L'utilisation du stockage d'énergie basé sur la capacité permet de mieux réguler l'offre et la demande d'électricité et, en même temps, d'exploiter pleinement les prix de l'électricité aux heures de pointe et dans les vallées pour augmenter les bénéfices. Par conséquent, le stockage d'énergie basé sur la capacité, tel que le stockage par sels fondus, est devenu une orientation importante pour les nouveaux systèmes électriques à l'avenir.
L'instabilité de l'énergie solaire et éolienne et les fluctuations périodiques des pics et des creux de l'énergie d'utilisation finale se traduisent par une faible efficacité d'utilisation des énergies renouvelables. Afin de s'adapter aux caractéristiques de la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables propres, des systèmes de stockage de l'énergie sont nécessaires pour résoudre le problème de l'inadéquation entre l'offre et la demande d'énergie dans le temps, l'espace et l'intensité.
En d'autres termes, lorsque l'énergie électrique est plus abondante, elle est stockée dans le système de stockage d'énergie. En cas de pénurie, le système de stockage d'énergie est utilisé pour produire de l'électricité afin de compléter le réseau électrique.
Parmi les sources d'énergie propres connues, l'énergie solaire est sans aucun doute la source d'énergie renouvelable qui dispose des plus grandes réserves pouvant être développées sur la terre.
Cependant, en raison du décalage entre la distribution saisonnière et la demande de consommation d'énergie, la manière de stocker l'énergie thermique, telle que l'énergie solaire, dans le support de stockage de la chaleur en été et de libérer la chaleur pour le chauffage en hiver afin d'atteindre l'état idéal de stockage en été et d'utilisation en hiver est devenue l'un des principaux axes de recherche et de développement actuels de l'industrie.
1. Qu'est-ce que le stockage de sels fondus ?
Le sel fondu est un liquide formé par la fusion de sels. Il s'agit d'un mélange ionique composé de cations et d'anions. D'une manière générale, le sel fondu désigne la fusion de sels inorganiques, tels que les halogénures de métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les nitrates, les sulfates, etc. Au sens large, le sel fondu comprend également les oxydes fondus et les matières organiques fondues.
Le sel fondu est solide à température normale et à pression atmosphérique, et se transforme en liquide lorsque la température atteint un certain niveau.
Dans des situations spécifiques de transfert et de stockage de chaleur, différents types de monomères de sels fondus peuvent être sélectionnés en fonction des exigences de la technologie de traitement, ou des sels eutectiques mélangés aux performances stables peuvent être fabriqués par composition selon une certaine proportion pour accomplir une tâche spécifique de transfert de chaleur et de stockage de chaleur.
Si vous utilisez l'électricité provenant du vent et de la lumière abandonnés ainsi que l'"électricité d'auge" pour chauffer le sel fondu, si vous convertissez l'électricité en énergie thermique et la stockez, et si vous utilisez ensuite l'énergie thermique pendant les pics de consommation d'électricité, celle-ci peut être remplacée par un système de chauffage.
Les chaudières à charbon (ou à gaz naturel) assurent le chauffage. Cela permet non seulement d'améliorer la stabilité du réseau électrique et l'environnement atmosphérique, mais aussi d'atténuer les pénuries de gaz et de réduire les coûts d'exploitation.
2. L'intérêt du stockage des sels fondus
La valeur du stockage des sels fondus se reflète principalement dans trois aspects : l'amélioration du taux d'utilisation et de la stabilité des sels fondus, l'amélioration de la qualité de l'air et l'amélioration de l'efficacité énergétique. stockage des énergies renouvelablesLe projet de loi sur les énergies renouvelables, qui résout le problème de la coordination entre les sources d'énergie éolienne, solaire, thermique et autres, est en cours d'élaboration ;
Réaliser des fonctions d'écrêtement des pointes et de remplissage des vallées, de régulation de la fréquence du système, de lissage de la charge, etc. pour améliorer la sécurité et l'économie du réseau électrique ; fournir des solutions de chauffage et d'approvisionnement en vapeur propres, efficaces et flexibles pour l'industrie, l'agriculture, la construction et d'autres domaines, en réduisant les émissions de carbone et les coûts.
En tant que stockage d'énergie de longue durée Le stockage par sels fondus présente les caractéristiques suivantes : L'échelle de stockage de l'énergie est grande. L'échelle de stockage des sels fondus se situe généralement entre des dizaines et des centaines de mégawatts, ce qui correspond à un stockage de grande capacité.
Le temps de stockage de l'énergie est long, et le temps de stockage des sels fondus peut atteindre plus de 10 heures. Le coût d'investissement initial est élevé. Le coût d'investissement du stockage par sels fondus est d'environ 5 millions/MWh, ce qui est similaire au coût d'investissement initial du stockage d'énergie par pompage et du stockage d'énergie par air comprimé. Par rapport au stockage d'énergie électrochimique, le coût d'investissement initial est plus élevé.
