Confronto tra vantaggi e svantaggi di vari sistemi di accumulo dell'energia

1, accumulo di energia meccanica L'accumulo di energia meccanica comprende principalmente lo stoccaggio con pompaggio, l'accumulo di energia con aria compressa e l'accumulo di energia con volano.

(1) Stoccaggio mediante pompaggio: quando la rete utilizza l'elettricità in eccesso come mezzo di energia liquida, l'acqua dal serbatoio basso a quello alto, il carico di picco della griglia dell'acqua del serbatoio alto ritorna al serbatoio inferiore per promuovere Nella generazione di energia del generatore a turbina, l'efficienza è generalmente di circa il 75%, comunemente nota come in 4 su 3, con capacità di regolazione giornaliera, per carico di punta e backup.

Difetti: posizione difficile e dipendenza dal terreno; Il ciclo di investimento è ampio e le perdite sono elevate, comprese le perdite di drenaggio e stoccaggio + perdite di linea; In questa fase, è anche limitato dalla politica cinese dei prezzi dell'elettricità, e oltre l'80% del pompaggio e dello stoccaggio della Cina lo scorso anno erano esposti al sole.

(2) Accumulo di energia dell'aria compressa (CAES): l'accumulo di energia dell'aria compressa consiste nell'utilizzare l'elettricità rimanente del sistema di alimentazione quando il carico è basso, azionato dal motore per azionare il compressore d'aria, l'aria viene pressata nel grande-chiuso grotta sotterranea di capacità come camera di stoccaggio del gas, quando la generazione di energia del sistema è insufficiente, l'aria compressa viene miscelata con petrolio o gas naturale attraverso lo scambiatore di calore e la combustione, nella turbina a gas per la produzione di energia. Ci sono più studi stranieri, la tecnologia è matura e la Cina ha iniziato ad essere un po’ in ritardo, come se l’accademico Lu Qiang avesse fatto più ricerche su questo aspetto, su cosa sia la cogenerazione di energia fredda e così via.

Lo stoccaggio dell'aria compressa ha anche una funzione di picco, adatta per parchi eolici su larga scala, poiché il lavoro meccanico generato dall'energia eolica può far ruotare direttamente il compressore, riducendo la conversione intermedia in elettricità e migliorando così l'efficienza.

Svantaggi: uno dei principali svantaggi è la bassa efficienza. Il motivo è che la temperatura dell'aria aumenta quando viene compressa e diminuisce quando l'aria viene rilasciata ed espansa. Nel processo di aria compressa, parte dell'energia viene persa sotto forma di calore e deve essere riscaldata prima dell'espansione. Il gas naturale viene solitamente utilizzato come fonte di calore per riscaldare l’aria, il che si traduce in una minore efficienza di stoccaggio dell’energia. Altri possibili svantaggi sono la necessità di grandi unità di stoccaggio del gas, determinate condizioni geologiche e la dipendenza dalla combustione di combustibili fossili.

(3) Accumulo di energia del volano: è l'uso del volano rotante ad alta velocità per immagazzinare energia sotto forma di energia cinetica e, quando è necessaria energia, il volano rallenta e rilascia l'energia immagazzinata. La singola tecnologia di accumulo dell'energia del volano è fondamentalmente domestica (ma il divario con i paesi stranieri è di oltre 10 anni), la difficoltà è sviluppare nuovi prodotti con funzioni diverse in base ai diversi usi, quindi l'alimentatore di accumulo dell'energia del volano è un alto- prodotto tecnologico, ma l’innovazione originale è insufficiente, il che rende più difficile ottenere il sostegno finanziario nazionale alla ricerca scientifica. La densità di energia non è sufficientemente elevata, il tasso di autoscarica è elevato, ad esempio interrompendo la ricarica, l'energia si esaurirà entro poche o decine di ore. Adatto solo per alcuni segmenti di mercato, come i gruppi di continuità di alta qualità.

