ภาพรวมการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์

พลังงานหมุนเวียนเป็นส่วนสำคัญของแผนระยะยาวสำหรับความเป็นกลางของคาร์บอน การทำเหมืองในอวกาศ และการพัฒนาแหล่งพลังงานน้ำขนาดใหญ่ที่ไม่มีเส้นทางการค้าในระยะสั้น พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มีแนวโน้มมากที่สุดในปัจจุบัน ยังคงมีทรัพยากรลมและแสงจำกัด การจัดเก็บพลังงานจะเป็นส่วนสำคัญของการใช้พลังงานในอนาคต บทความนี้และบทความต่อๆ ไปจะรวมเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ โดยเน้นที่กรณีการนำไปใช้เป็นหลัก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การสร้างระบบจัดเก็บพลังงานอย่างรวดเร็วทำให้ข้อมูลในอดีตบางส่วนไม่มีประโยชน์อีกต่อไป เช่น "การจัดเก็บพลังงานอัดอากาศอยู่ในอันดับที่สองด้วยกำลังการผลิตติดตั้งรวม 440 เมกะวัตต์ และแบตเตอรี่โซเดียม-กำมะถันอยู่ในอันดับที่สาม โดยมีขนาดความจุทั้งหมด 440 เมกะวัตต์ 316 เมกะวัตต์" เป็นต้น นอกจากนี้ ข่าวที่ว่า Huawei ได้ลงนามในโครงการกักเก็บพลังงานที่ "ใหญ่ที่สุดในโลก" ด้วย 1300 เมกะวัตต์ชั่วโมงนั้นล้นหลาม อย่างไรก็ตาม จากข้อมูลที่มีอยู่ 1300MWh ไม่ใช่โครงการกักเก็บพลังงานที่สำคัญที่สุดทั่วโลก โครงการกักเก็บพลังงานส่วนกลางที่ใหญ่ที่สุดเป็นของการจัดเก็บแบบสูบน้ำ สำหรับเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานทางกายภาพ เช่น การจัดเก็บพลังงานเกลือ ในกรณีของการจัดเก็บพลังงานเคมีไฟฟ้า 1300MWh ไม่ใช่โครงการที่สำคัญที่สุด (อาจเป็นเรื่องของความสามารถทางสถิติด้วย) ความจุปัจจุบันของ Moss Landing Energy Storage Center สูงถึง 1600MWh (รวมถึง 1200MWh ในระยะที่สอง, 400MWh ในระยะที่สอง) อย่างไรก็ตาม การเข้ามาของ Huawei ได้ทำให้อุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานโดดเด่นขึ้นมาบนเวที

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์และศักยภาพสามารถจำแนกได้เป็นการจัดเก็บพลังงานกล การจัดเก็บพลังงานความร้อน การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า การจัดเก็บพลังงานเคมี และการจัดเก็บพลังงานเคมีไฟฟ้า โดยพื้นฐานแล้วฟิสิกส์และเคมีนั้นเหมือนกัน ดังนั้น เรามาจัดประเภทตามความคิดของรุ่นก่อนๆ กันในตอนนี้

1. การจัดเก็บพลังงานกล / การจัดเก็บความร้อนและห้องเย็น

การจัดเก็บแบบสูบ:

มีอ่างเก็บน้ำบนและล่างสองแห่ง สูบน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำด้านบนระหว่างการจัดเก็บพลังงาน และระบายน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำด้านล่างระหว่างการผลิตไฟฟ้า เทคโนโลยีมีความเป็นผู้ใหญ่ ภายในสิ้นปี 2020 ความจุติดตั้งทั่วโลกของความจุในการจัดเก็บแบบปั๊มอยู่ที่ 159 ล้านกิโลวัตต์ คิดเป็น 94% ของความจุในการจัดเก็บพลังงานทั้งหมด ปัจจุบันประเทศของฉันได้ดำเนินการแล้วรวม 32.49 ล้านกิโลวัตต์ของสถานีพลังงานจัดเก็บแบบสูบน้ำ; โรงไฟฟ้ากักเก็บแบบสูบน้ำที่กำลังก่อสร้างเต็มรูปแบบอยู่ที่ 55.13 ล้านกิโลวัตต์ ขนาดของทั้งที่สร้างและกำลังก่อสร้างอยู่ในอันดับต้น ๆ ของโลก กำลังการผลิตติดตั้งของสถานีพลังงานเก็บพลังงานสามารถเข้าถึงหลายพัน MW การผลิตไฟฟ้าประจำปีสามารถเข้าถึงหลายพันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง และความเร็วการเริ่มต้นสีดำสามารถอยู่ในคำสั่งของไม่กี่นาที ปัจจุบันสถานีพลังงานกักเก็บพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในประเทศจีน Hebei Fengning Pumped Storage Power Station มีกำลังการผลิตติดตั้ง 3.6 ล้านกิโลวัตต์และกำลังการผลิตไฟฟ้าประจำปี 6.6 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง (ซึ่งสามารถดูดซับพลังงานส่วนเกิน 8.8 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง ด้วยประสิทธิภาพประมาณ 75%) สีดำ เวลาเริ่มต้น 3-5 นาที แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วการจัดเก็บแบบปั๊มจะถือว่ามีข้อเสียของการเลือกไซต์ที่จำกัด รอบการลงทุนที่ยาวนาน และการลงทุนที่สำคัญ แต่ก็ยังเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาเต็มที่ที่สุด การทำงานที่ปลอดภัยที่สุด และวิธีการจัดเก็บพลังงานที่มีต้นทุนต่ำที่สุด สำนักบริหารพลังงานแห่งชาติได้ออกแผนพัฒนาระยะกลางและระยะยาวสำหรับการจัดเก็บแบบสูบน้ำ (พ.ศ. 2021-2035)