Le rendement de conversion de l'énergie est faible, et le rendement du stockage par sels fondus est généralement inférieur à 60%. Par rapport aux méthodes de stockage d'énergie électrochimique et mécanique, le rendement de conversion est relativement faible.
Par rapport aux piles au lithium ees technologies de stockage de l' energieLe stockage par sels fondus présente les avantages d'une longue durée de vie, d'un faible coût d'échelle et d'une grande sécurité. Dans le scénario futur où plusieurs systèmes de stockage d'énergie coexistent, le stockage par sels fondus pourrait occuper une place importante.
3. Avantages du stockage par sels fondus
Dans toute la plage de température de fonctionnement, le sel fondu reste toujours à l'état liquide, absorbant l'énergie électrique, l'énergie radiative et d'autres énergies. Lorsque la température ambiante est inférieure à la température du sel fondu, l'énergie thermique est libérée, réalisant ainsi le stockage de l'énergie thermique par différence de température au cours du processus de chauffage ou de refroidissement.
En raison de sa température de liquide élevée, de sa grande différence de température de stockage de la chaleur, de sa densité élevée de stockage de la chaleur, de ses bonnes performances de transfert de la chaleur, de son état de fonctionnement stable et de son faible coût, il convient au stockage de la chaleur à grande échelle. Une seule machine peut atteindre une capacité de stockage de chaleur de plus de 100 MWh, devenant ainsi un "cheval noir" dans l'industrie du stockage de l'énergie.
D'une manière générale, les avantages du stockage de chaleur par sels fondus se reflètent spécifiquement dans les points suivants :
- La puissance de stockage de la chaleur est importante et peut atteindre des centaines de mégawatts de stockage d'énergie. Par exemple, l'échelle de stockage de l'énergie de la centrale verte d'écrêtement des pointes de Jinchang City, dans la province de Gansu, atteint 600 MW/3600 MWh ;
- Le temps de stockage de la chaleur est long et peut atteindre une capacité de stockage de la chaleur de plus de 10 heures en une seule journée. Le temps de stockage de la chaleur des sels fondus de la centrale solaire thermique à tour de sels fondus de 100 MW de Dunhuang peut atteindre 11 heures, ce qui est bien supérieur aux exigences actuelles de distribution et de stockage de 2 à 4 heures ;
- Les paramètres de stockage de la chaleur sont élevés, la température de stockage de la chaleur des sels fondus peut atteindre 595°C ou plus, les paramètres exothermiques de la vapeur peuvent atteindre des paramètres sous-critiques et peuvent entraîner la turbine à vapeur pour produire de l'électricité ;
- Les stockage de l'énergie thermique est rapide et peut répondre aux besoins d'ajustement des grandes fluctuations de charge ;
- L'efficacité du stockage de la chaleur est élevée, proche de l'efficacité globale du stockage de l'énergie hydroélectrique par pompage, et la consommation d'énergie est faible ;
- Longue durée de vie : la durée de vie du système de stockage de chaleur à sel fondu peut atteindre plus de 30 ans ;
- Le système a un fonctionnement flexible et une conception modulaire. Le module de puissance de stockage de la chaleur et le module de capacité sont indépendants l'un de l'autre. Le processus de stockage de la chaleur et le processus de production de chaleur sont indépendants l'un de l'autre. Le fonctionnement est flexible et la solution de stockage de chaleur peut être personnalisée en fonction des besoins ;
- Le fonctionnement est sûr et fiable. Le stockage de la chaleur avec du nitrate binaire est une méthode de stockage de la chaleur plus sûre. Depuis le lancement de SOLAR ONE aux États-Unis en avril 1982, les 6,69 millions de kilowatts d'installations de production d'énergie solaire thermique dans le monde n'ont connu aucun accident lié à la sécurité, tel que l'explosion d'une batterie au lithium. Il s'agit d'une méthode de stockage de l'énergie extrêmement sûre ;
- Respectueux de l'environnement et sûr, il ne produit pas d'émissions polluantes.
4. Applications et cas de stockage de sels fondus
Le sel fondu stocke l'énergie en emmagasinant la chaleur. Si l'énergie électrique doit être stockée, l'ensemble du processus doit effectuer la conversion "énergie électrique - énergie thermique - énergie électrique", ce qui est très inefficace ;
Si ce qui doit être stocké est de l'énergie thermique, la différence de température pendant les processus de chauffage et de refroidissement peut permettre le stockage de l'énergie thermique. L'ensemble du processus est la conversion de "l'énergie thermique en énergie électrique".
Lorsque la production d'électricité est nécessaire, le sel fondu contenu dans le réservoir à haute température peut être pompé et échanger de la chaleur avec de l'eau pour produire de la vapeur. Celle-ci entraîne la turbine à vapeur pour produire de l'électricité avec une faible perte et un rendement élevé.
