Los sistemas de almacenamiento de energía existentes en el mundo se dividen en cinco categorías principales

Cuando se trata de almacenamiento de energía, es fácil pensar en baterías, pero la tecnología de baterías existente es difícil de cumplir con los requisitos del almacenamiento de energía a nivel de red. De hecho, el mercado del almacenamiento de energía es enorme, y se espera que se gasten $ 122 mil millones en proyectos globales de almacenamiento de energía entre 2011 y 2021, según la firma de investigación de mercado PikeResearch. En el sistema de almacenamiento de energía a gran escala, el almacenamiento por bombeo y el almacenamiento de energía de aire comprimido más utilizados y otros métodos tradicionales de almacenamiento de energía también están experimentando una mejora e innovación continuas. Hoy, caixinenergy recomienda un artículo que analiza las tecnologías actuales de almacenamiento de energía global y su impacto en la red eléctrica.

Los sistemas de almacenamiento de energía existentes se dividen principalmente en cinco categorías: almacenamiento de energía mecánica, almacenamiento de energía eléctrica, almacenamiento de energía electroquímica, almacenamiento de energía térmica y almacenamiento de energía química. En la actualidad, el almacenamiento por bombeo representa la proporción más alta del mundo, con una capacidad instalada total que alcanza los 127GW, lo que representa el 99% de la capacidad total de almacenamiento de energía, seguido del almacenamiento de energía por aire comprimido con 440MW y la batería de azufre de sodio con 316MW.

Sistemas de almacenamiento de energía existentes en todo el mundo

1. Almacenamiento de energía mecánica

El almacenamiento de energía mecánica incluye principalmente el almacenamiento por bombeo, el almacenamiento de aire comprimido y el almacenamiento por volante.

Almacenamiento por bombeo: (1) el exceso de red eléctrica cuando se utiliza electricidad como agua líquida del medio energético del depósito inferior para dibujar el terreno del depósito, terreno alto en la carga máxima de la red eléctrica en un depósito de agua de regreso al depósito debajo del Al conducir generadores de turbina, la eficiencia es de aproximadamente el 75% comúnmente, comúnmente conocido como 4 de 3, tiene capacidad de regulación diaria, se usa para cargar y apartar.

Desventajas: difícil selección del sitio y su dependencia de la topografía; Gran ciclo de inversión, alta pérdida, incluida la pérdida de almacenamiento por bombeo + pérdida de línea; En la etapa actual, también está restringido por la política de precios de la electricidad de China. El año pasado, más del 80% del almacenamiento y el bombeo de electricidad de China estaban tomando el sol. En agosto pasado, la comisión nacional de desarrollo y reforma emitió una política sobre almacenamiento y bombeo de electricidad.

(2) el almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES): el almacenamiento de energía de aire comprimido es el uso de la carga del sistema de energía eléctrica es batería baja, el motor impulsa el compresor de aire, la presión del aire en la gran sala de almacenamiento de gas de la caverna subterránea hermética, cuando el sistema En caso de falta de electricidad, el aire comprimido a través del intercambiador de calor se mezcla con combustión de petróleo o gas natural, importa la generación de energía de la turbina de gas. La investigación extranjera es más, la tecnología está madura, nuestro país comienza un poco tarde, parece que el académico lu qiang está más a este respecto en la investigación, lo que produce el pareado de electricidad fría, etc.

El almacenamiento de aire comprimido también tiene una función de regulación de picos, adecuada para parques eólicos a gran escala, porque el trabajo mecánico generado por la energía eólica puede impulsar directamente la rotación del compresor, reduciendo la conversión intermedia en electricidad, mejorando así la eficiencia.

Contras: un gran inconveniente es la baja eficiencia. La razón es que la temperatura del aire aumenta cuando se comprime y disminuye a medida que se expande. En el aire comprimido, parte de la energía se pierde en forma de calor y debe recalentarse antes de que pueda expandirse. El gas natural se usa generalmente como fuente de calor para calentar el aire, lo que conduce a una disminución en la eficiencia del almacenamiento de energía. También es concebible que se necesiten grandes instalaciones de almacenamiento de gas, determinadas condiciones geológicas y dependencia de la quema de combustibles fósiles.

(3) almacenamiento de energía del volante: UTILIZA un volante giratorio de alta velocidad para almacenar energía en forma de energía cinética. Cuando se necesita energía, el volante se ralentiza y libera la energía almacenada. Las tecnologías de almacenamiento de energía por volante están básicamente disponibles en China (pero la brecha con países extranjeros es de más de 10 años). La dificultad radica en el desarrollo de nuevos productos con diferentes funciones según diferentes USOS. Por lo tanto, la fuente de alimentación de almacenamiento de energía del volante es un producto de alta tecnología, pero su innovación original no es suficiente, lo que dificulta la obtención del apoyo de fondos nacionales de investigación científica.

