Il più grande progetto centrale di accumulo di energia appartiene all'accumulo di pompaggio. Per le tecnologie di accumulo di energia fisica come l'accumulo di energia salina, nel caso dell'accumulo di energia elettrochimica, 1300 MWh non è il progetto più significativo (potrebbe anche essere una questione di calibro statistico). L'attuale capacità del Moss Landing Energy Storage Center ha raggiunto 1600 MWh (di cui 1200 MWh nella seconda fase, 400 MWh nella seconda fase). Tuttavia, l'ingresso di Huawei ha messo in luce l'industria dell'accumulo di energia sul palco.

Attualmente, le tecnologie di accumulo di energia commercializzate e potenziali possono essere classificate in accumulo di energia meccanica, accumulo di energia termica, accumulo di energia elettrica, accumulo di energia chimica e accumulo di energia elettrochimica. Fisica e chimica sono essenzialmente la stessa cosa, quindi classifichiamole secondo il pensiero dei nostri predecessori per il momento.

1. Accumulo di energia meccanica/stoccaggio termico e celle frigorifere

Stoccaggio pompato:

Ci sono due serbatoi superiore e inferiore, che pompano acqua al serbatoio superiore durante l'accumulo di energia e drenano l'acqua al serbatoio inferiore durante la produzione di energia. La tecnologia è matura. Entro la fine del 2020, la capacità installata globale della capacità di accumulo di pompaggio era di 159 milioni di kilowatt, pari al 94% della capacità totale di accumulo di energia. Attualmente, il mio paese ha messo in funzione un totale di 32.49 milioni di kilowatt di centrali di pompaggio; il fondo scala delle centrali di pompaggio in costruzione è di 55.13 milioni di kilowatt. La scala sia delle costruzioni che delle costruzioni è al primo posto nel mondo. La capacità installata di una centrale elettrica ad accumulo di energia può raggiungere migliaia di MW, la produzione annuale di energia può raggiungere diversi miliardi di kWh e la velocità di black start può essere dell'ordine di pochi minuti. Attualmente, la più grande centrale elettrica di accumulo di energia in funzione in Cina, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, ha una capacità installata di 3.6 milioni di kilowatt e una capacità di generazione di energia annuale di 6.6 miliardi di kWh (che può assorbire 8.8 miliardi di kWh di energia in eccesso, con un'efficienza di circa il 75%). Tempo di inizio nero 3-5 minuti. Sebbene lo stoccaggio mediante pompaggio sia generalmente considerato avere gli svantaggi di una selezione limitata del sito, un lungo ciclo di investimento e un investimento significativo, è ancora la tecnologia più matura, il funzionamento più sicuro e il mezzo di stoccaggio dell'energia più economico. L'Amministrazione nazionale per l'energia ha pubblicato il Piano di sviluppo a medio e lungo termine per lo stoccaggio mediante pompaggio (2021-2035).

Entro il 2025, la scala di produzione totale di stoccaggio pompato sarà superiore a 62 milioni di kilowatt; entro il 2030, l'intera scala di produzione sarà di circa 120 milioni di kilowatt; entro il 2035 si formerà una moderna industria di accumulo di pompaggio che soddisfi le esigenze di sviluppo di nuova energia su larga scala e su larga scala.

Hebei Fengning Centrale elettrica di stoccaggio con pompaggio - Bacino idrico inferiore

Accumulo di energia ad aria compressa:

Quando il carico elettrico è basso, l'aria viene compressa e immagazzinata dall'elettricità (solitamente trattenuta in grotte di sale sotterranee, grotte naturali, ecc.). Quando il consumo di elettricità raggiunge il picco, l'aria ad alta pressione viene rilasciata per guidare il generatore a generare elettricità.

accumulo di energia ad aria compressa

L'accumulo di energia ad aria compressa è generalmente considerata la seconda tecnologia più adatta per l'accumulo di energia su larga scala su scala GW dopo l'accumulo di pompaggio. Tuttavia, è limitato dalle sue condizioni di selezione del sito più rigorose, dagli elevati costi di investimento e dall'efficienza di stoccaggio dell'energia rispetto allo stoccaggio con pompaggio. Basso, il progresso commerciale dell'accumulo di energia dell'aria compressa è lento. Fino a settembre di quest'anno (2021), il primo progetto di accumulo di energia dell'aria compressa su larga scala del mio paese, il progetto dimostrativo nazionale di accumulo di energia dell'aria compressa nella grotta di sale di Jiangsu Jintan, è stato appena collegato alla rete. La capacità installata della prima fase del progetto è di 60 MW e l'efficienza di conversione della potenza è di circa il 60%; la scala di costruzione a lungo termine del progetto raggiungerà i 1000 MW. Nell'ottobre 2021, il primo sistema avanzato di accumulo di energia ad aria compressa da 10 MW sviluppato in modo indipendente dal mio paese è stato collegato alla rete a Bijie, nel Guizhou. Si può dire che la strada commerciale dell'accumulo compatto di energia dell'aria è appena iniziata, ma il futuro è promettente.

