Este artigo tem como objetivo analisar e comparar as características técnicas e os cenários de aplicação das principais vias técnicas do novo armazenamento de energia e, com base nisso, prever a tendência de desenvolvimento futuro do novo armazenamento de energia.
1. Panorama do desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento de energia
A história do desenvolvimento da tecnologia de armazenamento de energia remonta ao início do século XIX, quando se começaram a explorar métodos de conversão de energia eléctrica em energia química, armazenamento de energia térmica e outras formas de armazenamento.
Foi só no início do século XX que a tecnologia de armazenamento eletroquímico de energia representada pelas baterias de chumbo-ácido começou a tornar-se popular, proporcionando um meio fiável de armazenamento e utilização de energia.
Com o avanço da ciência e da tecnologia e a aplicação de novos materiais, a tecnologia de armazenamento de energia tem sido continuamente inovada e melhorada. Surgiu uma nova tecnologia eletroquímica de armazenamento de energia representada pelas baterias de iões de lítio.
As suas vantagens, como a elevada densidade energética, a longa vida útil, a proteção ambiental e a ausência de poluição, têm sido favorecidas por Tem sido amplamente reconhecido e tornou-se a corrente principal atual tecnologias de armazenamento de energia.
Embora a escala da nova capacidade instalada de armazenamento de energia esteja a crescer rapidamente, o desenvolvimento do novo armazenamento de energia continua a enfrentar problemas como os custos elevados, a falta de um mecanismo de preços, normas e regulamentos imperfeitos e dificuldades na execução dos projectos.
2. Principais vias técnicas para o novo armazenamento de energia
O novo armazenamento de energia inclui principalmente três grandes vias técnicas: armazenamento de eletricidade (armazenamento de energia eletroquímica, armazenamento de energia mecânica e armazenamento de energia electromagnética), armazenamento de hidrogénio e armazenamento de calor.
Em comparação com o armazenamento de energia hidroelétrica por bombagem, o novo armazenamento de energia tem as vantagens de um período de construção curto, de uma seleção simples e flexível do local e de uma forte capacidade de ajustamento. É mais compatível com o desenvolvimento e o consumo de novas energias, e as suas vantagens estão a tornar-se cada vez mais proeminentes.
3. Armazenamento de energia eléctrica
O armazenamento de eletricidade pode ser dividido em três categorias: armazenamento de energia eletroquímica, armazenamento de energia mecânica e armazenamento de energia electromagnética.
O armazenamento eletroquímico de energia inclui principalmente baterias de iões de lítio, baterias de fluxo, baterias de chumbo e baterias de iões de sódio; o armazenamento mecânico de energia inclui principalmente armazenamento de energia de ar comprimidoO armazenamento de energia electromagnética inclui principalmente o armazenamento de energia em supercapacitores e o armazenamento de energia em supercondutores, etc.
A armazenagem eletroquímica de energia é a nova tecnologia de armazenagem de energia mais utilizada e tem potencial para ser promovida em grande escala. A armazenagem eletroquímica de energia é uma tecnologia que armazena energia eléctrica através de reacções electroquímicas.
Em comparação com outras vias tecnológicas de armazenamento de energia, os sistemas electroquímicos de armazenamento de energia têm uma densidade energética mais elevada, uma velocidade de resposta moderada, uma vasta gama de aplicações, uma produção em massa, instalação, funcionamento e manutenção mais fáceis e um excelente potencial de promoção em grande escala.
Da capacidade instalada global cumulativa de novos armazenamentos de energia em 2022, 97% serão de armazenamento eletroquímico de energia (dos quais 94,4% correspondem a baterias de iões de lítio). À medida que a cadeia industrial amadurece, a tecnologia avança e os custos diminuem, as perspectivas para o armazenamento eletroquímico de energia tornam-se mais amplas.
