Ця стаття має на меті проаналізувати та порівняти технічні характеристики та сценарії застосування основних технічних маршрутів нових систем зберігання енергії, і на цій основі спрогнозувати майбутню тенденцію розвитку нових систем зберігання енергії.
</img
1. Огляд розвитку нових систем зберігання енергії
Історія розвитку технології зберігання енергії сягає початку 19 століття, коли люди почали досліджувати методи перетворення електричної енергії в хімічну, зберігання теплової енергії та інші форми для зберігання.
Лише на початку 20-го століття електрохімічна технологія зберігання енергії, представлена свинцево-кислотними акумуляторами, почала набувати популярності, забезпечуючи надійний засіб для зберігання та використання енергії.
З розвитком науки і техніки та застосуванням нових матеріалів технологія зберігання енергії постійно вдосконалюється і вдосконалюється. З'явилася нова електрохімічна технологія зберігання енергії, представлена літій-іонними акумуляторами.
Його переваги, такі як висока щільність енергії, тривалий термін служби, захист навколишнього середовища та відсутність забруднення, отримали широке визнання і стали нинішнім мейнстрімом. технології зберігання енергії.
Незважаючи на те, що масштаби встановленої потужності нових систем зберігання енергії швидко зростають, розвиток нових систем зберігання енергії все ще стикається з такими проблемами, як висока вартість, відсутність механізму ціноутворення, недосконалість стандартів та нормативних актів, а також складність у реалізації проектів.
2. Основні технічні шляхи для нових сховищ енергії
Нові технології зберігання енергії в основному включають три основні технічні напрямки: зберігання електроенергії (електрохімічне зберігання енергії, механічне зберігання енергії та електромагнітне зберігання енергії), зберігання водню та зберігання тепла.
Порівняно з насосними гідроакумулюючими станціями, нові сховища енергії мають такі переваги, як короткий термін будівництва, простий і гнучкий вибір місця розташування, а також висока здатність до регулювання. Воно краще узгоджується з розвитком і споживанням нової енергії, і його переваги поступово стають все більш помітними.
3. Зберігання електричної енергії
Зберігання електроенергії можна розділити на три категорії: електрохімічне зберігання енергії, механічне зберігання енергії та електромагнітне зберігання енергії.
Електрохімічні накопичувачі енергії в основному включають літій-іонні акумулятори, проточні акумулятори, свинцеві акумулятори та натрій-іонні акумулятори; механічні накопичувачі енергії в основному включають зберігання енергії стисненого повітрянакопичувачі енергії маховика та гравітаційні накопичувачі; накопичувачі електромагнітної енергії в основному включають в себе накопичувачі енергії суперконденсаторів та надпровідні накопичувачі енергії тощо.
Електрохімічне зберігання енергії є найбільш широко використовуваною новою технологією зберігання енергії і має потенціал для широкомасштабного просування. Електрохімічне зберігання енергії - це технологія, яка зберігає електричну енергію за допомогою електрохімічних реакцій.
У порівнянні з іншими технологіями зберігання енергії, електрохімічні системи зберігання енергії мають вищу щільність енергії, помірну швидкість відгуку, широкий діапазон застосування, легше масове виробництво, встановлення, експлуатацію та обслуговування, а також чудовий потенціал для широкомасштабного просування.
З глобальної сукупної встановленої потужності нових систем зберігання енергії у 2022 році 971 ТВт буде припадати на електрохімічне зберігання енергії (з них 94,41 ТВт - на літій-іонні акумулятори). З розвитком промислового ланцюга, вдосконаленням технологій та зниженням витрат перспективи електрохімічного зберігання енергії стають все ширшими.
- Літій-іонні акумулятори для зберігання енергії
- Технічні характеристики: Літій-іонні акумулятори мають переваги швидкого заряду та розряду, високої загальної ефективності, високої технічної практичності та невеликої кількості обмежувальних факторів. Серед різних електрохімічних технологій зберігання енергії літієві акумулятори мають видатні показники з точки зору тривалості циклу, щільності енергії, швидкості відгуку тощо. Всі вони мають великі переваги. Однак літій-іонні акумулятори мають такі недоліки, як безпека та низька продуктивність при низьких температурах.
- Сценарії застосування: Літій-іонні акумулятори мають широкий спектр сценаріїв застосування і можуть використовуватися у всіх аспектах енергосистеми, включаючи електростанції з частотною модуляцією AGC, вітрові/сонячні електростанції, електростанції з піковою/частотною модуляцією, аварійні джерела живлення і т.д.; режими застосування різноманітні і можуть досягати декількох функцій, таких як згладжування піків і частотна модуляція.
- Технологічна зрілість: В даний час технологія літій-іонних акумуляторів досягла широкомасштабного застосування, а технологія літій-залізо-фосфатних акумуляторів є основним технологічним маршрутом. Судячи з поточного процесу комерціалізації, технологія літій-іонних акумуляторів дуже зріла. У майбутньому ми зосередимося на дослідженнях безпечних матеріалів, інтелектуальному виробництві, а також переробці та повторному використанні акумуляторів.
