نظرة عامة على تخزين الطاقة التجارية

الطاقة المتجددة جزء أساسي من الخطة طويلة المدى لحياد الكربون. بغض النظر عن الاندماج النووي الذي يمكن التحكم فيه ، والتعدين الفضائي ، والتطوير الناضج على نطاق واسع لموارد الطاقة الكهرومائية التي ليس لها طريق تجاري على المدى القصير ، تعد طاقة الرياح والطاقة الشمسية حاليًا أكثر مصادر الطاقة المتجددة الواعدة. ومع ذلك ، فهي محدودة بسبب موارد الرياح والضوء. سيكون تخزين الطاقة جزءًا أساسيًا من استخدام الطاقة في المستقبل. ستشمل هذه المقالة والمقالات اللاحقة تقنيات تخزين الطاقة التجارية واسعة النطاق ، مع التركيز بشكل أساسي على حالات التنفيذ.

في السنوات الأخيرة ، أدى البناء السريع لأنظمة تخزين الطاقة إلى جعل بعض البيانات السابقة غير مفيدة ، مثل "احتل تخزين طاقة الهواء المضغوط المرتبة الثانية بإجمالي قدرة مركبة تبلغ 440 ميجاوات ، واحتلت بطاريات الصوديوم والكبريت المرتبة الثالثة ، بمقياس سعة إجمالية من 440 ميجاوات. ومع ذلك ، ووفقًا للبيانات الحالية ، فإن 316 ميجاوات في الساعة ليست أهم مشروع لتخزين الطاقة على مستوى العالم. أكبر مشروع مركزي لتخزين الطاقة ينتمي إلى التخزين الضخ. بالنسبة لتقنيات تخزين الطاقة الفيزيائية مثل تخزين الطاقة الملحية ، في حالة تخزين الطاقة الكهروكيميائية ، لا يعد 1300 ميجاوات في الساعة أهم مشروع (قد يكون أيضًا مسألة ذات عيار إحصائي). وصلت السعة الحالية لمركز تخزين الطاقة Moss Landing إلى 1300 ميجاوات ساعة (بما في ذلك 1300 ميجاوات في الساعة في المرحلة الثانية ، و 1600 ميجاوات في المرحلة الثانية). ومع ذلك ، فقد سلط دخول هواوي الضوء على صناعة تخزين الطاقة على المسرح.

حاليًا ، يمكن تصنيف تقنيات تخزين الطاقة التجارية والمحتملة إلى تخزين الطاقة الميكانيكية ، وتخزين الطاقة الحرارية ، وتخزين الطاقة الكهربائية ، وتخزين الطاقة الكيميائية ، وتخزين الطاقة الكهروكيميائية. الفيزياء والكيمياء هي نفسها بشكل أساسي ، لذلك دعونا نصنفها وفقًا لتفكير أسلافنا في الوقت الحالي.

1. تخزين الطاقة الميكانيكية / التخزين الحراري والتخزين البارد

تخزين بالضخ:

يوجد خزانان علوي وسفلي ، يضخان المياه إلى الخزان العلوي أثناء تخزين الطاقة ويصب الماء إلى الخزان السفلي أثناء توليد الطاقة. التكنولوجيا ناضجة. بحلول نهاية عام 2020 ، بلغت السعة العالمية المركبة لسعة تخزين الضخ 159 مليون كيلوواط ، وهو ما يمثل 94٪ من إجمالي سعة تخزين الطاقة. في الوقت الحاضر ، بدأ بلدي تشغيل ما مجموعه 32.49 مليون كيلوواط من محطات توليد الطاقة بالضخ ؛ الحجم الكامل لمحطات تخزين الطاقة التي يتم ضخها قيد الإنشاء هو 55.13 مليون كيلووات. حجم كل من البناء والتشييد يحتل المرتبة الأولى في العالم. يمكن أن تصل السعة المركبة لمحطة تخزين الطاقة إلى آلاف ميجاوات ، ويمكن أن يصل توليد الطاقة السنوي إلى عدة مليارات كيلووات في الساعة ، ويمكن أن تكون سرعة البدء السوداء في حدود بضع دقائق. في الوقت الحاضر ، أكبر محطة طاقة لتخزين الطاقة قيد التشغيل في الصين ، محطة توليد الطاقة الخبيثة بضخ هيبي فينغنينغ ، لديها قدرة مركبة تبلغ 3.6 مليون كيلوواط وقدرة توليد طاقة سنوية تبلغ 6.6 مليار كيلوواط ساعة (والتي يمكن أن تمتص 8.8 مليار كيلوواط ساعة من الطاقة الزائدة ، بكفاءة تبلغ حوالي 75٪). وقت البدء الأسود 3-5 دقائق. على الرغم من أن التخزين بالضخ يعتبر عمومًا له عيوب الاختيار المحدود للموقع ، ودورة الاستثمار الطويلة ، والاستثمارات الكبيرة ، إلا أنه لا يزال أكثر التقنيات نضجًا ، وأكثرها أمانًا ، وأقل تكلفة لتخزين الطاقة. أصدرت إدارة الطاقة الوطنية خطة التنمية المتوسطة والطويلة الأجل للتخزين بالضخ (2021-2035).