2, accumulo di energia elettrica (1) Accumulo di energia con supercondensatore: la struttura a doppio strato elettrico composta da elettrodo poroso di carbone attivo ed elettrolita viene utilizzata per ottenere una grande capacità elettrica. A differenza delle batterie, che utilizzano reazioni chimiche, il processo di carica e scarica dei supercondensatori è sempre un processo fisico. Breve tempo di ricarica, lunga durata, buone caratteristiche di temperatura, risparmio energetico e protezione dell'ambiente verde. I supercondensatori non hanno cose troppo complicate, cioè la carica dei condensatori, e il resto è una questione di materiali, e l'attuale direzione della ricerca è se l'area è piccola e la capacità è maggiore. Lo sviluppo dei supercondensatori è ancora molto rapido e i nuovi supercondensatori basati su materiali in grafene sono molto caldi.

Svantaggi: rispetto alle batterie, la loro densità energetica porta a un accumulo di energia relativamente basso a parità di peso, il che porta direttamente a una scarsa durata della batteria e dipende dalla nascita di nuovi materiali, come il grafene.

(2) Accumulo di energia superconduttiva (SMES): dispositivi costituiti da resistenza zero di superconduttori per immagazzinare energia elettrica. Il sistema di accumulo di energia superconduttore comprende principalmente lo schema superconduttore, il sistema a bassa temperatura, il sistema di regolazione della potenza e il sistema di monitoraggio. Lo sviluppo della tecnologia dei materiali superconduttori è la massima priorità della tecnologia di accumulo dell'energia superconduttrice, i materiali superconduttori possono essere approssimativamente suddivisi in materiali superconduttori a bassa temperatura, materiali superconduttori ad alta temperatura e materiali superconduttori a temperatura ambiente.

Svantaggi: l'alto costo dello stoccaggio dell'energia superconduttiva (materiali e sistemi di refrigerazione criogenica) rende la sua applicazione molto limitata. Limitata dall’affidabilità e dall’economicità, l’applicazione commerciale è ancora lontana.

3. Accumulo di energia elettrochimica

(1) Batteria al piombo: È una batteria il cui elettrodo è costituito principalmente da piombo e suo ossido e il cui elettrolita è una soluzione di acido solforico. Attualmente è ampiamente utilizzato nel mondo, la durata del ciclo può raggiungere circa 1000 volte, l'efficienza può raggiungere l'80%-90%, il rapporto costi-prestazioni è elevato e viene spesso utilizzato nell'alimentazione elettrica per incidenti o nell'alimentazione di backup del sistema di potere.

Svantaggi: in caso di scarica profonda, rapida e ad alta potenza, la capacità disponibile diminuirà. È caratterizzato da una bassa densità energetica e da una breve durata. Quest'anno le batterie al piombo-acido hanno aumentato notevolmente il loro ciclo di vita aggiungendo materiali di carbonio superattivo alla piastra negativa delle batterie all'alluminato.

(2) Batteria agli ioni di litio: è una classe di litio metallico o lega di litio come materiale per elettrodi negativi, che utilizza una soluzione elettrolitica non acquosa della batteria. Utilizzato principalmente in dispositivi mobili portatili, la sua efficienza può raggiungere oltre il 95%, il tempo di scarica può arrivare fino a poche ore, il numero di cicli può arrivare fino a 5000 o più, la risposta è rapida, la pratica batteria è inclusa il panorama energetico, quello attualmente più utilizzato. Negli ultimi anni, anche la tecnologia è stata continuamente aggiornata e i materiali degli elettrodi positivi e negativi hanno una varietà di applicazioni.

Le principali batterie al litio di potenza sul mercato sono divise in tre categorie: batterie al litio acido cobalto, batterie al litio acido manganese e batterie al litio ferro fosfato . Il primo ha un'elevata densità energetica, ma la sicurezza è leggermente peggiore, il secondo al contrario, i veicoli elettrici domestici come BYD, la maggior parte dei quali attualmente utilizzano batterie al litio ferro fosfato. Ma sembra che gli stranieri giochino con batterie al litio ternarie e batterie al litio ferro fosfato?