- Накопичувач енергії проточної батареї
- Технічні характеристики: Акумуляторна батарея для проточних елементівмають переваги безпеки, надійності, високої економічної ефективності протягом життєвого циклу, екологічності та тривалого терміну служби. Характеристики електроліту на водній основі проточної батареї можуть запобігти її горінню та вибуху, і вона дуже безпечна; потужність і ємність батареї не залежать одна від одної, реалізуючи поділ потужності та ємності стека, а ємність може бути розширена за рахунок збільшення ємності резервуара для зберігання рідини; також має тривалий термін служби. Однак проточні акумулятори мають такі недоліки, як низька щільність енергії та висока вартість.
- Сценарії застосування:З одного боку, термін служби проточної батареї відповідає терміну служби вітрових і фотоелектричних електростанцій, тому вона підходить для будівництва великих нових енергетичних електростанцій для розподілу та зберігання енергії; з іншого боку, завдяки великим масштабам, великій ємності, тривалому терміну служби, високій залишковій вартості та низькій вартості обслуговування, вона може використовуватися на великих електростанціях спільного зберігання енергії або пікових електростанціях на стороні мережі.
- Технологічна зрілість: Китайська технологія зберігання енергії проточних акумуляторів вийшла на провідний міжнародний рівень, а великомасштабна технологія зберігання енергії повністю ванадієвих проточних акумуляторів спочатку досягла рівня індустріалізації. Однак, все ще потрібно продовжувати покращувати продуктивність великомасштабних систем зберігання енергії, знижувати системні витрати та розробляти різні режими роботи для різних сценаріїв застосування.
- Свинцево-кислотні акумулятори для зберігання енергії
Технічні характеристики. Свинцево-кислотні акумулятори мають такі переваги, як низька вартість, висока швидкість розряду і хороші температурні характеристики. Однак свинцево-кислотні акумулятори мають і недоліки, такі як низька щільність енергії.
- Сценарії застосування: Технологія зберігання енергії свинцево-кислотних акумуляторів має видатні переваги, такі як низька вартість і висока безпека. Вона може широко використовуватися в різних нових системах зберігання енергії, таких як сонячна енергія, вітрова енергія, вітро-сонячна гібридна енергія, інтелектуальні мережі, мікромережі та електропостачання в районах без електромереж і в складних умовах експлуатації електромереж, системи зберігання енергії, системи регулювання частоти і відстеження навантаження, системи "гоління піків" і "заповнення долин", а також системи зберігання і зарядки енергії в житлових районах тощо.
- Технологічна зрілість:Свинцево-кислотні акумулятори є найбільш розвиненим технологічним напрямком в електрохімічному зберіганні енергії. Судячи з поточного процесу комерціалізації, технологія свинцево-вуглецевих акумуляторів наразі є основним технологічним напрямком і знаходиться на середній та пізній стадіях комерціалізації.
- Натрій-іонні акумулятори для зберігання енергії
- Технічні характеристики: Як новий тип вторинного хімічного джерела енергії, натрій-іонні акумулятори не тільки не мають ресурсних обмежень у сировині, але й відрізняються безпекою, роботою при високих і низьких температурах, високою швидкістю заряду і розряду, а також очевидними ресурсними та вартісними перевагами. Однак натрій-іонні акумулятори мають такі недоліки, як низька щільність енергії та короткий термін служби.
- Сценарії застосування. Натрій-іонні акумулятори можуть використовуватися для регулювання частоти навантаження, згладжування піків і заповнення провалів в мережі, інтеграції з мережею відновлюваної енергетики та покращення якості електроенергії.З точки зору виробництва електроенергії, системи зберігання енергії натрій-іонних акумуляторів можуть співпрацювати з тепловими електростанціями, щоб скористатися їх швидкою швидкістю відгуку і потужними можливостями миттєвого регулювання потужності для надання послуг з регулювання частоти і напруги. При плануванні системи автоматичного регулювання генерації (AGC) системи зберігання енергії натрій-іонних акумуляторів можуть співпрацювати з новими енергетичними системами, такими як вітроенергетика і фотоелектрика, щоб поліпшити можливості регулювання енергосистеми і знизити рівень відмови від використання енергії вітру та світла.
- Технологічна зрілість: Вітчизняна робота в галузі досліджень і розробок, виробництва, встановлення стандартів, просування на ринок і застосування натрій-іонних акумуляторів йде повним ходом, і натрій-іонні акумулятори ось-ось увійдуть в стадію комерційного застосування.
- Інші передові електрохімічні технології зберігання енергії
Існує багато шляхів розвитку електрохімічних технологій зберігання енергії, і в даний час в країні і за кордоном проводяться дослідження і розробки різних передових нових технологій зберігання енергії, зосереджені на подоланні недоліків існуючих електрохімічних технологій зберігання енергії з точки зору низької вартості, високої безпеки і великих масштабів.