ภายในปี 2025 ขนาดการผลิตรวมของการจัดเก็บแบบสูบจะมากกว่า 62 ล้านกิโลวัตต์ ภายในปี 2030 ขนาดการผลิตเต็มรูปแบบจะอยู่ที่ประมาณ 120 ล้านกิโลวัตต์ ภายในปี 2035 อุตสาหกรรมการจัดเก็บแบบสูบน้ำที่ทันสมัยซึ่งตอบสนองความต้องการของการพัฒนาพลังงานใหม่ในสัดส่วนสูงและในขนาดใหญ่จะถูกสร้างขึ้น

Hebei Fengning Pumped Storage Power Station - อ่างเก็บน้ำล่าง

การจัดเก็บพลังงานอัดอากาศ:

เมื่อโหลดไฟฟ้าต่ำ อากาศจะถูกบีบอัดและจัดเก็บด้วยไฟฟ้า (มักจะเก็บไว้ในถ้ำเกลือใต้ดิน ถ้ำธรรมชาติ ฯลฯ) เมื่อปริมาณการใช้ไฟฟ้าสูงสุด อากาศแรงดันสูงจะถูกปล่อยออกมาเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

การจัดเก็บพลังงานอัดอากาศ

โดยทั่วไปแล้วการจัดเก็บพลังงานอัดอากาศถือเป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดเป็นอันดับสองสำหรับการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระดับ GW หลังจากการจัดเก็บแบบปั๊ม ยังคงถูกจำกัดด้วยเงื่อนไขการเลือกไซต์ที่เข้มงวดมากขึ้น ต้นทุนการลงทุนที่สูง และประสิทธิภาพในการจัดเก็บพลังงานมากกว่าการจัดเก็บแบบปั๊ม ต่ำ ความคืบหน้าเชิงพาณิชย์ของการจัดเก็บพลังงานอัดอากาศนั้นช้า จนถึงเดือนกันยายนของปีนี้ (พ.ศ. 2021) โครงการสาธิตการทดสอบพลังงานอัดอากาศขนาดใหญ่โครงการแรกในประเทศของฉัน - โครงการสาธิตการทดสอบระดับชาติของถ้ำเกลือ Jiangsu Jintan เพิ่งเชื่อมต่อกับกริด กำลังการผลิตติดตั้งของเฟสแรกของโครงการคือ 60MW และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานประมาณ 60% ขนาดการก่อสร้างระยะยาวของโครงการจะสูงถึง 1000MW ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2021 ระบบกักเก็บพลังงานอากาศอัดขั้นสูงขนาด 10 เมกะวัตต์ระบบแรกที่พัฒนาขึ้นโดยประเทศของฉันอย่างอิสระ เชื่อมต่อกับกริดในเมืองปี่เจี๋ย มณฑลกุ้ยโจว อาจกล่าวได้ว่าถนนเชิงพาณิชย์ของการจัดเก็บพลังงานอากาศขนาดเล็กเพิ่งเริ่มต้น แต่อนาคตยังสดใส

โครงการกักเก็บพลังงานอัดอากาศ Jintan

การจัดเก็บพลังงานเกลือหลอมเหลว:

การจัดเก็บพลังงานเกลือหลอมเหลว โดยทั่วไปรวมกับการผลิตพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ จะรวมแสงแดดและเก็บความร้อนไว้ในเกลือหลอมเหลว เมื่อผลิตไฟฟ้า ความร้อนจากเกลือหลอมเหลวจะใช้เพื่อผลิตไฟฟ้า และส่วนใหญ่จะสร้างไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหัน

