Unter globale EnergiespeicherungDer Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung nimmt weiter zu.
Dies bringt jedoch auch neue Herausforderungen mit sich. Die Zufälligkeit, Unterbrechung und Volatilität von Wind- und Solarenergie haben das bestehende Stromerzeugungssystem einem enormen strukturellen Druck ausgesetzt.
Die Integration großer Mengen von Wind- und Sonnenenergie in das System wird zu häufigen Stromüberschüssen und -engpässen führen. Langfristige Energiespeicherung hat sich zu einer Schlüsseltechnologie für die Lösung des Problems des Zugangs zu erneuerbaren Energien entwickelt
In diesem Artikel werden verschiedene technische Wege, Vorteile und Herausforderungen sowie Anwendungsszenarien für die Langzeitspeicherung von Energie untersucht.
Verschiedene technische Möglichkeiten der Langzeitspeicherung von Energie
Langfristige Energiespeicherung kann auf verschiedene Weise erreicht werden, z. B. durch mechanische Energiespeicherung, thermische Energiespeicherung, elektrochemische Energiespeicherung, chemische Energiespeicherung usw.
(1) Mechanische Energiespeicherung: Die ausgereifteste Technologie zur mechanischen Energiespeicherung ist die Pumpspeicherung von Energie aus Wasserkraft, die 95% der weltweiten Energiespeicherkapazität ausmacht.
Es gibt jedoch bestimmte Anforderungen für die Auswahl von Anlagen und Kraftwerksstandorten. Neue Pumpspeicherkraftwerke wie geomechanische Pumpen sind auf dem Vormarsch, um die Abhängigkeit von den geografischen Gegebenheiten zu verringern.
Darüber hinaus umfasst die mechanische Energiespeicherung auch die Druckluftspeicherung, die Schwerkraftspeicherung und die Flüssigluftspeicherung.
Bei der Druckluftspeicherung wird auch die thermische Energiespeicherung berücksichtigt, die dazu dient, die bei der Verdichtung entstehende Wärme zu speichern und im Entladezyklus wiederzuverwenden; die Schwerkraftspeicherung befindet sich derzeit in einem frühen Stadium der Kommerzialisierung.
(2) Thermische Energiespeicherung: Die Technologie der thermischen Energiespeicherung kann gleichzeitig Strom und Wärme freisetzen. Der technische Weg kann unterteilt werden in die Änderung der Mediumstemperatur, die Änderung des Materialzustands des Mediums, die thermochemische thermische Reaktion usw.
Bei diesen Technologien werden Medien wie Salzschmelzen, Beton, Aluminiumlegierungen oder Gesteinsmaterialien verwendet, um Wärme in isolierten Behältern zu speichern. Die am weitesten verbreitete Technologie ist eine Kombination aus Salzschmelze und Anlagen zur Stromerzeugung mit konzentrierter Sonnenenergie (CSP).
(3) Chemische Energiespeicherung: Wasserstoffspeicherung, Speicherung von Erdgasenergie usw.
(4) Elektrochemische Energiespeicherung: Durchflussbatterien sind ein technischer Weg, der auf der Speicherung von Energie über lange Zeiträume auf der Grundlage elektrochemischer Reaktionen beruht.
Durchflussbatterien speichern elektrische Energie in chemischen Lösungsmitteln in externen Tanks und laden und entladen sich über Ionenaustauschmembranen. Zur gleichen Zeit, Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicher ist ebenfalls eine sehr wettbewerbsfähige Wahl.
Vorteile der Langzeitspeicherung von Energie
Die Zunahme des Anteils der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wird zu einem Anstieg der Nachfrage nach Energiespeichern für 8-12 Stunden oder sogar länger führen und ist auch ein wichtiger Markt für die Langzeitspeicherung von Energie.
Die Technologie der Langzeitspeicherung von Energie hat vor allem die folgenden fünf Vorteile:
(1) Die Grenzkosten sind gering, wenn große Mengen elektrischer Energie gespeichert werden.
(2) Energie- und Leistungsentkopplung.
(3) Modularisierung, Skalierbarkeit, weniger Anforderungen an Fabrik- und Stationsstandorte und höhere Sicherheit.
(4) Sie ist nicht auf seltene Elemente angewiesen, hat niedrige wirtschaftliche Kosten und wirkt im industriellen Maßstab.
(5) Verglichen mit der Modernisierung und dem Ausbau von Übertragungs- und Verteilungsnetzen ist die Bauzeit kurz.