Desventajas: baja densidad de energía, alta tasa de autodescarga, como detener la carga, la energía se agotará en unas pocas o decenas de horas. Solo apto para algunos segmentos del mercado, como el sistema de alimentación ininterrumpida de alta calidad.

2. Almacenamiento de energía eléctrica

(1) almacenamiento de energía de supercondensador: se utiliza una estructura de doble capa compuesta por electrodos y electrolitos porosos de carbón activado para obtener una capacidad eléctrica extremadamente grande. A diferencia de las baterías que utilizan reacciones químicas, el proceso de carga y descarga de supercondensadores es siempre un proceso físico. Tiempo de carga corto, larga vida útil, buenas características de temperatura, ahorro de energía y protección del medio ambiente. No hay nada demasiado complicado en los ultracondensadores, es decir, en la carga de los condensadores, y el resto es el problema de los materiales. En la actualidad, la dirección de la investigación es si el área es pequeña y la capacitancia es mayor. El desarrollo de supercondensadores sigue siendo muy rápido. En la actualidad, el nuevo tipo de supercondensadores basados en materiales de grafeno es muy popular.

ElonMusk, director ejecutivo de Tesla, dijo ya en 2011 que las baterías de los autos eléctricos convencionales estaban obsoletas y que los autos nuevos alimentados por supercondensadores las reemplazarían en el futuro.

Contras: en comparación con las baterías, su densidad de energía da como resultado un almacenamiento de energía relativamente bajo con el mismo peso, lo que conduce directamente a una vida útil deficiente de la batería y depende de la creación de nuevos materiales, como el grafeno.

(2) almacenamiento de energía superconductora (SMES): dispositivos que almacenan energía eléctrica utilizando la propiedad de resistencia cero de los superconductores. El sistema de almacenamiento de energía superconductora generalmente incluye una bobina superconductora, un sistema criogénico, un sistema de regulación de potencia y un sistema de monitoreo. El desarrollo de la tecnología de materiales superconductores es la prioridad entre las prioridades de la tecnología de almacenamiento de energía superconductora. Los materiales superconductores se pueden dividir aproximadamente en materiales superconductores de baja temperatura, materiales superconductores de alta temperatura y materiales superconductores de temperatura ambiente.

Contras: el alto coste del almacenamiento de energía superconductora (materiales y sistemas de refrigeración criogénica) limita su uso. Limitado por la confiabilidad y la economía, la aplicación comercial aún está lejos.

3. Almacenamiento de energía electroquímica

(1) batería de plomo-ácido: es una batería cuyo electrodo está compuesto principalmente por plomo y sus óxidos y cuyo electrolito es la solución de ácido sulfúrico. En la actualidad, se usa ampliamente en el mundo, con un ciclo de vida de aproximadamente 1000 veces, una eficiencia del 80-90% y un rendimiento de alto costo. Se utiliza a menudo en la fuente de alimentación de emergencia del sistema eléctrico o en la fuente de alimentación de reserva.

Desventajas: si la profundidad, la descarga de energía rápida, la capacidad disponible disminuirá. Se caracteriza por una baja densidad energética y una corta vida. Las baterías de plomo-ácido han mejorado su ciclo de vida este año al agregar materiales de carbón súper activo a sus placas negativas.

(2) batería de iones de litio: es un tipo de batería con metal de litio o aleación de litio como material de electrodo negativo y solución de electrolito no acuosa. Utilizado principalmente en dispositivos móviles portátiles, su eficiencia puede alcanzar más del 95%, el tiempo de descarga puede llegar a varias horas, el número de ciclos puede llegar a 5000 o más, la respuesta es rápida, es la batería de la batería práctica de mayor energía, actualmente el mas usado. En los últimos años, se está mejorando la tecnología y existen muchas aplicaciones de los materiales de ánodo y cátodo.

Hay tres tipos principales de baterías de litio en el mercado: baterías de ácido de cobalto de litio, baterías de ácido de manganeso y litio y baterías de fosfato de hierro y litio. El primero tiene una alta densidad energética pero es menos seguro. Por el contrario, los automóviles eléctricos domésticos como BYD actualmente utilizan principalmente baterías de fosfato de hierro y litio. Pero parece que los extranjeros están jugando con tres baterías de litio y una batería de fosfato de hierro y litio?

La batería de litio-azufre también es muy popular, es el elemento de azufre como polo positivo, el metal de litio como polo negativo de una batería, su densidad de energía teórica puede alcanzar 2600wh / kg, la densidad de energía real puede alcanzar 450wh / kg. Pero cómo mejorar el ciclo de vida y la seguridad de la batería también es un gran problema.

Desventajas: precio alto (4 yuanes / wh), sobrecarga que provoca calefacción, combustión y otros problemas de seguridad, es necesario cobrar por protección.