بحلول عام 2025 ، سيكون حجم الإنتاج الإجمالي للتخزين الذي يتم ضخه أكثر من 62 مليون كيلووات ؛ بحلول عام 2030 ، سيصل حجم الإنتاج الكامل إلى حوالي 120 مليون كيلووات ؛ بحلول عام 2035 ، سيتم تشكيل صناعة تخزين حديثة بالضخ تفي باحتياجات التطوير الكبير والواسع النطاق للطاقة الجديدة.

محطة توليد الطاقة التخزينية التي يتم ضخها في Hebei Fengning - الخزان السفلي

تخزين طاقة الهواء المضغوط:

عندما يكون حمل الكهرباء منخفضًا ، يتم ضغط الهواء وتخزينه بالكهرباء (عادةً ما يتم الاحتفاظ به في كهوف الملح تحت الأرض ، والكهوف الطبيعية ، وما إلى ذلك). عندما يصل استهلاك الكهرباء إلى ذروته ، يتم إطلاق الهواء عالي الضغط لتشغيل المولد لتوليد الكهرباء.

تخزين طاقة الهواء المضغوط

يعتبر تخزين طاقة الهواء المضغوط بشكل عام ثاني أكثر التقنيات ملاءمة لتخزين الطاقة على نطاق واسع GW بعد التخزين بالضخ. ومع ذلك ، فهو مقيد بشروط اختيار الموقع الأكثر صرامة ، وتكلفة الاستثمار العالية ، وكفاءة تخزين الطاقة من التخزين بالضخ. منخفض ، التقدم التجاري لتخزين طاقة الهواء المضغوط بطيء. حتى سبتمبر من هذا العام (2021) ، تم توصيل أول مشروع لتخزين طاقة الهواء المضغوط على نطاق واسع في بلدي - المشروع الإيضاحي الوطني لاختبار تخزين طاقة الهواء المضغوط في كهف جيانتان في جيانغسو جينتان ، بالشبكة. القدرة المركبة للمرحلة الأولى من المشروع هي 60 ميغاواط ، وكفاءة تحويل الطاقة حوالي 60٪ ؛ سيصل حجم البناء طويل الأجل للمشروع إلى 1000 ميجاوات. في أكتوبر 2021 ، تم توصيل أول نظام متقدم لتخزين طاقة الهواء المضغوط بقدرة 10 ميجاوات تم تطويره بشكل مستقل من قبل بلدي بالشبكة في بيجي ، قويتشو. يمكن القول أن الطريق التجاري لتخزين طاقة الهواء المضغوط قد بدأ للتو ، لكن المستقبل واعد.

مشروع تخزين طاقة الهواء المضغوط Jintan.

تخزين طاقة الملح المصهور:

تخزين طاقة الملح المصهور ، جنبًا إلى جنب بشكل عام مع توليد الطاقة الحرارية الشمسية ، يركز ضوء الشمس ويخزن الحرارة في الملح المصهور. عند توليد الكهرباء ، يتم استخدام حرارة الملح المصهور لتوليد الكهرباء ، ومعظمها يولد بخارًا لتشغيل مولد التوربينات.

تخزين حرارة الملح المصهور

صرخوا Hi-Tech Dunhuang 100MW برج الملح المنصهر محطة الطاقة الحرارية الشمسية في أكبر محطة للطاقة الحرارية الشمسية في الصين. بدأ بناء مشروع Delingha 135 MW CSP بسعة أكبر. يمكن أن يصل وقت تخزين الطاقة إلى 11 ساعة. بلغ اجمالى استثمارات المشروع 3.126 مليار يوان. من المخطط أن يتم توصيله رسميًا بالشبكة قبل 30 سبتمبر 2022 ، ويمكن أن يولد حوالي 435 مليون كيلووات ساعة من الكهرباء كل عام.

