Visão geral do armazenamento de energia comercial

A energia renovável é uma parte essencial do plano de longo prazo para a neutralidade de carbono. Independentemente da fusão nuclear controlável, mineração espacial e desenvolvimento maduro em larga escala de recursos hidrelétricos que não têm uma rota comercial no curto prazo, a energia eólica e a energia solar são atualmente as fontes de energia renovável mais promissoras. Ainda assim, eles são limitados pelos recursos do vento e da luz. O armazenamento de energia será uma parte essencial da utilização futura de energia. Este artigo e os artigos subsequentes incluirão tecnologias comerciais de armazenamento de energia em larga escala, focando principalmente em casos de implementação.

Nos últimos anos, a rápida construção de sistemas de armazenamento de energia tornou alguns dados anteriores não mais úteis, como "armazenamento de energia de ar comprimido ficou em segundo lugar com uma capacidade total instalada de 440 MW, e baterias de sódio-enxofre ficaram em terceiro lugar, com uma escala de capacidade total de 440 MW. 316MW" etc. Além disso, a notícia de que a Huawei assinou o "maior" projeto de armazenamento de energia do mundo com 1300MWh é esmagadora. No entanto, de acordo com os dados existentes, 1300MWh não é o projeto de armazenamento de energia mais significativo globalmente. O maior projeto central de armazenamento de energia pertence ao armazenamento bombeado. Para tecnologias de armazenamento físico de energia, como armazenamento de energia salina, no caso de armazenamento de energia eletroquímica, 1300 MWh não é o projeto mais significativo (pode ser também uma questão de calibre estatístico). A capacidade atual do Centro de Armazenamento de Energia Moss Landing atingiu 1600MWh (incluindo 1200MWh na segunda fase, 400MWh na segunda fase). Ainda assim, a entrada da Huawei destacou a indústria de armazenamento de energia no palco.

Atualmente, as tecnologias de armazenamento de energia comercializadas e potenciais podem ser classificadas em armazenamento de energia mecânica, armazenamento de energia térmica, armazenamento de energia elétrica, armazenamento de energia química e armazenamento de energia eletroquímica. Física e química são essencialmente as mesmas, então vamos classificá-las de acordo com o pensamento de nossos predecessores por enquanto.

1. Armazenamento mecânico de energia / armazenamento térmico e armazenamento a frio

Armazenamento bombeado:

Existem dois reservatórios superior e inferior, bombeando água para o reservatório superior durante o armazenamento de energia e drenando a água para o reservatório inferior durante a geração de energia. A tecnologia está madura. Até o final de 2020, a capacidade instalada global de armazenamento bombeado era de 159 milhões de quilowatts, representando 94% da capacidade total de armazenamento de energia. Atualmente, meu país colocou em operação um total de 32.49 milhões de quilowatts de usinas reversíveis; a escala total de usinas reversíveis em construção é de 55.13 milhões de quilowatts. A escala de construído e em construção ocupa o primeiro lugar no mundo. A capacidade instalada de uma central de armazenamento de energia pode atingir milhares de MW, a geração anual de energia pode atingir vários bilhões de kWh e a velocidade de partida preta pode ser da ordem de alguns minutos. Atualmente, a maior usina de armazenamento de energia em operação na China, a Usina de Armazenamento Bombeado Hebei Fengning, tem uma capacidade instalada de 3.6 milhões de quilowatts e uma capacidade anual de geração de energia de 6.6 bilhões de kWh (que pode absorver 8.8 bilhões de kWh de excesso de energia, com uma eficiência de cerca de 75%). Tempo de início preto 3-5 minutos. Embora o armazenamento bombeado seja geralmente considerado como tendo as desvantagens da seleção limitada do local, longo ciclo de investimento e investimento significativo, ainda é a tecnologia mais madura, a operação mais segura e o meio de armazenamento de energia de menor custo. A Administração Nacional de Energia divulgou o Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo para Armazenamento Bombeado (2021-2035).

Até 2025, a escala total de produção de armazenamento bombeado será de mais de 62 milhões de quilowatts; em 2030, a escala total de produção será de cerca de 120 milhões de quilowatts; até 2035, será formada uma indústria moderna de armazenamento bombeado que atende às necessidades de desenvolvimento de alta proporção e em larga escala de novas energias.

