Porównanie zalet i wad różnych systemów magazynowania energii

1, mechaniczne magazynowanie energii Mechaniczne magazynowanie energii obejmuje głównie magazynowanie pompowe, magazynowanie energii w sprężonym powietrzu i magazynowanie energii w kole zamachowym.

(1) Magazynowanie szczytowo-pompowe: gdy sieć wykorzystuje nadwyżkę energii elektrycznej jako płynnego nośnika energii, wodę z nisko położonego zbiornika do wysoko położonego zbiornika, szczytowe obciążenie sieci wody ze zbiornika wysoko położonego z powrotem do dolnego zbiornika w celu promowania przy wytwarzaniu energii przez generator turbinowy, sprawność wynosi zazwyczaj około 75%, powszechnie znana jako 4 z 3, z codzienną regulacją wydajności, dla obciążenia szczytowego i rezerwowego.

Wady: trudna lokalizacja i jej zależność od terenu; Cykl inwestycyjny jest długi, a straty wysokie, w tym straty związane z odprowadzaniem i magazynowaniem + straty w linii; Na tym etapie jest to również ograniczone chińską polityką cen energii elektrycznej, a ponad 80% pompowania i magazynowania w Chinach w zeszłym roku odbywało się na słońcu.

(2) Magazynowanie energii sprężonego powietrza (CAES): magazynowanie energii sprężonego powietrza polega na wykorzystaniu pozostałej energii elektrycznej systemu zasilania, gdy obciążenie jest niskie, napędzanej przez silnik do napędzania sprężarki powietrza, powietrze jest wtłaczane do zamkniętego dużego- podziemna jaskinia o pojemności jako komora magazynowania gazu, gdy wytwarzanie energii w systemie jest niewystarczające, sprężone powietrze jest mieszane z ropą naftową lub gazem ziemnym poprzez wymiennik ciepła i spalanie, do turbiny gazowej w celu wytworzenia energii. Jest więcej badań zagranicznych, technologia jest dojrzała, a Chiny zaczęły się trochę spóźniać, jakby akademik Lu Qiang prowadził więcej badań na ten temat, czym jest kogeneracja na zimno i tak dalej.

Magazynowanie sprężonego powietrza ma również funkcję szczytową, która jest odpowiednia dla dużych farm wiatrowych, ponieważ praca mechaniczna wytwarzana przez energię wiatru może bezpośrednio napędzać sprężarkę, zmniejszając pośrednią konwersję na energię elektryczną, poprawiając w ten sposób wydajność.

Wady: Jedną z głównych wad jest niska wydajność. Powodem jest to, że temperatura powietrza wzrasta, gdy jest ono sprężane, a temperatura spada, gdy powietrze jest uwalniane i rozszerzane. W procesie sprężonego powietrza część energii jest tracona w postaci ciepła i należy ją ponownie podgrzać przed rozprężeniem. Gaz ziemny jest zwykle wykorzystywany jako źródło ciepła do ogrzewania powietrza, co skutkuje niższą efektywnością magazynowania energii. Inne możliwe wady to konieczność stosowania dużych jednostek magazynowania gazu, pewne warunki geologiczne i zależność od spalania paliw kopalnych.

(3) Magazynowanie energii w kole zamachowym: Polega na wykorzystaniu szybko obracającego się koła zamachowego do magazynowania energii w postaci energii kinetycznej, a gdy potrzebna jest energia, koło zamachowe zwalnia i uwalnia zmagazynowaną energię. Pojedyncza technologia magazynowania energii w kole zamachowym jest w zasadzie krajowa (ale różnica w stosunku do innych krajów wynosi ponad 10 lat), trudność polega na opracowaniu nowych produktów o różnych funkcjach w zależności od różnych zastosowań, więc zasilacz do magazynowania energii w kole zamachowym jest wysoce wydajny produkt technologiczny, ale oryginalna innowacyjność jest niewystarczająca, co utrudnia uzyskanie krajowego wsparcia w finansowaniu badań naukowych. Gęstość energii nie jest wystarczająco wysoka, stopień samorozładowania jest wysoki, np. po zatrzymaniu ładowania energia zostanie wyczerpana w ciągu kilku do kilkudziesięciu godzin. Nadaje się tylko do niektórych segmentów rynku, takich jak wysokiej jakości zasilacze bezprzerwowe.