Jintan progetto di accumulo di energia ad aria compressa.

Accumulo di energia a sale fuso:

L'accumulo di energia del sale fuso, generalmente combinato con la produzione di energia solare termica, concentra la luce solare e immagazzina il calore nel sale fuso. Quando si genera elettricità, il calore del sale fuso viene utilizzato per generare elettricità e la maggior parte di essi genera vapore per azionare un generatore a turbina.

accumulo di calore a sale fuso

Hanno gridato alla centrale termica solare Hi-Tech Dunhuang da 100 MW con torre di sale fuso nella più grande centrale solare termica della Cina. È iniziata la costruzione del progetto CSP Delingha da 135 MW con una maggiore capacità installata. Il suo tempo di accumulo di energia può raggiungere le 11 ore. L'investimento totale del progetto è di 3.126 miliardi di yuan. È prevista la connessione ufficiale alla rete entro il 30 settembre 2022 e può generare circa 435 milioni di kWh di elettricità ogni anno.

Stazione CSP di Dunhuang

Le tecnologie di accumulo di energia fisica includono l'accumulo di energia a volano, l'accumulo di energia a freddo, ecc.

2. Accumulo di energia elettrica:

Supercondensatore: limitato dalla sua bassa densità di energia (fare riferimento a sotto) e dalla grave autoscarica, è attualmente utilizzato solo in una piccola gamma di recupero energetico del veicolo, rasatura istantanea dei picchi e riempimento della valle. Le applicazioni tipiche sono il porto di Shanghai Yangshan Deepwater, dove 23 gru hanno un impatto significativo sulla rete elettrica. Per ridurre l'impatto delle gru sulla rete elettrica, viene installato un sistema di accumulo di energia con supercondensatore da 3MW/17.2KWh come fonte di backup, in grado di fornire continuamente un'alimentazione elettrica di 20 secondi.

Accumulo di energia superconduttore: omesso

3. Accumulo di energia elettrochimica:

Questo articolo classifica l'accumulo di energia elettrochimica commerciale nelle seguenti categorie:

Batterie piombo-acido, piombo-carbone

batteria di flusso

Batterie agli ioni di metallo, comprese batterie agli ioni di litio, batterie agli ioni di sodio, ecc.

Batterie ricaricabili metallo-zolfo/ossigeno/aria

Altro

Batterie piombo-acido e piombo-carbone: in quanto tecnologia matura di accumulo di energia, le batterie piombo-acido sono ampiamente utilizzate nelle partenze di automobili, alimentazione di backup per centrali elettriche di stazioni base di comunicazione, ecc. Dopo l'elettrodo negativo Pb della batteria al piombo-acido è drogato con materiali in carbonio, la batteria al piombo-carbonio può migliorare efficacemente il problema della scarica eccessiva. Secondo il rapporto annuale 2020 di Tianneng, il progetto di accumulo di energia al piombo-carbonio da 12MW/48MWh della State Grid Zhicheng (sottostazione di Jinling) completato dalla società è la prima centrale elettrica di accumulo di energia al piombo super grande nella provincia di Zhejiang e persino nell'intero paese.

Batteria di flusso: La batteria di flusso è solitamente costituita da liquido immagazzinato in un contenitore che scorre attraverso gli elettrodi. La carica e la scarica sono completate attraverso la membrana a scambio ionico; fare riferimento alla figura seguente.

Schema della batteria a flusso

Nella direzione della più rappresentativa batteria a flusso tutto-vanadio, il progetto Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, completato dal Dalian Institute of Chemical Physics e Dalian Rongke Energy Storage, è stato il più esteso sistema di accumulo di energia con batteria a flusso tutto-vanadio nel mondo in quel momento, che è attualmente in costruzione. Il sistema di accumulo di energia della batteria a flusso redox all-vanadio su larga scala raggiunge i 200 MW/800 MWh.