Le stockage de sels fondus peut être utilisé dans des scénarios où l'énergie thermique est utilisée pour produire de l'électricité, comme la production d'énergie photothermique, la rénovation de centrales thermiques, etc. ou dans des scénarios où la demande d'énergie terminale est l'énergie thermique plutôt que l'énergie électrique, comme le chauffage propre.
- Applications dans les systèmes de production d'énergie photothermique :
Les centrales solaires à concentration utilisent généralement un système à deux réservoirs, l'un chaud et l'autre froid, pour stocker le sel fondu. Le sel fondu contenu dans le réservoir de stockage de sel fondu froid est transporté vers le capteur solaire par la pompe à sel fondu. Il absorbe l'énergie thermique et se réchauffe avant d'entrer dans le réservoir de sel fondu chaud.
Le sel fondu à haute température s'écoule ensuite dans le générateur de vapeur à sel fondu pour produire de la vapeur surchauffée afin d'entraîner la vapeur. Les turbines tournent pour produire de l'électricité tandis que la température du sel fondu diminue et retourne dans le réservoir de stockage de sel fondu froid.
Le sel fondu intègre le stockage de la chaleur et le transfert de chaleur en un seul média, ce qui simplifie la composition du système de la centrale électrique.
En tant qu'installation de stockage d'énergie pour la production d'énergie photothermique, le système de stockage thermique à sels fondus peut améliorer le taux d'utilisation de l'énergie solaire, réduire les fluctuations de puissance et favoriser la stabilité de la production du réseau électrique.
Pour la production d'énergie photothermique, les sels fondus binaires sont largement utilisés. Le sel fondu binaire couramment utilisé est un mélange de nitrate de sodium 60% et de nitrate de potassium 40%.
- Fournir de l'énergie thermique pour la production industrielle
Le système de stockage de chaleur à sels fondus a un rendement élevé d'utilisation de l'énergie thermique, peut réaliser la récupération et l'utilisation de la chaleur perdue et de la chaleur résiduelle, et fournit des sources de chaleur stables et continues de haute qualité, telles que la vapeur et l'air chaud, pour les entreprises de transformation des aliments, les entreprises textiles et d'autres entreprises dans les parcs industriels.
- Stockage de l'énergie dans les centrales électriques
L'installation d'un équipement de stockage de chaleur à sels fondus dans une centrale thermique permet de transformer cette dernière en une centrale d'écrêtement des pointes de stockage d'énergie, qui peut produire de l'électricité de manière flexible. La chaleur stockée peut être convertie en vapeur pour fournir de la chaleur aux utilisateurs, ce qui améliore les avantages économiques de la centrale.
5. Perspectives pour le stockage des sels fondus
Le stockage par sels fondus est le troisième modèle de stockage d'énergie au monde, et le marché est actuellement en pleine croissance. À la fin de l'année 2022, la capacité installée cumulée au niveau mondial est de 6,1 GW, ce qui représente environ 1,6% de la capacité totale de stockage d'énergie installée.
L'Espagne, les États-Unis et la Chine sont les trois principaux pays sur le marché du stockage du sel fondu. L'Espagne et les États-Unis ont atteint une certaine taille de marché, et le marché chinois a également connu une croissance importante.
La capacité installée de stockage de sels fondus en Chine sera de 0,52 GW en 2022. À long terme, la capacité installée de stockage de sels fondus en Chine devrait dépasser 16 GW d'ici 2030, avec un investissement total de plus de 200 milliards de yuans.
Les scénarios d'application du stockage par sels fondus comprennent la production d'énergie solaire thermique, la transformation de la flexibilité de l'énergie thermique, l'écrêtage des pointes du réseau et le remplissage des vallées, le chauffage des vallées, la récupération de la chaleur résiduelle, le stockage de l'énergie abandonnée, etc.
Parmi eux, la production d'énergie photothermique et la transformation de la flexibilité des unités de production d'énergie thermique sont des domaines d'application qui requièrent une attention particulière.
Le sel fondu est rapidement devenu une nouvelle star dans le développement des énergies nouvelles en raison de ses avantages uniques en matière de stockage de l'énergie.
Le stockage de sels fondus peut participer à la transformation de la flexibilité des unités de production d'énergie thermique, utiliser l'énergie de la vallée pour chauffer le stockage thermique de sels fondus pour l'approvisionnement en vapeur industrielle, utiliser l'énergie de la vallée pour chauffer le stockage thermique de sels fondus pour le chauffage central ("du charbon à l'électricité"), utiliser l'énergie éolienne abandonnée et la photoélectricité abandonnée pour chauffer les sels fondus. Chauffage du stockage thermique des sels, utilisation de la chaleur résiduelle industrielle, etc.
Le stockage thermique par sels fondus peut également être utilisé dans de nombreux domaines tels que le dessalement de l'eau de mer, l'extraction de pétrole lourd, le déplacement des pics de consommation du réseau électrique et le remplissage des vallées, l'énergie distribuée, etc.
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