- Armazenamento de energia em baterias de iões de lítio
- Características técnicas: As baterias de iões de lítio têm as vantagens de uma rápida velocidade de carga e descarga, elevada eficiência global, forte praticidade técnica e poucos factores limitantes. Entre as várias tecnologias de armazenamento eletroquímico de energia, o armazenamento de energia das baterias de lítio tem um desempenho excecional em termos de tempos de ciclo, densidade de energia, velocidade de resposta, etc. Todas têm grandes vantagens. No entanto, as baterias de iões de lítio têm deficiências como a segurança e o fraco desempenho a baixas temperaturas.
- Cenários de aplicação: As baterias de iões de lítio têm uma vasta gama de cenários de aplicação e podem ser utilizadas em todos os aspectos do lado da fonte de alimentação, do lado da rede e do lado do utilizador do sistema de energia, incluindo centrais de modulação de frequência AGC, centrais de armazenamento de energia eólica/solar, centrais de modulação de pico/frequência, fontes de alimentação de emergência, etc.; os modos de aplicação são diversos e podem alcançar múltiplas funções, como a redução de picos e a modulação de frequência.
- Maturidade tecnológica: Atualmente, a tecnologia das baterias de iões de lítio atingiu uma aplicação em grande escala, sendo a tecnologia das baterias de fosfato de ferro e lítio a principal via tecnológica. A julgar pelo atual processo de comercialização, a tecnologia das baterias de iões de lítio está muito madura. No futuro, concentrar-nos-emos na investigação sobre materiais de segurança, fabrico inteligente e reciclagem e reutilização de baterias.
- Armazenamento de energia em baterias de fluxo
- Características técnicas: Bateria de célula de fluxotêm as vantagens de segurança, fiabilidade, desempenho de alto custo durante o ciclo de vida, respeito pelo ambiente e ciclo de vida longo. As características do eletrólito à base de água da bateria de fluxo podem evitar a sua combustão e explosão, pelo que é altamente segura; a potência e a capacidade da bateria são independentes uma da outra, permitindo a separação da potência e da capacidade da pilha, e a capacidade pode ser expandida aumentando a capacidade do tanque de armazenamento de líquido; tem também um ciclo de vida longo. No entanto, as baterias de fluxo têm deficiências, como baixa densidade de energia e alto custo.
- Cenários de aplicação:Por um lado, a vida útil da bateria de fluxo é consistente com a das centrais eólicas e fotovoltaicas, pelo que é adequada para a construção de novas centrais de energia em grande escala para distribuição e armazenamento; por outro lado, devido à grande escala, grande capacidade, longa vida útil, elevado valor residual e O custo de manutenção é baixo, pelo que pode ser utilizado em centrais de armazenamento de energia partilhada em grande escala ou em centrais de pico do lado da rede.
- Maturidade tecnológica: A tecnologia de armazenamento de energia de baterias de fluxo da China atingiu o nível de liderança internacional, e a tecnologia de armazenamento de energia de baterias de fluxo de vanádio em grande escala alcançou inicialmente a industrialização. No entanto, ainda é necessário melhorar ainda mais o desempenho dos sistemas de armazenamento de energia em grande escala, reduzir os custos do sistema e desenvolver diferentes modos de funcionamento do cenário de aplicação.
- Armazenamento de energia de baterias de chumbo-ácido
Características técnicas. As baterias de chumbo-ácido têm como vantagens o baixo custo, o bom desempenho em descargas de alta velocidade e o bom desempenho em termos de temperatura. No entanto, as baterias de chumbo-ácido têm deficiências como a baixa densidade energética.
- Cenários de aplicação: A tecnologia de armazenamento de energia das baterias de chumbo-ácido tem vantagens notáveis, como o baixo custo e a elevada segurança. Pode ser amplamente utilizada em vários sistemas de armazenamento de energia de novas energias, como a energia solar, a energia eólica, a energia híbrida eólica e solar, as redes inteligentes, os sistemas de micro-redes e o fornecimento de energia em zonas sem rede eléctrica e em redes eléctricas difíceis, os sistemas de armazenamento de energia, os sistemas de regulação da frequência de energia e de seguimento de cargas, os sistemas de redução de picos de energia e de enchimento de vales, os sistemas de armazenamento e carregamento de energia em zonas residenciais, etc.
