In stoccaggio globale dell'energiaLa percentuale di energia rinnovabile nella struttura energetica continua ad aumentare.
Tuttavia, questo comporta anche nuove sfide. L'aleatorietà, l'intermittenza e la volatilità dell'energia eolica e solare hanno esercitato un'enorme pressione strutturale sull'attuale sistema di generazione elettrica.
L'integrazione di grandi quantità di energia eolica e solare nel sistema porterà a frequenti eccedenze e carenze di energia. Accumulo di energia di lunga durata è diventata una tecnologia chiave per risolvere il problema dell'accesso alle energie rinnovabili.
Questo articolo esplorerà le varie strade tecniche, i vantaggi e le sfide e gli scenari di applicazione per l'accumulo di energia a lunga durata.
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Diverse strade tecniche per l'accumulo di energia a lunga durata
L'accumulo di energia di lunga durata può essere ottenuto in diversi modi, come l'accumulo di energia meccanica, l'accumulo di energia termica, l'accumulo di energia elettrochimica, l'accumulo di energia chimica, ecc.
(1) Accumulo di energia meccanica: La tecnologia di accumulo meccanico di energia più matura è l'accumulo di energia idroelettrica con pompaggio, che rappresenta 95% della capacità totale di accumulo di energia a livello mondiale.
Tuttavia, vi sono alcuni requisiti per la scelta dell'impianto e della stazione. Per ridurre la dipendenza dalle condizioni geografiche, stanno emergendo nuovi impianti di stoccaggio idroelettrico con pompaggio, come le pompe geomeccaniche.
Inoltre, l'accumulo di energia meccanica comprende anche l'accumulo di energia ad aria compressa, l'accumulo di energia per gravità e l'accumulo di energia ad aria liquida.
L'accumulo di energia ad aria compressa tiene conto anche dell'accumulo di energia termica, che viene utilizzata per immagazzinare il calore generato durante il processo di compressione e riutilizzarlo nel ciclo di scarico; l'accumulo di energia per gravità è attualmente nelle prime fasi di commercializzazione.
(2) Accumulo di energia termica: La tecnologia di accumulo dell'energia termica può rilasciare elettricità e calore allo stesso tempo. Il percorso tecnico può essere suddiviso in variazione della temperatura del mezzo, variazione dello stato del materiale del mezzo, reazione termica termochimica, ecc.
Queste tecnologie utilizzano mezzi come sale fuso, calcestruzzo, leghe di alluminio o materiali rocciosi per immagazzinare il calore in contenitori isolati. La via tecnologica più utilizzata è una combinazione di sale fuso e impianti di generazione di energia solare a concentrazione (CSP).
(3) Accumulo di energia chimica: stoccaggio di idrogeno, stoccaggio di energia da gas naturale, ecc.
(4) Accumulo di energia elettrochimica: Basate sull'immagazzinamento di energia a lunga durata mediante reazioni elettrochimiche, le batterie di flusso rappresentano una via tecnica.
Le batterie a flusso immagazzinano l'energia elettrica in solventi chimici in serbatoi esterni e si caricano e scaricano attraverso membrane a scambio ionico. Allo stesso tempo, batterie agli ioni di litio per l'accumulo di energia è una scelta molto competitiva.
Vantaggi dell'accumulo di energia a lunga durata
L'aumento della percentuale di generazione di energia da fonti rinnovabili porterà a una crescita della domanda di accumulo di energia per 8-12 ore o anche più, e rappresenta un mercato importante per l'accumulo di energia di lunga durata.
La tecnologia di accumulo di energia a lunga durata presenta principalmente i seguenti cinque vantaggi:
(1) Il costo marginale è basso quando si immagazzinano grandi quantità di energia elettrica.
(2) Disaccoppiamento di energia e potenza.
(3) Modularizzazione, scalabilità, minori requisiti di ubicazione di stabilimenti e stazioni e maggiore sicurezza.
(4) Non si basa su elementi rari, ha costi economici bassi e ha effetti su scala industriale.
(5) Rispetto all'aggiornamento e all'espansione delle reti di trasmissione e distribuzione, il periodo di costruzione è breve.
