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Überblick über kommerzielle Energiespeicher

08 Jan, 2022

By hoppt

Energiespeicher

Erneuerbare Energien sind ein wesentlicher Bestandteil des langfristigen Plans zur COXNUMX-Neutralität. Unabhängig von der kontrollierbaren Kernfusion, dem Weltraumbergbau und der groß angelegten ausgereiften Entwicklung von Wasserkraftressourcen, die kurzfristig keinen kommerziellen Weg haben, sind Windenergie und Solarenergie derzeit die vielversprechendsten erneuerbaren Energiequellen. Dennoch sind sie durch Wind- und Lichtressourcen begrenzt. Energiespeicher werden ein wesentlicher Bestandteil der zukünftigen Energienutzung sein. In diesem und den folgenden Artikeln werden groß angelegte kommerzielle Energiespeichertechnologien behandelt, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf Implementierungsfällen liegt.

In den letzten Jahren hat der rasante Aufbau von Energiespeichersystemen dazu geführt, dass einige frühere Daten nicht mehr hilfreich sind, wie zum Beispiel „Druckluft-Energiespeicher rangierten mit einer installierten Gesamtkapazität von 440 MW an zweiter Stelle und Natrium-Schwefel-Batterien rangierten mit einer Gesamtkapazitätsskala an dritter Stelle.“ von 440 MW, 316 MW usw. Darüber hinaus ist die Nachricht, dass Huawei das weltweit „größte“ Energiespeicherprojekt mit 1300 MWh unterzeichnet hat, überwältigend. Den vorliegenden Daten zufolge ist 1300 MWh jedoch nicht das bedeutendste Energiespeicherprojekt weltweit. Das zentralste Energiespeicherprojekt gehört zur Pumpspeicherung. Bei physikalischen Energiespeichertechnologien wie der Salzenergiespeicherung sind 1300 MWh im Fall der elektrochemischen Energiespeicherung nicht das bedeutendste Projekt (es kann auch eine Frage des statistischen Kalibers sein). Die aktuelle Kapazität des Moss Landing Energy Storage Center hat 1600 MWh erreicht (einschließlich 1200 MWh in der zweiten Phase, 400 MWh in der zweiten Phase). Dennoch hat der Einstieg von Huawei die Energiespeicherbranche ins Rampenlicht gerückt.

Derzeit lassen sich kommerzialisierte und potenzielle Energiespeichertechnologien in mechanische Energiespeicherung, thermische Energiespeicherung, elektrische Energiespeicherung, chemische Energiespeicherung und elektrochemische Energiespeicherung einteilen. Physik und Chemie sind im Wesentlichen gleich, also klassifizieren wir sie vorerst nach der Denkweise unserer Vorgänger.

  1. Mechanische Energiespeicherung / Wärmespeicherung und Kältespeicherung

Pumpspeicher:

Es gibt zwei obere und untere Reservoirs, die während der Energiespeicherung Wasser in das obere Reservoir pumpen und während der Stromerzeugung Wasser in das untere Reservoir ableiten. Die Technologie ist ausgereift. Bis Ende 2020 betrug die weltweit installierte Pumpspeicherkapazität 159 Millionen Kilowatt, was 94 % der gesamten Energiespeicherkapazität ausmacht. Derzeit hat mein Land insgesamt 32.49 Millionen Kilowatt Pumpspeicherkraftwerke in Betrieb genommen; Die Gesamtleistung der im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke beträgt 55.13 Millionen Kilowatt. Der Umfang sowohl der gebauten als auch der im Bau befindlichen Gebäude ist weltweit an erster Stelle. Die installierte Leistung eines Energiespeicherkraftwerks kann Tausende von MW erreichen, die jährliche Stromerzeugung kann mehrere Milliarden kWh erreichen und die Schwarzstartgeschwindigkeit kann in der Größenordnung von einigen Minuten liegen. Derzeit verfügt das größte in Betrieb befindliche Energiespeicherkraftwerk Chinas, das Pumpspeicherkraftwerk Hebei Fengning, über eine installierte Leistung von 3.6 Millionen Kilowatt und eine jährliche Stromerzeugungskapazität von 6.6 Milliarden kWh (die 8.8 Milliarden kWh überschüssigen Strom aufnehmen kann). mit einem Wirkungsgrad von ca. 75 %). Schwarzstartzeit 3-5 Minuten. Obwohl allgemein davon ausgegangen wird, dass Pumpspeicherung die Nachteile einer begrenzten Standortauswahl, eines langen Investitionszyklus und erheblicher Investitionen aufweist, handelt es sich immer noch um die ausgereifteste Technologie, den sichersten Betrieb und die kostengünstigste Energiespeichermethode. Die National Energy Administration hat den mittel- und langfristigen Entwicklungsplan für Pumpspeicher (2021-2035) veröffentlicht.

