Сравнение преимуществ и недостатков различных систем хранения энергии

1. Хранение механической энергии. Хранение механической энергии в основном включает в себя насосное хранилище, хранилище энергии сжатого воздуха и хранилище энергии маховика.

(1) Насосное хранилище: когда в сети используется избыточное электричество в качестве жидкой энергии, вода из низколежащего резервуара в высоколежащий резервуар, пиковая нагрузка сети от воды из высоколежащего резервуара возвращается в нижний резервуар, чтобы способствовать КПД турбогенератора обычно составляет около 75%, широко известный как «4 из 3», с ежедневной регулировкой мощности, для пиковой нагрузки и резервного копирования.

Недостатки: сложное расположение и его зависимость от местности; Инвестиционный цикл велик, и потери высоки, включая потери при сливе и хранении + потери в линии; На данном этапе это также ограничено ценовой политикой Китая на электроэнергию, и более 80% перекачивающих и аккумулирующих мощностей Китая в прошлом году находились под солнцем.

(2) Накопитель энергии сжатого воздуха (CAES): накопитель энергии сжатого воздуха предназначен для использования оставшейся электроэнергии энергосистемы при низкой нагрузке, приводимой в движение двигателем для привода воздушного компрессора, воздух сжимается в закрытую большую камеру. емкость подземной пещеры в качестве камеры хранения газа. Когда выработка электроэнергии в системе недостаточна, сжатый воздух смешивается с нефтью или природным газом через теплообменник и сжигается в газовой турбине для выработки электроэнергии. Есть больше зарубежных исследований, технология зрелая, а Китай начал немного опаздывать, как будто у академика Лу Цяна есть больше исследований по этому аспекту, что такое когенерация холодной энергии и так далее.

Хранение сжатого воздуха также имеет пиковую функцию, которая подходит для крупных ветряных электростанций, поскольку механическая работа, создаваемая энергией ветра, может напрямую приводить компрессор во вращение, уменьшая промежуточное преобразование в электроэнергию, тем самым повышая эффективность.

Недостатки: Одним из основных недостатков является низкая эффективность. Причина в том, что температура воздуха увеличивается при его сжатии и снижается, когда воздух высвобождается и расширяется. В процессе сжатия воздуха часть энергии теряется в виде тепла, и перед расширением его необходимо повторно нагреть. Природный газ обычно используется в качестве источника тепла для нагрева воздуха, что приводит к снижению эффективности хранения энергии. Другими возможными недостатками являются необходимость в крупных хранилищах газа, определенные геологические условия и зависимость от сжигания ископаемого топлива.

(3) Накопление энергии на маховике: это использование высокоскоростного вращающегося маховика для хранения энергии в форме кинетической энергии, а когда энергия необходима, маховик замедляется и высвобождает накопленную энергию. Единая технология накопления энергии на маховике в основном отечественная (но разрыв с зарубежными странами составляет более 10 лет), сложность заключается в разработке новых продуктов с различными функциями в зависимости от различных применений, поэтому источник питания для накопления энергии на маховике является высокоэффективным. технологического продукта, но оригинальные инновации недостаточны, что затрудняет получение национальной поддержки для финансирования научных исследований. Плотность энергии недостаточно высока, скорость саморазряда высока, например, при прекращении зарядки энергия будет исчерпана в течение нескольких-десятков часов. Подходит только для некоторых сегментов рынка, например, качественных источников бесперебойного питания.

2. Накопление электрической энергии (1) Накопление энергии в суперконденсаторе: структура двойного электрического слоя, состоящая из пористого электрода из активированного угля и электролита, используется для получения большой электрической емкости. В отличие от батарей, в которых используются химические реакции, процесс зарядки и разрядки суперконденсаторов всегда является физическим процессом. Короткое время зарядки, длительный срок службы, хорошие температурные характеристики, экономия энергии и защита окружающей среды. В суперконденсаторах нет слишком сложных вещей, то есть зарядка конденсатора, а остальное уже вопрос материалов, и нынешнее направление исследований - мала ли площадь, а емкость больше. Разработка суперконденсаторов по-прежнему идет очень быстро, а новые суперконденсаторы на основе графеновых материалов очень популярны.

Недостатки: По сравнению с батареями, их плотность энергии приводит к относительно низкому хранению энергии при том же весе, что напрямую приводит к плохому сроку службы батареи и зависит от рождения новых материалов, таких как графен.

(2) Сверхпроводящие накопители энергии (SMES): устройства, изготовленные из сверхпроводников с нулевым сопротивлением, для хранения электрической энергии. Сверхпроводящая система хранения энергии в основном включает в себя сверхпроводящую схему, низкотемпературную систему, систему регулирования мощности и систему мониторинга. Развитие технологии сверхпроводящих материалов является главным приоритетом технологии сверхпроводящего хранения энергии. Сверхпроводящие материалы можно грубо разделить на низкотемпературные сверхпроводящие материалы, высокотемпературные сверхпроводящие материалы и сверхпроводящие материалы при комнатной температуре.

Недостатки: Высокая стоимость сверхпроводниковых накопителей энергии (материалов и криогенных холодильных систем) делает их применение весьма ограниченным. Ограниченное надежностью и экономичностью, коммерческое применение еще далеко.