محطة Dunhuang CSP

تشمل تقنيات تخزين الطاقة الفيزيائية تخزين طاقة دولاب الموازنة ، وتخزين طاقة التخزين البارد ، وما إلى ذلك.

2. تخزين الطاقة الكهربائية:

المكثف الفائق: مقيد بكثافة الطاقة المنخفضة (راجع أدناه) والتفريغ الذاتي الشديد ، ويستخدم حاليًا فقط في مجموعة صغيرة من استعادة طاقة السيارة ، وحلاقة الذروة اللحظية ، وتعبئة الوادي. التطبيقات النموذجية هي ميناء Shanghai Yangshan Deepwater ، حيث تؤثر 23 رافعة بشكل كبير على شبكة الطاقة. لتقليل تأثير الرافعات على شبكة الطاقة ، تم تركيب نظام تخزين طاقة فائق المكثف 3 ميجاوات / 17.2 كيلو وات في الساعة كمصدر احتياطي ، والذي يمكن أن يوفر باستمرار إمدادًا بالكهرباء في العشرينات من القرن الماضي.

تخزين الطاقة فائق التوصيل: محذوف

3. تخزين الطاقة الكهروكيميائية:

تصنف هذه المقالة تخزين الطاقة الكهروكيميائية التجارية إلى الفئات التالية:

بطاريات الرصاص الحمضية ، بطاريات الرصاص الكربونية

بطارية التدفق

بطاريات المعادن أيون ، بما في ذلك بطاريات الليثيوم أيون ، وبطاريات أيون الصوديوم ، إلخ.

بطاريات معدنية / كبريت / أكسجين / هواء قابلة لإعادة الشحن

آخر

بطاريات الرصاص الحمضية والكربون الرصاص: باعتبارها تقنية تخزين طاقة ناضجة ، تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية على نطاق واسع في بدء تشغيل السيارات ، وإمدادات الطاقة الاحتياطية لمحطات الطاقة الأساسية للاتصالات ، وما إلى ذلك بعد القطب السالب Pb لبطارية الرصاص الحمضية مخدر بمواد كربونية ، يمكن لبطارية الرصاص الكربونية أن تحسن بشكل فعال مشكلة الإفراط في التفريغ. وفقًا لتقرير Tianneng السنوي لعام 2020 ، فإن مشروع تخزين الطاقة من الكربون الرصاصي 12MW / 48MWh الذي أكملته الشركة هو أول محطة تخزين طاقة كبيرة للغاية من الرصاص والكربون في مقاطعة Zhejiang وحتى في جميع أنحاء البلاد.

بطارية التدفق: تتكون بطارية التدفق عادةً من سائل مخزن في حاوية تتدفق عبر الأقطاب الكهربائية. اكتمال الشحن والتفريغ من خلال غشاء التبادل الأيوني ؛ الرجوع إلى الشكل أدناه.

تخطيطي لبطارية التدفق

في اتجاه بطارية تدفق الفاناديوم الأكثر تمثيلا ، كان مشروع Guodian Longyuan ، 5MW / 10MWh ، الذي أكمله معهد Dalian للفيزياء الكيميائية و Dalian Rongke Energy Storage ، هو نظام تخزين طاقة بطارية الفاناديوم الأكثر شمولاً في العالم في ذلك الوقت ، والذي لا يزال قيد الإنشاء حاليًا ، يصل نظام تخزين طاقة بطارية تدفق الأكسدة والاختزال بالكامل من الفاناديوم إلى 200 ميجاوات / 800 ميجاوات في الساعة.

بطارية أيون ميتال: تكنولوجيا تخزين الطاقة الكهروكيميائية الأسرع نموًا والأكثر استخدامًا. من بينها ، تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون بشكل شائع في الإلكترونيات الاستهلاكية وبطاريات الطاقة وغيرها من المجالات ، كما تتزايد تطبيقاتها في تخزين الطاقة. بما في ذلك مشاريع Huawei السابقة قيد الإنشاء التي تستخدم تخزين طاقة بطارية ليثيوم أيون ، فإن أكبر مشروع لتخزين طاقة بطارية ليثيوم أيون تم بناؤه حتى الآن هو محطة تخزين طاقة Moss Landing التي تتكون من المرحلة الأولى 300 ميجا واط / 1200 ميجا واط في الساعة والمرحلة الثانية 100 ميجا واط / 400 ميجا واط في الساعة ، إجمالي 400 ميجا واط / 1600 ميجا واط في الساعة.