การเก็บความร้อนเกลือหลอมเหลว

พวกเขาตะโกนว่า Hi-Tech Dunhuang 100MW molten salt tower สถานีพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ในสถานีพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดของจีน โครงการ Delingha 135 MW CSP ที่มีกำลังการผลิตติดตั้งที่มากขึ้นได้เริ่มก่อสร้างแล้ว เวลาเก็บพลังงานสามารถเข้าถึง 11 ชั่วโมง การลงทุนรวมของโครงการคือ 3.126 พันล้านหยวน มีการวางแผนที่จะเชื่อมต่อกับกริดอย่างเป็นทางการก่อนวันที่ 30 กันยายน พ.ศ. 2022 และสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 435 ล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมงทุกปี

สถานี CSP ตุนหวง

เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานทางกายภาพ ได้แก่ การจัดเก็บพลังงานมู่เล่ การจัดเก็บพลังงานห้องเย็น ฯลฯ

2. การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า:

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์: ถูกจำกัดด้วยความหนาแน่นของพลังงานต่ำ (ดูด้านล่าง) และการคายประจุในตัวเองอย่างรุนแรง ปัจจุบันใช้เฉพาะในช่วงเล็กๆ ของการกู้คืนพลังงานของยานพาหนะ การโกนสูงสุดแบบทันที และการบรรจุแบบหุบเขา การใช้งานทั่วไปคือ Shanghai Yangshan Deepwater Port ซึ่งมีเครน 23 ตัวส่งผลกระทบอย่างมากต่อโครงข่ายไฟฟ้า เพื่อลดผลกระทบของเครนบนโครงข่ายไฟฟ้า ระบบจัดเก็บพลังงานตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ขนาด 3MW/17.2KWh ได้รับการติดตั้งเป็นแหล่งสำรอง ซึ่งสามารถจ่ายไฟได้ต่อเนื่องเป็นเวลา 20 วินาที

การจัดเก็บพลังงานตัวนำยิ่งยวด: ละเว้น

3. การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี:

บทความนี้จำแนกการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเชิงพาณิชย์เป็นหมวดหมู่ต่อไปนี้:

แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด-ตะกั่ว-คาร์บอน

ไหลแบตเตอรี่

แบตเตอรี่เมทัล-ไอออน รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน เป็นต้น

แบตเตอรี่โลหะ-กำมะถัน/ออกซิเจน/อากาศแบบชาร์จได้

อื่น ๆ

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและตะกั่วคาร์บอน: ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่ครบถ้วน แบตเตอรี่ตะกั่วกรดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสตาร์ทรถยนต์ แหล่งจ่ายไฟสำรองสำหรับโรงไฟฟ้าสถานีฐานการสื่อสาร ฯลฯ หลังจากขั้วลบ Pb ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ถูกเจือด้วยวัสดุคาร์บอน แบตเตอรี่ตะกั่วคาร์บอนสามารถปรับปรุงปัญหาการคายประจุมากเกินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามรายงานประจำปี 2020 ของ Tianneng โครงการกักเก็บพลังงานตะกั่วคาร์บอนขนาด 12MW/48MWh ของ State Grid Zhicheng (สถานีย่อย Jinling) ที่บริษัทสร้างเสร็จเป็นโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานตะกั่วคาร์บอนขนาดใหญ่พิเศษแห่งแรกในมณฑลเจ้อเจียงและแม้แต่คนทั่วประเทศ

แบตเตอรี่กระแส: แบตเตอรี่ไหลมักจะประกอบด้วยของเหลวที่เก็บไว้ในภาชนะที่ไหลผ่านอิเล็กโทรด ประจุและการคายประจุจะเสร็จสิ้นผ่านเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน อ้างถึงรูปด้านล่าง

แผนผังแบตเตอรี่ไหล

ในทิศทางของแบตเตอรี่วานาเดียมทั้งหมดที่เป็นตัวแทนมากขึ้นโครงการ Guodian Longyuan 5MW / 10MWh ซึ่งเสร็จสมบูรณ์โดยสถาบันฟิสิกส์เคมีต้าเหลียนและ Dalian Rongke Energy Storage เป็นระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่วานาเดียมทั้งหมดที่กว้างขวางที่สุดใน โลกในขณะนั้น ซึ่งกำลังอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์สเกลที่ใหญ่กว่าถึง 200MW/800MWh

แบตเตอรี่เมทัล-ไอออน: เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีที่เติบโตเร็วที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ในหมู่พวกเขา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แบตเตอรี่ไฟฟ้า และสาขาอื่น ๆ และการใช้งานในการจัดเก็บพลังงานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน รวมถึงโครงการก่อนหน้าของ Huawei ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างที่ใช้การจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โครงการจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใหญ่ที่สุดที่สร้างขึ้นจนถึงขณะนี้คือสถานีกักเก็บพลังงาน Moss Landing ซึ่งประกอบด้วย Phase I 300MW/1200MWh และ Phase II 100MW/400MWh รวม 400MW/1600MWh.