Batteria agli ioni di metallo: la tecnologia di accumulo di energia elettrochimica in più rapida crescita e più utilizzata. Tra questi, le batterie agli ioni di litio sono comunemente utilizzate nell'elettronica di consumo, nelle batterie di alimentazione e in altri campi e anche le loro applicazioni nell'accumulo di energia sono in aumento. Compresi i precedenti progetti Huawei in costruzione che utilizzano l'accumulo di energia con batterie agli ioni di litio, il più grande progetto di accumulo di energia con batterie agli ioni di litio realizzato finora è la stazione di accumulo di energia Moss Landing composta da Fase I 300 MW/1200 MWh e Fase II 100 MW/400 MWh, un totale di 400 MW/1600 MWh.

Batteria agli ioni di litio

A causa della limitazione della capacità di produzione del litio e dei costi, la sostituzione degli ioni di sodio con una densità di energia relativamente bassa ma si prevede che abbondanti riserve riducano il prezzo è diventata un percorso di sviluppo per le batterie agli ioni di litio. Il suo principio e i materiali primari sono simili alle batterie agli ioni di litio, ma non è stato ancora industrializzato su larga scala. , il sistema di accumulo di energia della batteria agli ioni di sodio messo in funzione nei rapporti esistenti ha visto solo una scala di 1 MWh.

Le batterie agli ioni di alluminio hanno le caratteristiche di un'elevata capacità teorica e di abbondanti riserve. È anche una direzione di ricerca per sostituire le batterie agli ioni di litio, ma non esiste una chiara via di commercializzazione. Una società indiana che è diventata popolare ha recentemente annunciato che commercializzerà la produzione di batterie agli ioni di alluminio il prossimo anno e costruirà un'unità di accumulo di energia da 10 MW. Aspettiamo e vediamo.

aspetta e vedi

Batterie ricaricabili metallo-zolfo/ossigeno/aria: comprese batterie litio-zolfo, litio-ossigeno/aria, sodio-zolfo, batterie ricaricabili alluminio-aria, ecc., con densità di energia maggiore rispetto alle batterie agli ioni. L'attuale rappresentante della commercializzazione sono le batterie sodio-zolfo. NGK è attualmente il principale fornitore di sistemi di batterie sodio-zolfo. L'enorme scala che è stata messa in funzione è un sistema di accumulo di energia con batterie sodio-zolfo da 108 MW/648 MWh negli Emirati Arabi Uniti.

4. Stoccaggio di energia chimica: decenni fa Schrödinger scrisse che la vita dipende dall'acquisizione di entropia negativa. Ma se non ti affidi all'energia esterna, l'entropia aumenterà, quindi la vita deve prendere il potere. La vita trova la sua strada e, per immagazzinare energia, le piante convertono l'energia solare in energia chimica nella materia organica attraverso la fotosintesi. L'accumulo di energia chimica è stata una scelta naturale sin dall'inizio. L'accumulo di energia chimica è stato un solido metodo di accumulo di energia per gli esseri umani da quando ha trasformato i volt in pile elettriche. Tuttavia, l'utilizzo commerciale dell'accumulo di energia su larga scala è appena iniziato.

Stoccaggio di idrogeno, metanolo, ecc.: L'energia a idrogeno presenta gli eccezionali vantaggi di un'elevata densità energetica, pulizia e protezione ambientale ed è ampiamente considerata una fonte di energia ideale per il futuro. Il percorso di produzione dell'idrogeno→stoccaggio dell'idrogeno→celle a combustibile è già in corso. Attualmente nel mio paese sono state costruite più di 100 stazioni di rifornimento di idrogeno, classificandosi tra le prime al mondo, inclusa la stazione di rifornimento di idrogeno più grande del mondo a Pechino. Tuttavia, a causa dei limiti della tecnologia di stoccaggio dell'idrogeno e del rischio di un'esplosione dell'idrogeno, lo stoccaggio indiretto dell'idrogeno rappresentato dal metanolo potrebbe anche essere un percorso essenziale per l'energia futura, come la tecnologia della "luce solare liquida" del team di Li Can presso l'Istituto Dalian di Chimica, Accademia Cinese delle Scienze.

Batterie primarie metallo-aria: rappresentate da batterie alluminio-aria con un'elevata densità di energia teorica, ma ci sono pochi progressi nella commercializzazione. Phinergy, un'azienda rappresentativa menzionata in molti rapporti, ha utilizzato batterie aria-alluminio per i suoi veicoli. A mille miglia, la soluzione leader nell'accumulo di energia sono le batterie zinco-aria ricaricabili.