3. Электрохимический накопитель энергии

(1) Свинцово-кислотный аккумулятор.: Это аккумулятор, электрод которого состоит в основном из свинца и его оксида, а электролитом является раствор серной кислоты. В настоящее время он широко используется в мире, срок службы может достигать около 1000 раз, эффективность может достигать 80%-90%, экономическая эффективность высока, и он часто используется в аварийном или резервном источнике питания. энергосистемы.

Недостатки: При глубоком и быстром разряде большой мощности доступная емкость уменьшится. Он характеризуется низкой плотностью энергии и коротким сроком службы. В этом году срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов значительно увеличился за счет добавления сверхактивных углеродных материалов к отрицательной пластине алюминатных аккумуляторов.

(2) Литий-ионный аккумулятор: представляет собой класс металлического лития или литиевого сплава в качестве материала отрицательного электрода, использование неводного раствора электролита аккумулятора. В основном используется в портативных мобильных устройствах, его эффективность может достигать более 95%, время разрядки может достигать нескольких часов, количество циклов может достигать 5000 раз и более, быстрый отклик, практичный аккумулятор в энергетический ландшафт, наиболее используемый в настоящее время. В последние годы технология постоянно совершенствуется, а материалы положительных и отрицательных электродов находят множество применений.

Основные силовые литиевые батареи, представленные на рынке, делятся на три категории: литий-кобальтовые кислотные батареи, литий-марганцевые кислотные батареи и литий-железо-фосфатные батареи . Первый имеет высокую плотность энергии, но безопасность немного хуже, второй, наоборот, отечественные электромобили типа BYD, большинство из которых в настоящее время используют литий-железо-фосфатные аккумуляторы. А кажется, что иностранцы играют в троичные литиевые аккумуляторы и литий-железофосфатные аккумуляторы?

Литий-серные батареи также очень горячие, с серой в качестве положительного электрода и металлическим литием в качестве отрицательного электрода, а теоретическая удельная плотность энергии может достигать 2600 Втч/кг, а фактическая плотность энергии может достигать 450 Втч/кг. Тем не менее, как значительно увеличить срок службы батареи при зарядке и разрядке, использование безопасности также является большой проблемой.

Недостатки: высокие цены (4 юаня/ч), завышенная цена приводит к нагреву, возгоранию и другим проблемам с безопасностью, необходимо заряжать защиту.

(3) Натриево-серная батарея: это аккумуляторная батарея с металлическим натрием в качестве отрицательного электрода, серой в качестве положительного электрода и керамической трубкой в ​​качестве электролитной диафрагмы. Цикл может достигать 4500 раз, время разрядки — 6-7 часов, эффективность цикла — 75%, плотность энергии высокая, время отклика быстрое. В настоящее время в Японии, Германии, Франции, США и других местах построено более 200 таких электростанций по накоплению энергии, которые в основном используются для выравнивания нагрузки, смещения пиков и улучшения качества электроэнергии.

Недостатки: Из-за использования жидкого натрия, работающего при высоких температурах, легко обжечься. А если сеть отключится, ей понадобится дизельный генератор, который поможет поддерживать высокую температуру или обеспечить условия для охлаждения батареи.

(4) Проточная батарея: высокопроизводительная батарея, в которой для разделения и циркуляции используются положительные и отрицательные электролиты соответственно. Мощность и энергия аккумулятора не коррелируют, а запасаемая энергия зависит от размера накопительного бака, поэтому он может хранить энергию от нескольких часов до нескольких дней, емкостью до МВт. Эта батарея имеет ряд систем, таких как железо-хромовая система, цинк-бромная система, полисульфид-бромная система натрия и полностью ванадиевая система, из которых ванадиевая батарея является самой популярной.

Недостатки: слишком большой объём аккумулятора; Аккумулятор предъявляет высокие требования к температуре окружающей среды. Высокие цены (это может быть краткосрочным явлением); Система сложная (это насос и трубопровод, что не так просто, как непроточная батарея типа литиевой), аккумуляторное хранение энергии имеет более или менее экологические проблемы.



4. Хранение тепловой энергии: в системе хранения тепловой энергии тепловая энергия хранится в среде изолированного контейнера, которая при необходимости может быть преобразована обратно в электрическую энергию, а также может использоваться напрямую и больше не преобразовываться обратно в электрическую. энергия. Аккумулирование тепловой энергии можно разделить на аккумулирование явного тепла и аккумулирование скрытого тепла. Тепло, хранящееся в накопителях тепловой энергии, может быть большим, поэтому его можно использовать для производства возобновляемой энергии.

Недостатки: Для хранения тепловой энергии требуется разнообразная высокотемпературная химическая термическая рабочая среда, а случаи применения относительно ограничены.

5. Хранение химической энергии. Хранение химической энергии: использование водорода или синтетического природного газа в качестве вторичного носителя энергии, использование избыточного электричества для производства водорода, вы можете напрямую использовать водород в качестве энергоносителя, вы также можете вступать в реакцию с диоксидом углерода в синтетический природный газ (метан), водород или синтетический природный газ, помимо производства электроэнергии, существуют и другие способы использования, например, транспортировка. Германия стремится продвигать эту технологию и реализует демонстрационные проекты.

Недостатки: КПД полного цикла низкий, КПД производства водорода составляет всего 40%, КПД синтетического природного газа менее 35%.