2, magazynowanie energii elektrycznej (1) Magazynowanie energii superkondensatora: Struktura podwójnej warstwy elektrycznej złożona z porowatej elektrody z węglem aktywnym i elektrolitu służy do uzyskania dużej pojemności elektrycznej. W przeciwieństwie do akumulatorów, w których zachodzą reakcje chemiczne, proces ładowania i rozładowywania superkondensatorów jest zawsze procesem fizycznym. Krótki czas ładowania, długa żywotność, dobra charakterystyka temperaturowa, oszczędność energii i ekologiczna ochrona środowiska. Superkondensatory nie mają zbyt skomplikowanej rzeczy, czyli ładowania kondensatora, a reszta to kwestia materiałów, a obecny kierunek badań jest taki, czy powierzchnia jest mała, a pojemność większa. Rozwój superkondensatorów jest nadal bardzo szybki, a nowe superkondensatory na bazie materiałów grafenowych są bardzo gorące.

Wady: W porównaniu z akumulatorami ich gęstość energii prowadzi do stosunkowo niskiego magazynowania energii przy tej samej masie, co bezpośrednio prowadzi do krótszej żywotności akumulatorów i wiąże się z pojawieniem się nowych materiałów, takich jak grafen.

(2) Nadprzewodnikowe magazynowanie energii (SMES): urządzenia wykonane z nadprzewodników o zerowej rezystancji w celu magazynowania energii elektrycznej. Nadprzewodzący system magazynowania energii obejmuje głównie schemat nadprzewodnictwa, system niskotemperaturowy, system regulacji mocy i system monitorowania. Rozwój technologii materiałów nadprzewodzących jest najwyższym priorytetem technologii nadprzewodzącego magazynowania energii. Materiały nadprzewodzące można z grubsza podzielić na materiały nadprzewodzące niskotemperaturowe, materiały nadprzewodzące wysokotemperaturowe i materiały nadprzewodzące o temperaturze pokojowej.

Wady: Wysoki koszt nadprzewodzących magazynów energii (materiały i kriogeniczne systemy chłodnicze) sprawia, że ​​ich zastosowanie jest bardzo ograniczone. Ograniczone niezawodnością i ekonomią zastosowanie komercyjne jest wciąż odległe.

3. Magazynowanie energii elektrochemicznej

(1) Akumulator kwasowo-ołowiowy: Jest to akumulator, którego elektroda składa się głównie z ołowiu i jego tlenku, a elektrolitem jest roztwór kwasu siarkowego. Obecnie jest szeroko stosowany na świecie, cykl życia może osiągnąć około 1000 razy, wydajność może osiągnąć 80% -90%, wydajność kosztowa jest wysoka i często jest używany w zasilaczu awaryjnym lub zasilaniu rezerwowym systemu elektroenergetycznego.

Wady: W przypadku głębokiego i szybkiego rozładowania o dużej mocy dostępna pojemność spadnie. Charakteryzuje się niską gęstością energii i krótką żywotnością. W tym roku akumulatory kwasowo-ołowiowe znacznie wydłużyły żywotność cykliczną, dodając superaktywne materiały węglowe do płyty ujemnej akumulatorów glinowych.

(2) Bateria litowo-jonowa: to klasa litu metalicznego lub stopu litu jako materiału elektrody ujemnej, wykorzystująca niewodny roztwór elektrolitu w akumulatorze. Stosowany głównie w przenośnych urządzeniach mobilnych, jego wydajność może sięgać ponad 95%, czas rozładowania może wynosić do kilku godzin, liczba cykli może sięgać 5000 lub więcej, reakcja jest szybka, czy praktyczna bateria jest w krajobraz energetyczny, obecnie najczęściej stosowany. W ostatnich latach technologia była również stale udoskonalana, a materiały elektrod dodatnich i ujemnych mają różnorodne zastosowania.

Główne akumulatory litowe dostępne na rynku dzielą się na trzy kategorie: akumulatory litowo-kobaltowe, akumulatory litowo-manganowe i akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe . Ten pierwszy ma wysoką gęstość energii, ale bezpieczeństwo jest nieco gorsze, drugi wręcz przeciwnie, domowe pojazdy elektryczne, takie jak BYD, z których większość obecnie korzysta z akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych. Ale wydaje się, że obcokrajowcy grają w trójskładnikowe baterie litowe i baterie litowo-żelazowo-fosforanowe?