Виходячи з системи електрохімічних технологій зберігання енергії, серед безлічі передових акумуляторних механізмів і технічних рішень, найбільш репрезентативними є твердотільні акумулятори, водні акумулятори, багатоелектронні вторинні акумулятори (магнієво-іонні акумулятори, алюмінієво-іонні акумулятори і т.д.), метало-повітряні батареї та рідкометалеві батареї наразі перебувають на стадіях розвідки та досліджень і розробок.
4. Механічне накопичення енергії
- Зберігання енергії стисненого повітря
Технічні особливості. Зберігання енергії стисненого повітря має переваги великої встановленої потужності, тривалого часу зберігання енергії, короткого періоду будівництва, тривалого терміну служби, чистоти та екологічності. Як фізична технологія зберігання енергії з великою потужністю, тривалим терміном служби та високою безпекою, зберігання енергії стисненого повітря має очевидні переваги у сприянні інтеграції великомасштабних відновлюваних джерел енергії в мережу та задоволенні попиту на регулювання пікових навантажень. Однак зберігання енергії стисненого повітря має й недоліки, такі як низька ефективність.
- Сценарії застосування
- Сторона живлення: Він може бути інтегрований з новими системами виробництва електроенергії, такими як вітроенергетика і фотоелектрика, для створення інтегрованої системи зберігання енергії вітру або фотоелектричної енергії, щоб поліпшити якість електроенергії і керованість виробництва електроенергії з нових джерел енергії.
- Сторона сітки: Він може бути безпосередньо підключений до мережі передачі або розподільчої мережі та приймати уніфіковану диспетчеризацію енергодиспетчерської служби, забезпечуючи безпечну та стабільну роботу мережі. Він може забезпечити пікове регулювання, частотну модуляцію, фазову модуляцію, резервне копіювання, чорний старт та інші технічні послуги, які можуть полегшити зменшення перевантажень у передавальних та розподільчих мережах та підвищити надійність електропостачання.
- Сторона навантаження: Система може поєднувати сонячне тепло, геотермальне тепло і тепло промислових відходів, і може використовуватися в таких сценаріях застосування, як індустріальні парки і міські громадські будівлі з різноманітними енергетичними потребами, що значно підвищує гнучкість і ефективність використання схеми системи.
- Технологічна зрілістьКитайські системи зберігання енергії стисненого повітря перебувають на вирішальному етапі розвитку - від демонстраційних проектів до комерційного застосування. З точки зору тенденцій розвитку, зберігання енергії стисненого повітря буде розвиватися в напрямку великомасштабності, високої ефективності, низької вартості та диверсифікації.
- Накопичувач енергії маховика
- Технічні характеристики: Маховикові накопичувачі енергії мають переваги миттєвої реакції, точного відстеження та двостороннього виходу. Він має значні технічні переваги в участі в регулюванні частоти електромережі та є економічно доцільним. Однак накопичувач енергії має недоліки, такі як недостатня щільність енергії та висока швидкість саморозряду.
- Сценарії застосування: Накопичувач енергії маховика технологія вперше була використана в аерокосмічній галузі, а зараз поступово застосовується в енергосистемах. Вона підходить для високопотужних, швидкодіючих і високочастотних сценаріїв, таких як регулювання частоти електромережі, безперебійне живлення ДБЖ тощо.
- Технологічна зрілість: Наразі накопичувачі енергії на маховиках гостро потребують інновацій та проривів з точки зору потужності системи, коефіцієнта перетворення, терміну служби, безпеки тощо. Він знаходиться на стадії великих експериментів. Невеликі прототипи були успішно розроблені та використані в демонстраційних проектах.
Однак, через певні обмеження в даний час, небезпеки для безпеки і більш високі витрати. Тому, судячи з поточного процесу комерціалізації, накопичувачі енергії на маховиках все ще перебувають на стадії інженерної демонстрації.
- Гравітаційне зберігання енергії
- Технічні особливостіГравітаційне зберігання енергії має значні переваги, такі як екологічність, гнучке планування, висока безпека, тривалий термін служби і відсутність саморозряду. Як метод зберігання енергії, гравітаційне зберігання енергії має повільний час запуску і важко забезпечити інерційність мережі. Однак його ємність зберігання енергії велика, час виходу на режим тривалий, а вартість одиниці енергії низька. Він може точно відстежувати інструкції з диспетчеризації мережі та покращувати можливості вторинного регулювання частоти мережі.
- Сценарії застосування:У практичному застосуванні гравітаційне накопичення енергії в поєднанні з іншими формами накопичення енергії (наприклад, накопичення енергії маховиком, накопичення енергії суперконденсатором) може ефективно вирішити проблеми нестабільності частоти та напруги, спричинені інтеграцією нових джерел енергії в мережу, а також може зменшити пікові навантаження та заповнити піки. Долина, щоб вирішити проблему невідповідності між виробництвом електроенергії з нових джерел та попитом на неї.
- Технологічна зрілість: Гравітаційне зберігання енергії - це нова технологія зберігання енергії, в якій наразі домінує технологія баштових накопичувачів енергії. Судячи з поточного процесу комерціалізації, гравітаційне зберігання енергії знаходиться на ранній стадії технічної демонстрації.
+86 - 18925002618
