Analisi e prospettive dei nuovi percorsi tecnologici di stoccaggio dell'energia

L'accumulo di energia elettrica può essere suddiviso in tre categorie: accumulo di energia elettrochimica, accumulo di energia meccanica e accumulo di energia elettromagnetica.

L'accumulo di energia elettrochimica comprende principalmente batterie agli ioni di litio, batterie di flusso, batterie al piombo e batterie agli ioni di sodio; l'accumulo di energia meccanica comprende principalmente accumulo di energia ad aria compressaL'accumulo di energia elettromagnetica comprende principalmente l'accumulo di energia tramite superconduttori e l'accumulo di energia tramite superconduttori, ecc.

L'accumulo di energia elettrochimica è la nuova tecnologia di accumulo di energia più diffusa e ha il potenziale per essere promossa su larga scala. L'accumulo di energia elettrochimica è una tecnologia che immagazzina energia elettrica attraverso reazioni elettrochimiche.

Rispetto ad altri percorsi tecnologici di accumulo dell'energia, i sistemi di accumulo elettrochimico hanno una maggiore densità energetica, una velocità di risposta moderata, un'ampia gamma di applicazioni, una maggiore facilità di produzione di massa, installazione, funzionamento e manutenzione e un eccellente potenziale di promozione su larga scala.

Della capacità globale cumulativa installata di nuovo accumulo di energia nel 2022, 97% saranno accumuli di energia elettrochimica (di cui le batterie agli ioni di litio rappresentano 94,4%). Con la maturazione della catena industriale, i progressi tecnologici e la riduzione dei costi, le prospettive per l'accumulo di energia elettrochimica diventano più ampie.

• Accumulo di energia con batterie agli ioni di litio

1. Caratteristiche tecniche: Le batterie agli ioni di litio presentano i vantaggi di una rapida velocità di carica e scarica, un'elevata efficienza complessiva, una forte praticità tecnica e pochi fattori limitanti. Tra le varie tecnologie di stoccaggio dell'energia elettrochimica, quella delle batterie al litio ha prestazioni eccezionali in termini di tempi di ciclo, densità energetica, velocità di risposta, ecc. Tutti hanno grandi vantaggi. Tuttavia, le batterie agli ioni di litio presentano carenze come la sicurezza e le scarse prestazioni a bassa temperatura.
2. Scenari di applicazione: Le batterie agli ioni di litio hanno un'ampia gamma di scenari applicativi e possono essere utilizzate in tutti gli aspetti dell'alimentazione, della rete e dell'utente del sistema energetico, comprese le centrali a modulazione di frequenza AGC, le centrali di accumulo di energia eolica/solare, le centrali a modulazione di picco/frequenza, gli alimentatori di emergenza, ecc.
3. Maturità tecnologica: Attualmente, la tecnologia delle batterie agli ioni di litio ha raggiunto un'applicazione su larga scala, con la tecnologia delle batterie al litio-ferro-fosfato come via tecnologica principale. A giudicare dall'attuale processo di commercializzazione, la tecnologia delle batterie agli ioni di litio è molto matura. In futuro, ci concentreremo sulla ricerca sui materiali di sicurezza, sulla produzione intelligente e sul riciclo e riutilizzo delle batterie.

• Accumulo di energia con batterie a flusso

1. Caratteristiche tecniche: Batteria a celle di flussohanno i vantaggi della sicurezza, dell'affidabilità, delle prestazioni ad alto costo durante il ciclo di vita, del rispetto dell'ambiente e della lunga durata del ciclo. Le caratteristiche dell'elettrolita a base d'acqua della batteria a flusso impediscono la combustione e l'esplosione ed è altamente sicura; la potenza e la capacità della batteria sono indipendenti l'una dall'altra, realizzando la separazione della potenza e della capacità della pila, e la capacità può essere espansa aumentando la capacità del serbatoio di stoccaggio del liquido; ha anche una lunga durata del ciclo. Tuttavia, le batterie a flusso presentano delle carenze, come la bassa densità energetica e il costo elevato.
2. Scenari di applicazione:Da un lato, la durata della batteria di flusso è in linea con quella delle centrali eoliche e fotovoltaiche, quindi è adatta alla costruzione di centrali di distribuzione e stoccaggio di nuova energia su larga scala; dall'altro, grazie alla grande scala, alla grande capacità, alla lunga durata, all'elevato valore residuo e al basso costo di manutenzione, può essere utilizzata in centrali di stoccaggio di energia condivise su larga scala o in centrali di picco sul lato della rete.
3. Maturità tecnologica: La tecnologia cinese di accumulo di energia con batterie a flusso ha raggiunto il livello di leadership internazionale e la tecnologia di accumulo di energia con batterie a flusso al vanadio su larga scala ha inizialmente raggiunto l'industrializzazione. Tuttavia, è ancora necessario migliorare ulteriormente le prestazioni dei sistemi di accumulo di energia su larga scala, ridurre i costi di sistema e sviluppare diverse modalità operative dello scenario applicativo.