Bis 2025 wird der gesamte Produktionsumfang von Pumpspeichern mehr als 62 Millionen Kilowatt betragen; bis 2030 wird die Gesamtproduktion etwa 120 Millionen Kilowatt betragen; Bis 2035 wird eine moderne Pumpspeicherindustrie entstehen, die den Bedarf einer hochproportionalen und groß angelegten Entwicklung neuer Energien deckt.

Pumpspeicherkraftwerk Hebei Fengning – Unteres Reservoir

Druckluft-Energiespeicher:

Bei geringer Strombelastung wird die Luft komprimiert und elektrisch gespeichert (normalerweise in unterirdischen Salzgrotten, natürlichen Höhlen usw.). Wenn der Stromverbrauch seinen Höhepunkt erreicht, wird die Hochdruckluft abgelassen, um den Generator zur Stromerzeugung anzutreiben.

Druckluft Energiespeicher

Nach der Pumpspeicherung gilt die Druckluftspeicherung im Allgemeinen als zweitgeeignetste Technologie für die Energiespeicherung im GW-Maßstab. Dennoch sind die strengeren Standortauswahlbedingungen, die hohen Investitionskosten und die Effizienz der Energiespeicherung im Vergleich zur Pumpspeicherung mit Einschränkungen verbunden. Niedrig, der kommerzielle Fortschritt der Druckluft-Energiespeicherung ist langsam. Bis September dieses Jahres (2021) wurde gerade das erste große Druckluft-Energiespeicherprojekt meines Landes – das Jiangsu Jintan Salt Cave Compressed Air Energy Storage National Test Demonstration Project – ans Netz angeschlossen. Die installierte Leistung der ersten Phase des Projekts beträgt 60 MW und der Wirkungsgrad der Stromumwandlung beträgt etwa 60 %. Der langfristige Bauumfang des Projekts wird 1000 MW erreichen. Im Oktober 2021 wurde in Bijie, Guizhou, das erste von meinem Land unabhängig entwickelte fortschrittliche 10-MW-Druckluft-Energiespeichersystem ans Netz angeschlossen. Man kann sagen, dass der kommerzielle Weg der kompakten Luftenergiespeicherung gerade erst begonnen hat, aber die Zukunft ist vielversprechend.

Jintan-Projekt zur Speicherung von Druckluftenergie.

Energiespeicherung in geschmolzenem Salz:

Die Speicherung von Energie aus geschmolzenem Salz, im Allgemeinen kombiniert mit solarthermischer Stromerzeugung, konzentriert das Sonnenlicht und speichert Wärme in geschmolzenem Salz. Bei der Stromerzeugung wird die Wärme von geschmolzenem Salz zur Stromerzeugung genutzt, und die meisten von ihnen erzeugen Dampf, um einen Turbinengenerator anzutreiben.

Wärmespeicher aus geschmolzenem Salz

Sie riefen „Hi-Tech Dunhuang 100 MW geschmolzenes Salzturm-Solarthermiekraftwerk“ in Chinas größtem Solarthermiekraftwerk. Der Bau des Delingha-135-MW-CSP-Projekts mit größerer installierter Leistung hat begonnen. Seine Energiespeicherzeit kann 11 Stunden erreichen. Die Gesamtinvestition des Projekts beträgt 3.126 Milliarden Yuan. Bis zum 30. September 2022 soll es offiziell ans Netz gehen und jährlich rund 435 Millionen kWh Strom erzeugen können.