Anwendungsszenarien der Langzeitspeicherung von Energie
Langzeit-Energiespeicher können die Flexibilität des Stromnetzes verbessern, indem sie Energie über einen längeren Zeitraum (> 4 Stunden, über Tage, Wochen und Jahreszeiten hinweg) speichern und wieder abgeben. Ihre Hauptanwendungsszenarien spiegeln sich in vier Aspekten wider:
(1) Intraday-Energiespeicheranwendung: 4 bis 12 Stunden Langzeit-Energiespeicherung zur Behebung des Ungleichgewichts zwischen Stromangebot und -nachfrage während des Tages.
(2) Tages- und wochenübergreifende Energiespeicheranwendungen: Sie befassen sich hauptsächlich mit mittel- und langfristigen Energieungleichgewichten, die durch kurzfristige Wetteranomalien (Lichtmangel, Wasserknappheit usw.) verursacht werden.
(3) Saisonübergreifende Anwendung: Bewältigung des Spitzenenergiebedarfs im Winter und der durch den Klimawandel verursachten langfristigen Unsicherheiten im Stromsystem.
(4) Bewältigung von extremen Wetterereignissen.
Herausforderungen bei der Speicherung von Energie über lange Zeiträume
Es gibt eine große technische Lücke bei der Langzeitspeicherung von Energie, und die Investitionen sollten erhöht werden, um diese Lücke zu schließen.
Obwohl es eine Vielzahl von Technologien zur Langzeitspeicherung von Energie gibt, weisen die verschiedenen Energiespeichermethoden unterschiedliche Einschränkungen auf, so dass es schwierig ist, diese Technologie in großem Maßstab einzusetzen.
Nehmen Sie die Durchflussbatterie als Beispiel. Sie zeichnet sich durch Sicherheit, flexible Erweiterung je nach Bedarf und lange Lebensdauer aus. Allerdings sind ihre hohen Kosten die größte Herausforderung.
Derzeit hat China noch keinen ausgereiften Kapazitätsmarktmechanismus geschaffen, und es ist schwierig, über den Markt Vorteile aus dem Kapazitätswert neuer Energiespeicher zu ziehen.
Es ist auch notwendig, wissenschaftliche Kapazitätsumrechnungsmethoden zu verwenden, um Kapazitätspreise oder Kapazitätsausgleiche entsprechend der Dauer bereitzustellen.
Gleichzeitig werden die Marktvarianten verfeinert und die Langzeit-Energiespeicherung gefördert, um an den Zusatzmärkten teilzunehmen, z. B. als Backup zur Unterstützung eines hohen Anteils des Verbrauchs erneuerbarer Energien und der Kohlenstoffreduzierung.
Vorhersage des künftigen Umfangs der langfristigen Energiespeicherung
Einige Technologien zur Langzeitspeicherung von Energie befinden sich zwar noch im Anfangsstadium.
Vor dem Hintergrund der sich beschleunigenden Energiewende wird jedoch vorhergesagt, dass die Langzeitspeicherung von Energie den Weg ebnen wird für netzgekoppelte Energiespeicherung auf der ganzen Welt ab dem Jahr 2025.
Die kumulierte installierte Kapazität wird voraussichtlich 30-40 GW erreichen (die Gesamtkapazität erreicht 1 TWh), was dem 6-8fachen der derzeitigen öffentlichen Kapazität entspricht, und 95% der installierten Kapazität sind verteilt.
Im Jahr 2040 wird die weltweit installierte LDES-Kapazität voraussichtlich auf 1,5-2,5 TW steigen (die Gesamtkapazität erreicht 85-140 TWh), was etwa dem 8-15-fachen der derzeit installierten Gesamtenergiespeicherkapazität entspricht.
Es wird die Kohlenstoffemissionen um 1,5-2,3 Milliarden Tonnen pro Jahr reduzieren, was 10%-15% der Emissionen des Stromsektors entspricht.
Die gespeicherte Energie wird 10% der weltweiten Stromerzeugung ausmachen, mit einer Marktgröße von über $1 Billion US. Dies bedeutet auch, dass die kumulierten Investitionen in LDES bis 2040 $1,5 Billionen bis 3 Billionen US-Dollar erreichen werden.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Langzeitspeicherung von Energie eine Schlüsselkomponente der gegenwärtigen Energiewende ist. Auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Zukunft ist der Bedarf an Energiespeichertechnologien, die Energie über lange Zeiträume hinweg bereitstellen können, wichtiger denn je.
Auch wenn die Einführung der Langzeitspeicherung von Energie auf breiter Basis noch mit Herausforderungen verbunden ist, wird diese Technologie in den kommenden Jahrzehnten ein erhebliches Wachstum erfahren.
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