• Batteria al piombo per l'accumulo di energia

Caratteristiche tecniche. Le batterie al piombo-acido presentano i vantaggi del basso costo, delle buone prestazioni di scarica ad alta velocità e delle buone prestazioni in termini di temperatura. Tuttavia, le batterie al piombo-acido hanno dei difetti, come la bassa densità energetica.

1. Scenari di applicazione: La tecnologia di stoccaggio dell'energia delle batterie al piombo presenta vantaggi eccezionali, come il basso costo e l'elevata sicurezza. Può essere ampiamente utilizzata in vari sistemi di accumulo di nuova energia, come l'energia solare, l'energia eolica, l'ibrido eolico e solare, le reti intelligenti, i sistemi di microgrid e l'alimentazione in aree prive di rete elettrica e in reti elettriche difficili. Sistemi di accumulo di energia, sistemi di regolazione della frequenza di alimentazione e di inseguimento del carico, sistemi di riduzione dei picchi di potenza e di riempimento delle valli, sistemi di accumulo e di ricarica di energia in aree residenziali, ecc.
2. Maturità tecnologica:Le batterie al piombo sono la via tecnologica più matura per l'accumulo di energia elettrochimica. A giudicare dall'attuale processo di commercializzazione, la tecnologia delle batterie al piombo-carbonio è attualmente la via tecnologica principale e si trova nelle fasi intermedie e finali della commercializzazione.

• Accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio

1. Caratteristiche tecniche: Come nuovo tipo di fonte di energia chimica secondaria, le batterie agli ioni di sodio non solo non hanno vincoli di risorse nelle materie prime, ma hanno anche sicurezza, prestazioni ad alta e bassa temperatura e prestazioni di carica e scarica ad alta velocità, con evidenti vantaggi in termini di risorse e costi. Tuttavia, le batterie agli ioni di sodio presentano carenze come la bassa densità energetica e la breve durata del ciclo.
2. Scenari di applicazione. Le batterie agli ioni di sodio possono essere utilizzate per la regolazione della frequenza del carico, la riduzione dei picchi di rete e il riempimento delle valli, l'integrazione nella rete delle energie rinnovabili e il miglioramento della qualità dell'energia.Per quanto riguarda la generazione di energia, i sistemi di accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio possono cooperare con le unità di potenza termica per sfruttare la loro rapida velocità di risposta e la forte capacità di regolazione della potenza istantanea per fornire servizi di regolazione della frequenza e della tensione. Nell'ambito della programmazione del sistema di controllo automatico della generazione (AGC), i sistemi di accumulo di energia con batterie agli ioni di sodio possono cooperare con i nuovi sistemi energetici, come l'energia eolica e il fotovoltaico, per migliorare le capacità di regolazione del sistema energetico e ridurre i tassi di abbandono del vento e della luce.
3. Maturità tecnologica: Le attività nazionali di ricerca e sviluppo, produzione, definizione degli standard, promozione del mercato e applicazione delle batterie agli ioni di sodio sono in pieno svolgimento e le batterie agli ioni di sodio stanno per entrare nella fase di applicazione commerciale.

• Altre tecnologie all'avanguardia per l'accumulo di energia elettrochimica

Esistono molti percorsi tecnologici per l'accumulo di energia elettrochimica e la ricerca e lo sviluppo di diverse nuove tecnologie all'avanguardia per l'accumulo di energia sono attualmente in corso in patria e all'estero, con l'obiettivo di superare le carenze delle attuali tecnologie di accumulo di energia elettrochimica dal punto di vista del basso costo, dell'elevata sicurezza e della grande scala.

Per quanto riguarda il sistema tecnologico di accumulo dell'energia elettrochimica, tra i numerosi meccanismi e soluzioni tecniche all'avanguardia per le batterie, le più rappresentative sono le batterie allo stato solido, le batterie acquose, le batterie secondarie multi-elettroniche (batterie agli ioni di magnesio, batterie agli ioni di alluminio, ecc,) batterie metallo-aria e le batterie a metallo liquido sono attualmente in fase di esplorazione e di ricerca e sviluppo.