CSP-Station Dunhuang

Zu den physikalischen Energiespeichertechnologien gehören Schwungrad-Energiespeicher, Kaltspeicher-Energiespeicher usw.

  1. Elektrische Energiespeicher:

Superkondensator: Aufgrund seiner geringen Energiedichte (siehe unten) und der starken Selbstentladung ist er begrenzt und wird derzeit nur in einem kleinen Bereich der Fahrzeugenergierückgewinnung, der sofortigen Spitzenglättung und der Talfüllung eingesetzt. Typische Anwendungen sind der Shanghai Yangshan Deepwater Port, wo 23 Kräne erhebliche Auswirkungen auf das Stromnetz haben. Um die Auswirkungen von Kränen auf das Stromnetz zu reduzieren, ist als Backup-Quelle ein Superkondensator-Energiespeichersystem mit 3 MW/17.2 kWh installiert, das kontinuierlich eine Stromversorgung von 20 Sekunden bereitstellen kann.

Supraleitende Energiespeicher: entfallen

  1. Elektrochemische Energiespeicherung:

In diesem Artikel werden kommerzielle elektrochemische Energiespeicher in die folgenden Kategorien eingeteilt:

Blei-Säure-, Blei-Kohle-Batterien

Flow-Batterie

Metall-Ionen-Batterien, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien usw.

Wiederaufladbare Metall-Schwefel-/Sauerstoff-/Luftbatterien

Sonstiges

Blei-Säure- und Blei-Kohlenstoff-Batterien: Als ausgereifte Energiespeichertechnologie werden Blei-Säure-Batterien häufig in Autostarts, Notstromversorgungen für Kraftwerke von Kommunikationsbasisstationen usw. eingesetzt. Nach der negativen Pb-Elektrode der Blei-Säure-Batterie Da die Blei-Kohlenstoff-Batterie mit Kohlenstoffmaterialien dotiert ist, kann sie das Problem der Tiefentladung wirksam verbessern. Laut Tiannengs Jahresbericht 2020 ist das vom Unternehmen abgeschlossene 12 MW/48 MWh Blei-Kohlenstoff-Energiespeicherprojekt des State Grid Zhicheng (Jinling Substation) das erste supergroße Blei-Kohlenstoff-Energiespeicherkraftwerk in der Provinz Zhejiang und sogar im ganzen Land.

Flow-Batterie: Die Flow-Batterie besteht normalerweise aus einer in einem Behälter gespeicherten Flüssigkeit, die durch die Elektroden fließt. Das Laden und Entladen erfolgt über die Ionenaustauschmembran. siehe Abbildung unten.

Schematische Darstellung der Durchflussbatterie

In Richtung der repräsentativeren All-Vanadium-Flow-Batterie war das Guodian Longyuan-Projekt mit 5 MW/10 MWh, das vom Dalian Institute of Chemical Physics und Dalian Rongke Energy Storage abgeschlossen wurde, das umfangreichste All-Vanadium-Flow-Batterie-Energiespeichersystem in der Welt Welt damals, das sich derzeit im Bau befindet. Das größere Vollvanadium-Redox-Flow-Batterie-Energiespeichersystem erreicht 200 MW/800 MWh.

Metallionenbatterie: die am schnellsten wachsende und am weitesten verbreitete elektrochemische Energiespeichertechnologie. Unter ihnen werden Lithium-Ionen-Batterien häufig in der Unterhaltungselektronik, in Leistungsbatterien und anderen Bereichen eingesetzt, und auch ihre Anwendungen in der Energiespeicherung nehmen zu. Einschließlich der vorherigen im Bau befindlichen Huawei-Projekte, die Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicher nutzen, ist das größte bisher gebaute Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicherprojekt die Energiespeicherstation Moss Landing, bestehend aus Phase I 300 MW/1200 MWh und Phase II 100 MW/400 MWh insgesamt 400 MW/1600 MWh.