بطارية ليثيوم أيون

نظرًا لمحدودية قدرة إنتاج الليثيوم والتكلفة ، فإن استبدال أيونات الصوديوم بكثافة طاقة منخفضة نسبيًا ولكن من المتوقع أن تؤدي الاحتياطيات الوفيرة إلى خفض السعر أصبح مسارًا لتطوير بطاريات أيونات الليثيوم. يشبه مبدأها وموادها الأولية بطاريات الليثيوم أيون ، لكنها لم يتم تصنيعها بعد على نطاق واسع. ، فإن نظام تخزين طاقة بطارية أيون الصوديوم الذي تم تشغيله في التقارير الحالية لم يشهد سوى مقياس 1 ميجاوات في الساعة.

تتميز بطاريات الألومنيوم أيون بخصائص القدرة النظرية العالية والاحتياطيات الوفيرة. إنه أيضًا اتجاه بحثي لاستبدال بطاريات الليثيوم أيون ، ولكن لا يوجد طريق تجاري واضح. أعلنت شركة هندية أصبحت مشهورة مؤخرًا أنها ستقوم بتسويق إنتاج بطاريات الألومنيوم أيون العام المقبل وستقوم ببناء وحدة تخزين طاقة 10 ميجاوات. دعونا ننتظر ونرى.

انتظر وانظر

بطاريات الكبريت المعدنية / الأكسجين / الهواء القابلة لإعادة الشحن: بما في ذلك بطاريات الليثيوم-الكبريت ، وأكسجين الليثيوم / الهواء ، وكبريت الصوديوم ، وبطاريات الألومنيوم والهواء القابلة لإعادة الشحن ، وما إلى ذلك ، بكثافة طاقة أعلى من بطاريات الأيونات. الممثل الحالي للتسويق هو بطاريات الصوديوم الكبريتية. NGK حاليًا هي المورد الرئيسي لأنظمة بطاريات الصوديوم الكبريتية. الحجم الهائل الذي تم تشغيله هو نظام تخزين طاقة بطارية الصوديوم والكبريت 108 ميجاوات / 648 ميجاوات في دولة الإمارات العربية المتحدة.

4. تخزين الطاقة الكيميائية: منذ عقود ، كتب شرودنجر أن الحياة تعتمد على اكتساب الانتروبيا السلبية. لكن إذا كنت لا تعتمد على الطاقة الخارجية ، فإن الإنتروبيا ستزداد ، لذلك يجب أن تأخذ الحياة السلطة. تجد الحياة طريقها ، ولتخزين الطاقة ، تقوم النباتات بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية في مادة عضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي. كان تخزين الطاقة الكيميائية خيارًا طبيعيًا منذ البداية. كان تخزين الطاقة الكيميائية وسيلة قوية لتخزين الطاقة للبشر منذ أن جعلت الفولتات في مداخن كهربائية. ومع ذلك ، فقد بدأ للتو الاستخدام التجاري لتخزين الطاقة على نطاق واسع.

تخزين الهيدروجين والميثانول وما إلى ذلك: تتمتع طاقة الهيدروجين بالمزايا البارزة المتمثلة في كثافة الطاقة العالية والنظافة وحماية البيئة وتعتبر على نطاق واسع مصدرًا مثاليًا للطاقة في المستقبل. طريق إنتاج الهيدروجين ← تخزين الهيدروجين ← خلية الوقود في الطريق بالفعل. في الوقت الحاضر ، تم بناء أكثر من 100 محطة للتزود بالوقود بالهيدروجين في بلدي ، وهي تحتل المرتبة الأولى في العالم ، بما في ذلك أكبر محطة للتزود بالوقود بالهيدروجين في العالم في بكين. ومع ذلك ، نظرًا لقيود تقنية تخزين الهيدروجين وخطر انفجار الهيدروجين ، قد يكون تخزين الهيدروجين غير المباشر الذي يمثله الميثانول أيضًا مسارًا أساسيًا للطاقة المستقبلية ، مثل تقنية "ضوء الشمس السائل" لفريق Li Can في معهد داليان الكيمياء ، الأكاديمية الصينية للعلوم.

البطاريات الأساسية للهواء المعدني: يتم تمثيلها بواسطة بطاريات الألومنيوم الهوائية ذات كثافة الطاقة النظرية العالية ، ولكن هناك تقدم ضئيل في التسويق. استخدمت شركة Phinergy ، وهي شركة تمثيلية مذكورة في العديد من التقارير ، بطاريات الألومنيوم الهوائية لسياراتها. ألف ميل ، الحل الرائد في تخزين الطاقة هو بطاريات الزنك الهوائية القابلة لإعادة الشحن.