- Maturidade tecnológica:As baterias de chumbo-ácido são a via tecnológica mais madura no armazenamento eletroquímico de energia. A julgar pelo atual processo de comercialização, a tecnologia das baterias de chumbo-carbono é atualmente a principal via tecnológica e encontra-se nas fases intermédia e final de comercialização.
- Armazenamento de energia de baterias de iões de sódio
- Características técnicas: Como um novo tipo de fonte de energia química secundária, as baterias de iões de sódio não só não têm restrições de recursos em matérias-primas, como também têm segurança, desempenho a altas e baixas temperaturas e desempenho de carga e descarga a alta velocidade, com vantagens óbvias em termos de recursos e custos. No entanto, as baterias de iões de sódio têm deficiências como a baixa densidade energética e o ciclo de vida curto.
- Cenários de aplicação. As baterias de iões de sódio podem ser utilizadas na regulação da frequência da carga, na redução dos picos e dos vales da rede, na integração das energias renováveis na rede e na melhoria da qualidade da energia.Do lado da produção de energia, os sistemas de armazenamento de energia em baterias de iões de sódio podem cooperar com unidades de energia térmica para tirar partido da sua rápida velocidade de resposta e das suas fortes capacidades de regulação instantânea da energia para fornecer serviços de regulação da frequência e da tensão.
- Maturidade tecnológica: O trabalho nacional em matéria de investigação e desenvolvimento, fabrico, definição de normas, promoção do mercado e aplicação de produtos de baterias de iões de sódio está em pleno andamento e as baterias de iões de sódio estão prestes a entrar na fase de aplicação comercial.
- Outras tecnologias de ponta de armazenamento eletroquímico de energia
Existem muitas rotas tecnológicas de armazenamento eletroquímico de energia, e a investigação e o desenvolvimento de várias novas tecnologias de ponta de armazenamento de energia estão atualmente a ser levados a cabo no país e no estrangeiro, centrando-se na superação das deficiências das tecnologias de armazenamento eletroquímico de energia existentes do ponto de vista do baixo custo, da elevada segurança e da grande escala.
Com base no sistema de tecnologia de armazenamento eletroquímico de energia, entre os muitos mecanismos de baterias e soluções técnicas de ponta, os mais representativos incluem baterias de estado sólido, baterias aquosas, baterias secundárias multi-electrões (baterias de iões de magnésio, baterias de iões de alumínio, etc.), baterias metal-ar e as baterias de metal líquido encontram-se atualmente nas fases de exploração, investigação e desenvolvimento.
4. Armazenamento mecânico de energia
- Armazenamento de energia por ar comprimido
Características técnicas. O armazenamento de energia por ar comprimido tem as vantagens de uma grande capacidade instalada, um longo tempo de armazenamento de energia, um curto período de construção, uma longa vida útil, limpo e amigo do ambiente. Como tecnologia de armazenamento físico de energia com grande capacidade, longa vida útil e elevada segurança, o armazenamento de energia por ar comprimido tem vantagens óbvias na promoção da integração de energias renováveis em grande escala na rede e na satisfação da procura de regulação dos picos de energia. No entanto, o armazenamento de energia por ar comprimido tem desvantagens como a baixa eficiência.
- Cenários de aplicação
- Lado da alimentação eléctrica: Pode ser integrado com novos sistemas de produção de energia, como a energia eólica e fotovoltaica, para construir um sistema integrado de armazenamento eólico ou fotovoltaico, a fim de melhorar a qualidade da energia e a capacidade de controlo da produção de novas energias.