Central Elétrica de Armazenamento Bombeado Hebei Fengning - Reservatório Inferior

Armazenamento de energia de ar comprimido:

Quando a carga de eletricidade é baixa, o ar é comprimido e armazenado por eletricidade (geralmente mantida em cavernas subterrâneas de sal, cavernas naturais, etc.). Quando o consumo de eletricidade atinge o pico, o ar de alta pressão é liberado para acionar o gerador para gerar eletricidade.

armazenamento de energia de ar comprimido

O armazenamento de energia de ar comprimido é geralmente considerado a segunda tecnologia mais adequada para armazenamento de energia em larga escala em escala GW após o armazenamento bombeado. Ainda assim, é limitado por suas condições de seleção de local mais rigorosas, alto custo de investimento e eficiência de armazenamento de energia do que o armazenamento bombeado. Baixo, o progresso comercial do armazenamento de energia de ar comprimido é lento. Até setembro deste ano (2021), o primeiro projeto de armazenamento de energia de ar comprimido em grande escala do meu país - Projeto de Demonstração Nacional de Teste de Armazenamento de Energia de Ar Comprimido da Caverna de Sal Jiangsu Jintan de Jiangsu Jintan, acaba de ser conectado à rede. A capacidade instalada da primeira fase do projeto é de 60MW, e a eficiência de conversão de energia é de cerca de 60%; a escala de construção de longo prazo do projeto chegará a 1000 MW. Em outubro de 2021, o primeiro sistema avançado de armazenamento de energia de ar comprimido de 10 MW desenvolvido independentemente pelo meu país foi conectado à rede em Bijie, Guizhou. Pode-se dizer que o caminho comercial do armazenamento compacto de energia do ar está apenas começando, mas o futuro é promissor.

Projeto de armazenamento de energia de ar comprimido Jintan.

Armazenamento de energia de sal fundido:

O armazenamento de energia do sal fundido, geralmente combinado com a geração de energia solar térmica, concentra a luz solar e armazena o calor no sal fundido. Ao gerar eletricidade, o calor do sal fundido é usado para gerar eletricidade, e a maioria deles gera vapor para acionar um gerador de turbina.

armazenamento de calor de sal fundido

Eles gritaram Hi-Tech Dunhuang 100MW torre de sal derretido estação de energia solar térmica na maior estação de energia solar térmica da China. O projeto CSP de Delingha de 135 MW com maior capacidade instalada começou a ser construído. Seu tempo de armazenamento de energia pode chegar a 11 horas. O investimento total do projeto é de 3.126 bilhões de yuans. Está planejado para ser oficialmente conectado à rede antes de 30 de setembro de 2022 e pode gerar cerca de 435 milhões de kWh de eletricidade por ano.

Estação CSP de Dunhuang

As tecnologias de armazenamento de energia física incluem armazenamento de energia do volante, armazenamento de energia de armazenamento a frio, etc.

2. Armazenamento de energia elétrica:

Supercapacitor: Limitado por sua baixa densidade de energia (consulte abaixo) e auto-descarga severa, atualmente é usado apenas em uma pequena faixa de recuperação de energia de veículos, redução instantânea de picos e preenchimento de vales. As aplicações típicas são o Porto de Águas Profundas de Yangshan de Xangai, onde 23 guindastes impactam significativamente a rede elétrica. Para reduzir o impacto dos guindastes na rede elétrica, um sistema de armazenamento de energia de supercapacitor de 3MW/17.2KWh é instalado como fonte de backup, que pode fornecer continuamente um fornecimento de eletricidade de 20s.

Armazenamento de energia supercondutora: omitido

3. Armazenamento de energia eletroquímica:

Este artigo classifica o armazenamento de energia eletroquímica comercial nas seguintes categorias:

Baterias de chumbo-ácido e chumbo-carbono

bateria de fluxo

Baterias de íons de metal, incluindo baterias de íons de lítio, baterias de íons de sódio, etc.

Baterias recarregáveis ​​de metal-enxofre/oxigênio/ar

de outros

Baterias de chumbo-ácido e chumbo-carbono: como uma tecnologia madura de armazenamento de energia, as baterias de chumbo-ácido são amplamente utilizadas em partidas de carros, fonte de alimentação de backup para usinas de energia de estação base de comunicação, etc. Após o eletrodo negativo Pb da bateria de chumbo-ácido é dopado com materiais de carbono, a bateria de chumbo-carbono pode efetivamente melhorar o problema de descarga excessiva. De acordo com o relatório anual de 2020 da Tianneng, o projeto de armazenamento de energia de chumbo-carbono de 12MW/48MWh da State Grid Zhicheng (Jinling Substation) concluído pela empresa é a primeira usina super grande de armazenamento de energia de chumbo-carbono na província de Zhejiang e até mesmo em todo o país.

Bateria de fluxo: A bateria de fluxo geralmente consiste em líquido armazenado em um recipiente que flui através dos eletrodos. A carga e a descarga são completadas através da membrana de troca iônica; Consulte a figura abaixo.

