Mit dem Ziel der globalen Kohlenstoffneutralität ist die Energiespeicherung zu einem entscheidenden Bindeglied geworden. Ob es sich um die bekannte Lithium-Batterie-Energiespeicherung oder eine neue Energiespeichermethode wie die All-Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Energiespeicherung handelt, sie ist sowohl auf der Seite der Stromerzeugung als auch auf der Seite des Netzes zu finden. Die Stromseite wird in großem Umfang genutzt werden, und die Nachfrage ist groß.
1. Eine Vielzahl von Energiespeichern ist in eine Phase der raschen Entwicklung eingetreten
Im Rahmen des globalen Ziels der Kohlenstoffneutralität werden saubere Energien allmählich die fossilen Energien ersetzen, Windkraft und Photovoltaik werden zur absoluten Hauptkraft der sauberen Energien werden, und die installierte Kapazität wird weiter zunehmen. Mit der Zunahme des Anteils der Stromerzeugung aus neuen Energien muss auch der Energieausgleichsmodus des gesamten Stromsystems umstrukturiert werden.
2. Fünf Arten der Energiespeicherung entwickeln sich rasch
Ab 2020 hat der Umfang der neuen globalen Energiespeicherung eine zusammengesetzte Wachstumsrate von mehr als 60% für fünf aufeinanderfolgende Jahre beibehalten, und die hohe Wachstumsrate wird voraussichtlich bis 2025 anhalten.
Insbesondere von 2022 bis 2023 wird sich die installierte Kapazität der Energiespeicherung jährlich verdoppeln. Insbesondere hat sich die Wachstumsrate der Energiespeicherung in Haushalten in Europa und den Vereinigten Staaten im letzten Jahr verdoppelt, und die annualisierte Wachstumsrate wird in den nächsten drei Jahren 50%-100% betragen.
3. Lithium-Ionen-Batterie als Energiespeicher
3.1 Einführung in die Energiespeicherung mit Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode, einem Separator und einem Elektrolyten. Gegenwärtig werden für die positive Elektrode von Mainstream-Produkten in der Regel ternäre Nickel-Mangan-Kobalt-Materialien oder Lithiumeisenphosphat verwendet, und die negative Elektrode besteht meist aus Kohlenstoffmaterialien wie Graphit.
Lithium-Ionen-Batterien haben den Vorteil, dass sie eine hohe Energiedichte aufweisen, keinen Memory-Effekt haben, schnell geladen und entladen werden können und schnell reagieren. Sie finden breite Anwendung in neuen Energieerzeugungs-, Verteilungs- und Speicherprojekten, wie z. B. in der Windenergie, der Photovoltaik und in Energiespeicherprojekten auf der Nutzerseite.
3.2 Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung explodiert weiter
In dem neuen Energiesystem wird die Energiespeicherung zu einem entscheidenden Bindeglied, das den Verbrauch neuer Energie und die Sicherheit des Stromnetzes gewährleisten muss. Sie werden in großem Umfang auf der Seite der Stromerzeugung, des Stromnetzes und des Stromverbrauchs eingesetzt werden, und die Nachfrage ist groß.
Gleichzeitig wird die Energiespeicherung weltweit aufgrund wirtschaftlicher Erwägungen und politischer Anreize einen raschen Anstieg des Anteils der Energiespeicher verzeichnen. Im Jahr 2022 werden Länder und Regionen wie die Vereinigten Staaten, Europa und Australien ein explosives Wachstum verzeichnen.
Den Daten zufolge werden Chinas Lithiumbatterie-Lieferungen zur Energiespeicherung im Jahr 2022 130 GWh erreichen, was einer jährlichen Wachstumsrate von 170% entspricht. Gemessen am Anteil der neu installierten Technologien im Jahr 2022 macht die Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichertechnologie 94,2% aus und nimmt damit nach wie vor eine absolut dominierende Stellung ein.
4. Speicherung von gepumptem Wasser
4.1 Einführung in die Pumpspeicherung von Wasser
Die Pumpspeicherung ist eine stabile und zuverlässige Methode der Energiespeicherung, die weltweit weit verbreitet ist. Ein Pumpspeicherkraftwerk besteht im Allgemeinen aus einem Oberbecken, einem Unterbecken und einer reversiblen Pumpturbine.