Scenari di applicazione dell'accumulo di energia a lunga durata
L'accumulo di energia a lunga durata può migliorare la flessibilità del sistema elettrico immagazzinando e rilasciando energia per un periodo di tempo più lungo (>4h, attraverso giorni, settimane e stagioni). I suoi principali scenari applicativi si riflettono in quattro aspetti:
(1) Applicazione di accumulo energetico infragiornaliero: Accumulo di energia di lunga durata da 4 a 12 ore per risolvere lo squilibrio tra domanda e offerta di energia nell'arco della giornata.
(2) Applicazioni di accumulo di energia cross-day e cross-week: si occupano principalmente di squilibri di potenza di media e lunga durata causati da anomalie meteorologiche di breve durata (mancanza di luce, carenza di acqua, ecc.).
(3) Applicazione interstagionale: Risolvere il picco di domanda di energia in inverno e l'incertezza di lunga durata del sistema elettrico causata dal cambiamento climatico.
(4) Affrontare gli eventi meteorologici estremi.
Le sfide dello stoccaggio di energia a lunga durata
Esiste un grande divario tecnico nell'accumulo di energia a lunga durata e gli investimenti dovrebbero essere incrementati per colmare questa lacuna.
Sebbene le tecnologie di stoccaggio dell'energia a lunga durata siano diverse, i vari metodi di stoccaggio dell'energia presentano limitazioni differenti, il che rende difficile l'utilizzo su larga scala di questa tecnologia.
Prendiamo ad esempio la batteria a flusso. È caratterizzata da sicurezza, espansione flessibile in base alle esigenze e lunga durata. Tuttavia, il suo costo elevato rappresenta la sfida più grande.
Al momento, la Cina non ha stabilito un meccanismo di mercato della capacità maturo, ed è difficile ottenere benefici dal valore della capacità del nuovo stoccaggio di energia attraverso il mercato.
È inoltre necessario utilizzare metodi scientifici di conversione della capacità per fornire prezzi o compensazioni di capacità corrispondenti alla durata.
Allo stesso tempo, vengono perfezionate le varietà di mercato e viene promosso l'accumulo di energia a lunga durata per partecipare ai mercati ausiliari, come il backup, per supportare alte percentuali di consumo di energia rinnovabile e la riduzione delle emissioni di carbonio.
Previsione della scala futura dello stoccaggio di energia a lunga durata
Anche se alcune tecnologie di accumulo di energia a lunga durata sono ancora in fase iniziale.
Tuttavia, nel contesto di un'accelerazione della trasformazione energetica, si prevede che l'accumulo di energia a lunga durata darà vita a un nuovo tipo di energia. accumulo di energia su scala di rete in tutto il mondo a partire dal 2025.
Si prevede che la capacità installata cumulativa raggiunga i 30-40GW (la capacità totale raggiunge 1TWh), pari a 6-8 volte l'attuale capacità pubblica, e 95% della capacità installata è distribuita.
Nel 2040, si prevede che la capacità installata di LDES a livello mondiale si espanderà fino a 1,5-2,5TW (la capacità totale raggiungerà 85-140TWh), pari a circa 8-15 volte l'attuale capacità totale di stoccaggio dell'energia installata.
Ridurrà le emissioni di carbonio di 1,5-2,3 miliardi di tonnellate all'anno, pari al 10%-15% delle emissioni del settore energetico.
L'energia immagazzinata rappresenterà 10% della produzione globale di energia, con una dimensione di mercato superiore a $1 trilione di dollari. Ciò significa anche che, entro il 2040, l'investimento cumulativo in LDES raggiungerà $1,5 trilioni-3 trilioni di dollari.
Sintesi
In sintesi, l'accumulo di energia a lunga durata è una componente chiave della transizione energetica attualmente in corso. Mentre ci muoviamo verso un futuro più sostenibile, la necessità di una tecnologia di stoccaggio dell'energia in grado di fornire energia per lunghi periodi di tempo è più importante che mai.
Sebbene permangano sfide per l'adozione diffusa dell'accumulo di energia a lunga durata, questa tecnologia registrerà una crescita significativa nei prossimi decenni.
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