Baterie litowo-siarkowe są również bardzo gorące, z siarką jako elektrodą dodatnią i litowo-metalicznym jako elektrodą ujemną, a teoretyczna gęstość energii właściwej może osiągnąć 2600 wh/kg, a rzeczywista gęstość energii może osiągnąć 450 wh/kg. Jednakże, jak znacznie poprawić żywotność cyklu ładowania i rozładowania akumulatora, dużym problemem jest również stosowanie zabezpieczeń.

Wady: wysokie ceny (4 juany/wh), nadmierne ładowanie prowadzi do nagrzewania, spalania i innych problemów związanych z bezpieczeństwem, należy naładować ochronę.

(3) Bateria sodowo-siarkowa: Jest to bateria wtórna, w której metaliczny sód stanowi elektrodę ujemną, siarka jako elektroda dodatnia i rurka ceramiczna jako membrana elektrolitu. Cykl może osiągnąć 4500 razy, czas rozładowania wynosi 6-7 godzin, wydajność cyklu wynosi 75%, gęstość energii jest wysoka, a czas reakcji jest szybki. Obecnie w Japonii, Niemczech, Francji, Stanach Zjednoczonych i innych miejscach zbudowano ponad 200 takich elektrowni magazynujących energię, które służą głównie do wyrównywania obciążenia, przesuwania szczytów i poprawy jakości energii.

Wady: Ze względu na zastosowanie ciekłego sodu, pracując w wysokich temperaturach, łatwo się palą. A jeśli w sieci zabraknie prądu, potrzebny będzie generator diesla, który pomoże utrzymać wysoką temperaturę lub pomoże spełnić warunki chłodzenia akumulatora.

(4) Bateria przepływowa: bateria o wysokiej wydajności, która wykorzystuje elektrolity dodatnie i ujemne do odpowiedniego oddzielenia i cyrkulacji. Moc i energia akumulatora nie są ze sobą skorelowane, a zmagazynowana energia zależy od wielkości zasobnika, dzięki czemu może on magazynować energię od kilku godzin do kilku dni, przy pojemności do Mw. Bateria ta ma wiele systemów, takich jak układ żelazowo-chromowy, układ bromowo-cynkowy, układ wielosiarczkowo-bromowo-sodowy i cały układ wanadowy, z których najpopularniejszy jest akumulator wanadowy.

Wady: pojemność baterii jest zbyt duża; Akumulator ma wysokie wymagania dotyczące temperatury otoczenia. Wysokie ceny (może to być zjawisko krótkotrwałe); System jest złożony (to pompa i rurociąg, co nie jest tak proste, jak bateria bezprzepływowa, taka jak litowa) Akumulatorowe magazynowanie energii stwarza mniejsze lub większe problemy środowiskowe.



4, magazynowanie energii cieplnej: W systemie magazynowania energii cieplnej energia cieplna jest magazynowana w ośrodku izolowanego pojemnika, który w razie potrzeby można przekształcić z powrotem w energię elektryczną, a także można go bezpośrednio wykorzystać i nie jest już przekształcany z powrotem w energię elektryczną energia. Magazynowanie energii cieplnej można podzielić na magazynowanie ciepła jawnego i magazynowanie ciepła utajonego. Ciepło zmagazynowane w magazynach energii cieplnej może być duże, dlatego można je wykorzystać do wytwarzania energii odnawialnej.

Wady: Magazynowanie energii cieplnej wymaga różnorodnych wysokotemperaturowych chemicznych czynników termicznych, a możliwości ich zastosowania są stosunkowo ograniczone.

5, magazynowanie energii chemicznej Magazynowanie energii chemicznej: wykorzystanie wodoru lub syntetycznego gazu ziemnego jako wtórnego nośnika energii, wykorzystanie nadmiaru energii elektrycznej do produkcji wodoru, można bezpośrednio wykorzystać wodór jako nośnik energii, można również reagować z dwutlenkiem węgla syntetyczny gaz ziemny (metan), wodór lub syntetyczny gaz ziemny Oprócz wytwarzania energii istnieją inne sposoby wykorzystania, takie jak transport. Niemcy chcą promować tę technologię i realizują projekty demonstracyjne.

Wady: Wydajność pełnego cyklu jest niska, wydajność produkcji wodoru wynosi tylko 40%, a wydajność syntetycznego gazu ziemnego jest mniejsza niż 35%.