Während der Zeit, in der nur wenig Strom verbraucht wird, wird die reversible Wasserpumpenturbine als Wasserpumpe eingesetzt, die mit geringwertiger elektrischer Energie Wasser aus dem unteren Reservoir in das obere Reservoir pumpt, das als potenzieller Energiespeicher für Wasser dient; das Reservoir wird geöffnet, um Wasser abzulassen, und die potenzielle Energie des Wassers wird in hochwertige elektrische Energie umgewandelt.
4.2 Merkmale der Pumpspeicherung von Wasser
Pumpspeicherkraftwerke haben die Vorteile einer überlegenen Technologie, niedriger Kosten, langer Lebensdauer, großer Kapazität und hoher Effizienz. Da die Funktionsweise des Pumpspeicherkraftwerks in der Umwandlung von Energie zwischen elektrischer Energie und potenzieller Wasserenergie besteht, hängt die Energiespeicherkapazität hauptsächlich vom Höhenunterschied und der Speicherkapazität des oberen und unteren Reservoirs ab.
Der durch Wasserverdunstung und Leckagen verursachte Verlust ist nahezu vernachlässigbar, der Energiespeicherzyklus des Pumpspeichers kann auf unbestimmte Zeit verlängert werden, was eine Anpassung an verschiedene Energiespeicherzyklusanforderungen ermöglicht, und der Systemzykluswirkungsgrad kann 70%-80% erreichen.
Gleichzeitig kann der Dammkörper des Pumpspeicherkraftwerks nach dem Bau etwa 100 Jahre lang genutzt werden, und die erwartete Lebensdauer der elektrischen Ausrüstung beträgt etwa 40-60 Jahre.
5. Speicherung von Druckluftenergie
5.1 Einführung des Druckluftspeichersystems
Die Druckluftspeicherung ist eine auf der Entwicklung von Gasturbinen basierende Energiespeichertechnologie, die Energie in Form von Druckluft speichert.
Während des Zeitraums der Energiespeicherung nutzt das Druckluftspeichersystem Wind-/Photovoltaik- oder Niederspannungsstrom, um den Kompressor anzutreiben, der die elektrische Energie in Druckluftenergie umwandelt, und dann wird die Hochdruckluft versiegelt und in stillgelegten Bergwerken, Höhlen, stillgelegten Ölquellen oder künstlichen Gasspeichern gespeichert.
Während der Energiefreisetzungsphase wird die Hochdruckluft zum Antrieb des Expanders freigesetzt, und die gespeicherte Luftdruckenergie wird wieder in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt.
5.2 Entwicklungsperspektiven der Druckluftspeicherung
Die Verbesserung der Systemeffizienz und die Senkung der Kosten sind die Grundlage für die kommerzielle Entwicklung von Druckluftspeichern. Ausgehend von den abgeschlossenen und im Bau befindlichen Projekten kann der Systemwirkungsgrad auf MW-Ebene derzeit 52,1% erreichen, der Systemwirkungsgrad auf 10-MW-Ebene 60,2% und der Auslegungswirkungsgrad von Systemen über 100 MW-Ebene 70%.
Der Wirkungsgrad des Luftspeichersystems kann bis zu 75% betragen. Mit zunehmender Größe des Systems sinken auch die Investitionskosten je Einheit weiter. Jedes Mal, wenn der Systemumfang um eine Größenordnung zunimmt, können die Stückkosten um etwa 30% sinken.
6. Natriumionen-Energiespeicher
6.1 Einführung von Natrium-Ionen-Energiespeichern
Lithium, Natrium und Kalium gehören zu den Alkalimetallelementen der Gruppe IA des Periodensystems der Elemente und haben ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften. Theoretisch können sie alle als Metallionenträger für Sekundärbatterien verwendet werden.
Das Funktionsprinzip der Natrium-Ionen-Batterie ist dem der Lithium-Ionen-Batterie ähnlich. Ähnlich wie andere Sekundärbatterien arbeitet auch die Natrium-Ionen-Batterie nach dem Prinzip der Deinterkalation. Während des Ladevorgangs werden Natriumionen aus der positiven Elektrode entnommen und in die negative Elektrode eingefügt.