- Lado da grelha: Pode ser diretamente ligado à rede de transmissão ou à rede de distribuição e aceitar o despacho unificado da agência de despacho de energia, servindo o funcionamento seguro e estável da rede. Pode fornecer regulação de pico, modulação de frequência, modulação de fase, backup, arranque a negro e outros serviços técnicos, o que pode aliviar o congestionamento de transmissão e distribuição Reduzir e melhorar a fiabilidade do fornecimento de energia.
- Lado da carga: O sistema pode ser acoplado ao calor solar, ao calor geotérmico e ao calor residual industrial e pode ser utilizado em cenários de aplicação como parques industriais e edifícios públicos metropolitanos com uma variedade de necessidades energéticas, melhorando significativamente a flexibilidade e a eficiência de utilização da disposição do sistema.
- Maturidade tecnológicaO armazenamento de energia por ar comprimido na China encontra-se numa fase crítica de desenvolvimento, desde os projectos de demonstração até às aplicações comerciais. Em termos de tendências de desenvolvimento, o armazenamento de energia por ar comprimido irá desenvolver-se no sentido da grande escala, alta eficiência, baixo custo e diversificação.
- Armazenamento de energia no volante do motor
- Características técnicas: O armazenamento de energia do volante de inércia tem as vantagens de uma resposta instantânea, de um controlo preciso e de uma saída bidirecional. Tem vantagens técnicas significativas na participação na regulação da frequência da rede eléctrica e é economicamente viável. No entanto, o armazenamento de energia em volantes de inércia tem deficiências como a densidade energética insuficiente e a elevada taxa de auto-descarga.
- Cenários de aplicação: Armazenamento de energia no volante do motor foi inicialmente utilizada no domínio aeroespacial e está agora a ser gradualmente aplicada ao domínio dos sistemas de energia. É adequada para cenários de alta potência, resposta rápida e alta frequência, como a regulação da frequência da rede eléctrica, a fonte de alimentação ininterrupta UPS, etc.
- Maturidade tecnológica: Atualmente, o armazenamento de energia em volantes de inércia necessita urgentemente de inovação e de avanços em termos de capacidade do sistema, taxa de conversão, vida útil, segurança, etc. Encontra-se numa fase experimental alargada. Foram desenvolvidos e utilizados com êxito pequenos protótipos em projectos de demonstração.
No entanto, devido a certas limitações actuais, os riscos de segurança e os custos mais elevados. Por conseguinte, a julgar pelo atual processo de comercialização, o armazenamento de energia por volante de inércia ainda se encontra na fase de demonstração de engenharia.
- Armazenamento de energia por gravidade
- Características técnicasO armazenamento de energia por gravidade tem vantagens significativas, como o facto de ser amigo do ambiente, a disposição flexível, a elevada segurança, a longa duração e a ausência de auto-descarga. Como método de armazenamento de energia, armazenamento de energia por gravidade tem um tempo de arranque lento e é difícil de fornecer inércia à rede. No entanto, a sua capacidade de armazenamento de energia é grande, o seu tempo de saída é longo e o seu custo unitário de energia é baixo. Pode seguir com precisão as instruções de despacho da rede e melhorar a capacidade de regulação da frequência secundária da rede.
- Cenários de aplicação:Em aplicações práticas, a armazenagem de energia potencial gravitacional combinada com outras formas de armazenagem de energia (como a armazenagem de energia em volantes de inércia, a armazenagem de energia em supercondensadores) pode resolver eficazmente os problemas de instabilidade da frequência e da tensão causados pela integração de novas fontes de energia na rede, e pode também reduzir os picos de carga e os picos de enchimento. Vale, para resolver o problema do desfasamento entre a produção de energia nova e a procura.
- Maturidade tecnológica: O armazenamento de energia por gravidade é uma tecnologia emergente de armazenamento de energia, atualmente dominada pela tecnologia de torres de armazenamento de energia. A julgar pelo atual processo de comercialização, a armazenagem de energia por gravidade encontra-se na fase inicial de demonstração de engenharia.
+86 - 18925002618