Anche le batterie al litio-zolfo sono molto calde, con lo zolfo come elettrodo positivo e il litio metallico come elettrodo negativo, e la densità di energia specifica teorica può raggiungere 2600 Wh/kg e la densità di energia effettiva può raggiungere 450 Wh/kg. Tuttavia, come migliorare notevolmente la durata del ciclo di carica e scarica della batteria, anche l'uso della sicurezza è un grosso problema.

Svantaggi: i prezzi sono elevati (4 yuan/wh), il sovraccarico porta a riscaldamento, incendio e altri problemi di sicurezza, è necessario caricare la protezione.

(3) Batteria sodio-zolfo: è una batteria secondaria con sodio metallico come elettrodo negativo, zolfo come elettrodo positivo e tubo ceramico come diaframma elettrolitico. Il ciclo può raggiungere 4500 volte, il tempo di scarica è di 6-7 ore, l'efficienza del ciclo è del 75%, la densità di energia è elevata e il tempo di risposta è rapido. Attualmente, in Giappone, Germania, Francia, Stati Uniti e altri luoghi sono state costruite più di 200 centrali elettriche di accumulo di energia di questo tipo, utilizzate principalmente per il livellamento del carico, lo spostamento dei picchi e il miglioramento della qualità dell’energia.

Svantaggi: a causa dell'uso di sodio liquido, funzionando a temperature elevate, è facile da bruciare. E se la rete si interrompe, ha bisogno di un generatore diesel per mantenere la temperatura elevata o per soddisfare le condizioni per il raffreddamento della batteria.

(4) Batteria a flusso: una batteria ad alte prestazioni che utilizza elettroliti positivi e negativi rispettivamente per separarsi e circolare. La potenza e l'energia della batteria non sono correlate e l'energia immagazzinata dipende dalle dimensioni del serbatoio di accumulo, quindi può immagazzinare energia da poche ore a pochi giorni, con una capacità fino a Mw. Questa batteria ha una serie di sistemi, come il sistema ferro-cromo, il sistema bromo di zinco, il sistema bromo polisolfuro di sodio e tutto il sistema al vanadio, di cui la batteria al vanadio è la più popolare.

Svantaggi: il volume della batteria è troppo grande; La batteria ha requisiti elevati di temperatura ambiente. Prezzi elevati (questo potrebbe essere un fenomeno a breve termine); Il sistema è complesso (è una pompa e una tubazione, che non è semplice come una batteria senza flusso come quella al litio) e lo stoccaggio dell'energia tramite batteria presenta più o meno problemi ambientali.



4, accumulo di energia termica: nel sistema di accumulo dell'energia termica, l'energia termica viene immagazzinata nel mezzo del contenitore isolato, che può essere riconvertita in energia elettrica quando necessario, e può anche essere utilizzata direttamente e non più riconvertita in energia elettrica energia. L’accumulo di energia termica può essere suddiviso in accumulo di calore sensibile e accumulo di calore latente. Il calore immagazzinato nello stoccaggio dell’energia termica può essere elevato, quindi può essere utilizzato nella generazione di energia rinnovabile.

Svantaggi: lo stoccaggio dell'energia termica richiede una varietà di mezzi di lavoro termici chimici ad alta temperatura e le occasioni di applicazione sono relativamente limitate.

5, stoccaggio dell'energia chimica Stoccaggio dell'energia chimica: l'uso dell'idrogeno o del gas naturale sintetico come vettore energetico secondario, l'uso dell'elettricità in eccesso per produrre idrogeno, è possibile utilizzare direttamente l'idrogeno come vettore energetico, è anche possibile reagire con l'anidride carbonica in gas naturale sintetico (metano), idrogeno o gas naturale sintetico oltre alla produzione di energia, ci sono altri modi di utilizzo come il trasporto. La Germania è desiderosa di promuovere la tecnologia e ha in corso progetti dimostrativi.

Svantaggi: l'efficienza del ciclo completo è bassa, l'efficienza di produzione dell'idrogeno è solo del 40% e l'efficienza del gas naturale sintetico è inferiore al 35%.