(3) batería de azufre de sodio: es una batería secundaria con sodio metálico como electrodo negativo, azufre como electrodo positivo y tubo de cerámica como membrana de electrolito. El ciclo puede alcanzar 4500 veces, el tiempo de descarga es de 6 a 7 horas, la eficiencia del ciclo de ida y vuelta es del 75%, la alta densidad de energía, el tiempo de respuesta rápido. En la actualidad, hay más de 200 centrales de almacenamiento de energía de este tipo en Japón, Alemania, Francia y los Estados Unidos, que se utilizan principalmente para nivelación de carga, cambio de picos y mejora de la calidad de la energía.

Contras: fácil de quemar a altas temperaturas debido al sodio líquido. Y en caso de que la red se quede sin energía, se necesitarán generadores diésel para mantener altas las temperaturas o para ayudar a mantener frías las baterías.

(4) batería de flujo de líquido: una especie de batería de alto rendimiento que UTILIZA electrolitos positivos y negativos para separarse y circular por separado. La potencia de la batería no está relacionada con la energía. La energía almacenada depende del tamaño del tanque de almacenamiento, por lo que se puede almacenar durante horas o días, con una capacidad de hasta MW. Esta batería tiene muchos sistemas, como el sistema de cromo de hierro, el sistema de bromo de zinc, el sistema de bromo de polisulfuro de sodio y todo el sistema de vanadio, la batería de vanadio es la más popular.

Desventajas: la batería es demasiado grande; La batería requiere una temperatura ambiente demasiado alta; Precios altos (probablemente un fenómeno a corto plazo); Los sistemas son complejos (las bombas y las tuberías no son tan simples como las baterías de flujo no líquido como las de litio).

El almacenamiento de energía de la batería tiene más o menos problemas ambientales.

4. Almacenamiento de calor

Almacenamiento de energía térmica: en un sistema de almacenamiento de energía térmica, la energía térmica se almacena en un medio en un recipiente aislado y se convierte nuevamente en energía eléctrica cuando es necesario o se puede usar directamente sin volver a convertirse en energía eléctrica. El almacenamiento de calor se puede dividir en almacenamiento de calor sensible y almacenamiento de calor latente. El almacenamiento de calor puede almacenar mucho calor, por lo que se puede utilizar para generar electricidad a partir de fuentes renovables.

Deficiencias: almacenamiento de energía térmica en una variedad de medios de trabajo térmico químico de alta temperatura, ocasiones de uso más limitadas.

5. Almacenamiento de energía química

Almacenamiento de energía de clase química: el uso de hidrógeno o gas de síntesis como portador de energía secundario, el exceso de producción de hidrógeno utilizado, se puede utilizar directamente el hidrógeno como portador de energía, también puede ser su reacción con dióxido de carbono a gas de síntesis (metano), hidrógeno y Además, el gas de síntesis se puede utilizar para generar energía, utilizar otras formas, como el transporte, etc. Alemania está interesada en promover la tecnología y tiene proyectos de demostración en funcionamiento.

Desventajas: baja eficiencia de ciclo completo, eficiencia de producción de hidrógeno de solo 40%, eficiencia de gas natural sintético de menos del 35%.

Para citar el resumen anterior:

PHS- almacenamiento por bombeo; CAES- aire comprimido; Batería de ácido sólido; NiCd: batería de NiCd; NaS: baterías de azufre de sodio; CEBRA: pilas de cloruro de níquel; Li-ion: baterías de litio; Fuelcell: Fuelcell; Metal-aire: batería de aire metálico; VRB: batería de flujo de líquido; ZnbBr: batería de flujo de líquido; PSB: batería de flujo de líquido; SolarFuel: pila de combustible de energía solar; PYMES: almacenamiento de energía superconductora; Volante: volante; Condensador / Supercondensador: Condensador / supercondensador; Al-tes: agua / hielo almacenamiento de calor / sistema de frío; CES: sistema de almacenamiento de energía a baja temperatura; Ht-tes: sistema de almacenamiento de calor.

En general, la investigación y el desarrollo actual se centra principalmente en ultracondensadores y baterías (batería de litio, batería de flujo de líquido). Los avances en materiales son clave.

¿Cómo será una red de almacenamiento de energía confiable?

1. Apoyar la realización de la energía Internet y la red eléctrica inteligente

El almacenamiento de energía es un equipo importante para realizar una interacción energética bidireccional en una red inteligente. Sin almacenamiento de energía, una red inteligente completa está fuera de discusión.

2. Utilizar la tecnología de almacenamiento de energía para afrontar la prueba de la nueva energía.

El objetivo principal es estabilizar y estabilizar la potencia de salida de la generación de energía renovable intermitente, como la energía eólica y la energía solar, y mejorar la capacidad de la red para aceptar energía renovable intermitente.

3. Reducir las diferencias de picos y valles y mejorar la utilización del equipo.

Las empresas de redes eléctricas pueden obtener más beneficios de carga máxima mientras se alivian la regulación de carga máxima y la presión de suministro.

4. Mejorar la seguridad y confiabilidad de la red eléctrica y la calidad de la energía.

Proporcionar suministro de energía de emergencia; Reducir la pérdida causada por varios problemas transitorios de calidad de la energía.

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