Je mehr, desto höher die Ladekapazität; bei der Entladung kehrt sich der Prozess um, je mehr Natriumionen zur positiven Elektrode zurückkehren, desto höher ist die Entladekapazität.
6.2 Ausblick auf den Natriumionen-Energiespeichermarkt
Der Kostenvorteil von Natrium-Ionen-Batterien liegt auf der Hand, insbesondere bei Natrium-Ionen-Batterien auf Kupferbasis. Die Hauptelemente des positiven Elektrodenmaterials Na, Cu, Fe und Mn sind billige und weit verbreitete Mengenelemente. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien sind die Kosten für Li, Ni, Co und andere Elemente deutlich höher;
Darüber hinaus ist die Leistung von Natrium-Ionen-Batterien hervorragend, und nach den neuesten Forschungsfortschritten von Natrium-Ionen-Batterien hat sie eine gute Leistung in diesen Aspekten gezeigt. Es wird erwartet, dass die Kosten nach einer groß angelegten Anwendung niedriger sein werden als die von Eisen-Lithium-Batterien und dass sie in großem Umfang in der elektrochemischen Energiespeicherung, in Elektrofahrzeugen mit niedriger Geschwindigkeit und in anderen Bereichen eingesetzt werden können und eine ergänzende und wirksame Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien darstellen werden.
7. Energiespeicher aus Bleikohlenstoffbatterien
7.1 Einführung von Bleikohlenstoffbatterien als Energiespeicher
Die Bleikohlenstoffbatterie ist eine kapazitive Bleisäurebatterie, die sich aus der herkömmlichen Bleisäurebatterie entwickelt hat. Das aktive Material der positiven Elektrode gewöhnlicher Blei-Säure-Batterien ist Bleioxid (PbO2) und das aktive Material der negativen Elektrode ist Blei (Pb).
Wenn alle aktiven Materialien der negativen Elektrode Pb durch Aktivkohle ersetzt werden, wird die gewöhnliche Bleisäurebatterie zu einem Hybridkondensator; im aktiven Material der negativen Elektrode Pb wird die gewöhnliche Bleisäurebatterie zu einer Bleikohlenstoffbatterie.
7.2 Energiespeichereigenschaften von Blei-Kohlenstoff-Batterien
In Bezug auf die Leistung haben Blei-Kohle-Batterien die Eigenschaften von Blei-Säure-Batterien und Kondensatoren, die nicht nur die Vorteile von Superkondensatoren für die sofortige Aufladung mit großer Kapazität nutzen, sondern auch die spezifischen Energievorteile von Blei-Säure-Batterien ausspielen und eine sehr gute Lade- und Entladeleistung aufweisen.
Der Zusatz von Kohlenstoff verhindert die Sulfatierung der negativen Elektrode, verbessert einen Faktor, der in der Vergangenheit zu Batterieausfällen führte, und verlängert die Lebensdauer der Batterie.
Kann ein Hybrid-Wechselrichter ohne Batterie funktionieren? Ja, er kann in einer netzgekoppelten Anlage betrieben werden, um Strom direkt aus Solarenergie zu liefern, aber ohne Speicher kann er keine Reservestromversorgung bieten oder überschüssige Energie speichern, so dass eine Batterie ein wertvolles Upgrade für bessere Effizienz und Zuverlässigkeit darstellt.
Lithiumbatterien geben keine schädliche Strahlung ab. Sie arbeiten mit sicheren chemischen Prozessen, was sie zuverlässig und weit verbreitet für moderne Energiespeichersysteme macht
Wiederaufladbare Batterien und herkömmliche Batterien unterscheiden sich in Effizienz, Lebensdauer und Anwendung. Wiederaufladbare Batterien unterstützen die wiederholte Nutzung und kontinuierliche Energiespeicherung, was sie ideal für langfristige und stark nachgefragte Systeme macht, während normale Batterien auf einmalige, kurzfristige Anwendungen beschränkt sind.
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