Esquema de bateria de fluxo

Na direção da bateria de fluxo de vanádio mais representativa, o projeto Guodian Longyuan, 5MW/10MWh, concluído pelo Dalian Institute of Chemical Physics e Dalian Rongke Energy Storage, foi o mais extenso sistema de armazenamento de energia de bateria de fluxo de vanádio no mundo naquela época, que está atualmente em construção O sistema de armazenamento de energia de bateria de fluxo redox de vanádio em maior escala atinge 200 MW/800 MWh.

Bateria de íons metálicos: a tecnologia de armazenamento de energia eletroquímica mais utilizada e de mais rápido crescimento. Entre elas, as baterias de íons de lítio são comumente usadas em eletrônicos de consumo, baterias de energia e outros campos, e suas aplicações no armazenamento de energia também estão aumentando. Incluindo os projetos anteriores da Huawei em construção que usam armazenamento de energia de bateria de íon-lítio, o maior projeto de armazenamento de energia de bateria de íon-lítio construído até agora é a estação de armazenamento de energia Moss Landing que consiste em Fase I 300MW/1200MWh e Fase II 100MW/400MWh, um total de 400MW/1600MWh.

Bateria de íon de lítio

Devido à limitação da capacidade e custo de produção de lítio, a substituição de íons de sódio por uma densidade de energia relativamente baixa, mas espera-se que reservas abundantes reduzam o preço, tornou-se um caminho de desenvolvimento para baterias de íons de lítio. Seu princípio e materiais primários são semelhantes às baterias de íons de lítio, mas ainda não foi industrializado em larga escala. , o sistema de armazenamento de energia da bateria de íons de sódio colocado em operação nos relatórios existentes só viu uma escala de 1 MWh.

As baterias de íons de alumínio têm as características de alta capacidade teórica e reservas abundantes. É também uma direção de pesquisa para substituir as baterias de íons de lítio, mas não há uma rota clara de comercialização. Uma empresa indiana que se tornou popular recentemente anunciou que comercializará a produção de baterias de íons de alumínio no próximo ano e construirá uma unidade de armazenamento de energia de 10 MW. Vamos esperar e ver.

espere e veja

Baterias recarregáveis ​​de metal-enxofre/oxigênio/ar: incluindo lítio-enxofre, lítio-oxigênio/ar, sódio-enxofre, baterias recarregáveis ​​de alumínio-ar, etc., com maior densidade de energia do que as baterias de íons. O atual representante da comercialização são as baterias de sódio-enxofre. A NGK é atualmente o principal fornecedor de sistemas de baterias de sódio-enxofre. A enorme escala que foi colocada em operação é um sistema de armazenamento de energia de bateria de sódio-enxofre de 108MW/648MWh nos Emirados Árabes Unidos.

4. Armazenamento de energia química: Décadas atrás, Schrödinger escreveu que a vida depende da aquisição de entropia negativa. Mas se você não depender de energia externa, a entropia aumentará, então a vida deve assumir o poder. A vida encontra seu caminho e, para armazenar energia, as plantas convertem a energia solar em energia química em matéria orgânica por meio da fotossíntese. O armazenamento de energia química tem sido uma escolha natural desde o início. O armazenamento de energia química tem sido um método robusto de armazenamento de energia para os seres humanos desde que transformou volts em pilhas elétricas. Ainda assim, a utilização comercial do armazenamento de energia em larga escala está apenas começando.

Armazenamento de hidrogênio, metanol, etc.: A energia de hidrogênio tem as vantagens de alta densidade de energia, limpeza e proteção ambiental e é amplamente considerada como uma fonte de energia ideal no futuro. A rota de produção de hidrogênio→armazenamento de hidrogênio→célula a combustível já está a caminho. Atualmente, mais de 100 estações de reabastecimento de hidrogênio foram construídas em meu país, classificadas entre as melhores do mundo, incluindo a maior estação de reabastecimento de hidrogênio do mundo em Pequim. No entanto, devido às limitações da tecnologia de armazenamento de hidrogênio e ao risco de explosão de hidrogênio, o armazenamento indireto de hidrogênio representado pelo metanol também pode ser um caminho essencial para a energia futura, como a tecnologia de "luz solar líquida" da equipe de Li Can no Dalian Institute de Química, Academia Chinesa de Ciências.

Baterias primárias metal-ar: representadas por baterias de alumínio-ar com alta densidade teórica de energia, mas com poucos avanços na comercialização. Phinergy, uma empresa representativa mencionada em muitos relatórios, usava baterias de alumínio-ar para seus veículos. A mil milhas, a solução líder em armazenamento de energia são as baterias recarregáveis ​​de zinco-ar.