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

เนื่องจากข้อจำกัดของกำลังการผลิตและต้นทุนการผลิตลิเธียม การแทนที่โซเดียมไอออนด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่ค่อนข้างต่ำ แต่การสำรองจำนวนมากที่คาดว่าจะลดราคาได้กลายเป็นเส้นทางการพัฒนาสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน หลักการและวัสดุหลักคล้ายกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่ยังไม่ได้รับการพัฒนาในเชิงอุตสาหกรรมในวงกว้าง ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนที่นำไปใช้งานในรายงานที่มีอยู่พบว่ามีสเกลเพียง 1 เมกะวัตต์ชั่วโมงเท่านั้น

แบตเตอรีอะลูมิเนียม-ไอออนมีลักษณะเฉพาะของความจุทางทฤษฎีสูงและปริมาณสำรองที่มาก นอกจากนี้ยังเป็นทิศทางการวิจัยในการเปลี่ยนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่ไม่มีเส้นทางการค้าที่ชัดเจน บริษัทอินเดียที่ได้รับความนิยมได้ประกาศว่าจะทำการผลิตแบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนเชิงพาณิชย์ในปีหน้า และจะสร้างหน่วยกักเก็บพลังงาน 10MW ให้เรารอดู

รอดู

แบตเตอรี่โลหะ-กำมะถัน/ออกซิเจน/อากาศแบบชาร์จได้: รวมถึงลิเธียม-ซัลเฟอร์ ลิเธียม-ออกซิเจน/อากาศ โซเดียม-กำมะถัน แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศแบบชาร์จซ้ำได้ ฯลฯ ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าแบตเตอรี่ไอออน ตัวแทนปัจจุบันของการค้าขายคือแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ ปัจจุบัน NGK เป็นซัพพลายเออร์ชั้นนำด้านระบบแบตเตอรี่โซเดียม-ซัลเฟอร์ ขนาดมหึมาที่นำไปใช้งานคือระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ 108MW/648MWh ในสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์

4. การจัดเก็บพลังงานเคมี: ทศวรรษที่ผ่านมา Schrödinger เขียนว่าชีวิตขึ้นอยู่กับการได้รับเอนโทรปีเชิงลบ แต่ถ้าคุณไม่พึ่งพาพลังงานจากภายนอก เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นชีวิตจึงต้องใช้พลังงาน ชีวิตพบหนทางของมัน และเพื่อเก็บพลังงาน พืชแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีในอินทรียวัตถุผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง การจัดเก็บพลังงานเคมีเป็นทางเลือกที่เป็นธรรมชาติตั้งแต่เริ่มต้น การจัดเก็บพลังงานเคมีเป็นวิธีการจัดเก็บพลังงานที่แข็งแกร่งสำหรับมนุษย์ เนื่องจากมันทำให้โวลต์กลายเป็นกองไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การใช้แหล่งกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ในเชิงพาณิชย์ได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว

การจัดเก็บไฮโดรเจน เมทานอล ฯลฯ: พลังงานไฮโดรเจนมีข้อดีที่โดดเด่นในด้านความหนาแน่นของพลังงานสูง ความสะอาด และการปกป้องสิ่งแวดล้อม และได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นแหล่งพลังงานในอุดมคติในอนาคต เส้นทางการผลิตไฮโดรเจน→การเก็บไฮโดรเจน→เซลล์เชื้อเพลิงกำลังอยู่ในระหว่างดำเนินการ ปัจจุบัน ประเทศของฉันมีการสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากกว่า 100 แห่ง ซึ่งจัดอยู่ในอันดับต้นๆ ของโลก รวมถึงสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลกในกรุงปักกิ่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยีการเก็บไฮโดรเจนและความเสี่ยงของการระเบิดของไฮโดรเจน การจัดเก็บไฮโดรเจนทางอ้อมที่แสดงโดยเมทานอลอาจเป็นเส้นทางที่สำคัญสำหรับพลังงานในอนาคต เช่น เทคโนโลยี "แสงแดดเหลว" ของทีม Li Can ที่สถาบันต้าเหลียน สาขาวิชาเคมี สถาบันวิทยาศาสตร์จีน

แบตเตอรี่หลักที่เป็นโลหะและอากาศ: แสดงด้วยแบตเตอรี่อากาศอะลูมิเนียมที่มีความหนาแน่นของพลังงานตามทฤษฎีสูง แต่มีความคืบหน้าเพียงเล็กน้อยในเชิงพาณิชย์ บริษัท Phinergy ซึ่งเป็นบริษัทตัวแทนที่กล่าวถึงในรายงานหลายฉบับ ใช้แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-อากาศสำหรับรถยนต์ของตน หนึ่งพันไมล์ โซลูชันชั้นนำในการจัดเก็บพลังงานคือแบตเตอรี่ซิงค์-แอร์แบบชาร์จซ้ำได้