Litium-Ionen-Batterie

Aufgrund der begrenzten Lithium-Produktionskapazität und -Kosten ist der Ersatz von Natriumionen mit relativ geringer Energiedichte, aber reichlichen Reserven, die voraussichtlich den Preis senken werden, zu einem Entwicklungspfad für Lithium-Ionen-Batterien geworden. Das Prinzip und die Primärmaterialien ähneln denen von Lithium-Ionen-Batterien, eine großtechnische Industrialisierung ist jedoch noch nicht erfolgt. , das in bestehenden Berichten in Betrieb genommene Natrium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystem hat nur eine Größenordnung von 1 MWh gesehen.

Aluminium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch eine hohe theoretische Kapazität und reichliche Reserven aus. Es ist auch eine Forschungsrichtung, Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen, aber es gibt keinen klaren Weg zur Kommerzialisierung. Ein populär gewordenes indisches Unternehmen gab kürzlich bekannt, dass es im nächsten Jahr die Produktion von Aluminium-Ionen-Batterien kommerzialisieren und einen 10-MW-Energiespeicher bauen wird. Lassen Sie uns abwarten und sehen.

warten wir es ab

Wiederaufladbare Metall-Schwefel-/Sauerstoff-/Luft-Batterien: einschließlich Lithium-Schwefel-, Lithium-Sauerstoff-/Luft-, Natrium-Schwefel-, wiederaufladbare Aluminium-Luft-Batterien usw. mit höherer Energiedichte als Ionenbatterien. Der aktuelle Vertreter der Kommerzialisierung sind Natrium-Schwefel-Batterien. NGK ist derzeit der führende Anbieter von Natrium-Schwefel-Batteriesystemen. Die enorme Größe, die in Betrieb genommen wurde, ist ein 108 MW/648 MWh-Natrium-Schwefel-Batterie-Energiespeichersystem in den Vereinigten Arabischen Emiraten.

  1. Chemische Energiespeicherung: Vor Jahrzehnten schrieb Schrödinger, dass Leben vom Erwerb negativer Entropie abhängt. Wenn man jedoch nicht auf externe Energie angewiesen ist, nimmt die Entropie zu, sodass das Leben Energie aufnehmen muss. Das Leben findet seinen Weg, und um Energie zu speichern, wandeln Pflanzen durch Photosynthese Sonnenenergie in chemische Energie in organischer Materie um. Die chemische Energiespeicherung war von Anfang an eine natürliche Wahl. Die chemische Energiespeicherung ist eine robuste Energiespeichermethode für den Menschen, seit sie Volt in elektrische Stapel umwandelt. Dennoch hat die kommerzielle Nutzung großer Energiespeicher gerade erst begonnen.

Wasserstoffspeicherung, Methanol usw.: Wasserstoffenergie zeichnet sich durch hohe Energiedichte, Sauberkeit und Umweltschutz aus und gilt weithin als ideale Energiequelle der Zukunft. Der Weg der Wasserstoffproduktion → Wasserstoffspeicherung → Brennstoffzelle ist bereits im Gange. Derzeit wurden in meinem Land mehr als 100 Wasserstofftankstellen gebaut, die zu den besten der Welt zählen, darunter die weltweit größte Wasserstofftankstelle in Peking. Aufgrund der Grenzen der Wasserstoffspeichertechnologie und der Gefahr einer Wasserstoffexplosion könnte die indirekte Wasserstoffspeicherung in Form von Methanol jedoch auch ein wesentlicher Weg für zukünftige Energiequellen sein, wie beispielsweise die „Flüssig-Sonnenlicht“-Technologie von Li Cans Team am Dalian Institute für Chemie, Chinesische Akademie der Wissenschaften.

Metall-Luft-Primärbatterien: vertreten durch Aluminium-Luft-Batterien mit hoher theoretischer Energiedichte, bei deren Kommerzialisierung jedoch kaum Fortschritte zu verzeichnen sind. Phinergy, ein in vielen Berichten erwähntes repräsentatives Unternehmen, verwendete für seine Fahrzeuge Aluminium-Luft-Batterien. Tausend Meilen sind wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien die führende Lösung zur Energiespeicherung.

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