Αποθήκευση ενέργειας μπαταρίας ιόντων νατρίου: Οφέλη κόστους δεν είναι ακόμη εμφανή, αλλά μελλοντικές δυνατότητες σε συγκεκριμένες εφαρμογές
Η μπαταρία ιόντων νατρίου είναι μια δευτερεύουσα μπαταρία που βασίζεται στην κίνηση των ιόντων νατρίου μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων για την ολοκλήρωση της φόρτισης και της εκφόρτισης. Η αρχή λειτουργίας της αποθήκευσης ενέργειας της μπαταρίας ιόντων νατρίου είναι παρόμοια με αυτή της μπαταρίας ιόντων λιθίου και η δομή αποτελείται επίσης από θετικό ηλεκτρόδιο, αρνητικό ηλεκτρόδιο, διαχωριστή και ηλεκτρολύτη. Η διαφορά έγκειται κυρίως στο υλικό του θετικού ηλεκτροδίου, το άλας νατρίου αντικαθιστά το άλας λιθίου και το φύλλο αλουμινίου αντικαθιστά το φύλλο χαλκού.
Τα πλεονεκτήματα των μπαταριών νατρίου έγκεινται στη θερμοκρασία λειτουργίας, την ασφάλεια, τη διάρκεια ζωής του κύκλου και την ταχύτητα φόρτισης.
1) Ασφάλεια. Οι μπαταρίες νατρίου έχουν υψηλότερη σταθερότητα και χαμηλότερο κίνδυνο θερμικής διαφυγής, κάτι που είναι ζωτικής σημασίας για τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, ειδικά τις εγκαταστάσεις αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας. Μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την πιθανότητα ατυχημάτων ασφαλείας και να εξασφαλίσει την ασφάλεια του προσωπικού και του εξοπλισμού.
2) Απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία. Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου μπορούν συνήθως να λειτουργούν σταθερά σε περιβάλλον από -40℃ έως 80℃, ενώ το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας των τριμερών μπαταριών ιόντων λιθίου είναι γενικά μεταξύ -20℃ και 60℃. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι κάτω από 0℃, η απόδοση των μπαταριών λιθίου θα μειωθεί σημαντικά, ενώ οι μπαταρίες ιόντων νατρίου μπορούν ακόμα να διατηρήσουν ποσοστό διατήρησης χωρητικότητας άνω του 80% σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας -20℃.
3) Κύκλος ζωής. Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου μπορούν να αντέξουν περισσότερους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, μειώνοντας το κόστος και την κατανάλωση πόρων που προκαλείται από τη συχνή αντικατάσταση μπαταριών και βελτιώνοντας τη συνολική διάρκεια ζωής και τα οικονομικά οφέλη των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας.
4) Ταχύτητα φόρτισης. Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου μπορούν να ολοκληρώσουν τη διαδικασία φόρτισης σε 10 λεπτά, ενώ οι τριμερείς μπαταρίες λιθίου χρειάζονται τουλάχιστον 40 λεπτά και οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου χρειάζονται 45 λεπτά.
Το πλεονέκτημα κόστους είναι ένας σημαντικός κινητήριος παράγοντας για την αποθήκευση ενέργειας της μπαταρίας ιόντων νατρίου. Κοιτάζοντας πίσω στο 2022, η τιμή του ανθρακικού λιθίου ανάντη αυξήθηκε απότομα και το κόστος των μπαταριών λιθίου εκτινάχθηκε στα ύψη, γεγονός που έκανε τη βιομηχανία να δώσει μεγαλύτερη προσοχή στις μπαταρίες ιόντων νατρίου. Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου, με τα πλεονεκτήματά τους, όπως το χαμηλό κόστος πρώτων υλών, θεωρούνται πολλά υποσχόμενες να επιτύχουν καινοτομίες στο κόστος, να μετριάσουν την πίεση στο κόστος αποθήκευσης ενέργειας που προκαλείται από την υψηλή τιμή των πόρων λιθίου και να αποκτήσουν έτσι ευρύτερες προοπτικές εφαρμογής.
Ωστόσο, η τιμή του ανθρακικού λιθίου έχει επιστρέψει τα τελευταία δύο χρόνια, και ως αποτέλεσμα, η τιμή των μπαταριών λιθίου έχει επίσης μειωθεί ραγδαία. Σε αυτό το πλαίσιο, το πλεονέκτημα κόστους των μπαταριών ιόντων νατρίου, το οποίο αρχικά αναμενόταν να είναι υψηλό, δεν είναι πλέον τόσο εμφανές και χρειάζεται ακόμη περαιτέρω διεξοδική εξερεύνηση για να τονιστεί η ανταγωνιστικότητά τους. Εξάλλου, όταν η τιμή του ανθρακικού λιθίου πέσει κάτω από τα 100,000 γιουάν, το κόστος των μπαταριών λιθίου θα προσεγγίσει σταδιακά το θεωρητικό κόστος των μπαταριών ιόντων νατρίου. Με αυτόν τον τρόπο, το κόστος των μπαταριών ιόντων νατρίου θα μειωθεί σημαντικά σε σύγκριση με τις μπαταρίες λιθίου. Η δυνατότητα υποκατάστασης και η επακόλουθη προώθησή του στην αγορά είναι πιθανό να αντιμετωπίσει πολλά εμπόδια.
Αν και οι μπαταρίες ιόντων νατρίου έχουν τη δυνατότητα να έχουν πλεονεκτήματα κόστους, αυτό το πλεονέκτημα δεν έχει ακόμη μετατραπεί αποτελεσματικά σε πραγματική ανταγωνιστικότητα της αγοράς και παραμένει σε θεωρητικό επίπεδο. Στην επακόλουθη διαδικασία ανάπτυξης, η βιομηχανία μπαταριών ιόντων νατρίου πρέπει ακόμα να επικεντρωθεί στον βασικό κρίκο της μείωσης του κόστους.
Προηγουμένως, η βιομηχανία γενικά περίμενε ότι το 2023 θα ήταν η «πρώτη χρονιά ηλεκτρικής ενέργειας νατρίου», αλλά η διαδικασία εμπορευματοποίησης αναβάλλεται ξανά και ξανά. Πιστεύουμε ότι το 2025, η ηλεκτρική ενέργεια με νάτριο θα οδηγήσει σε ένα σημείο καμπής για επιταχυνόμενη βιομηχανική ανάπτυξη.
Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου έχουν μοναδική στρατηγική σημασία για τη χώρα μου. Αν και το τρέχον μερίδιο αγοράς είναι ακόμη μικρό, η ισχύς νατρίου είναι μια βασική εφεδρική επιλογή όταν η διεθνής κατάσταση είναι περίπλοκη και η προσφορά πόρων λιθίου είναι ασταθής και η σημασία της δεν μπορεί να υποτιμηθεί. Στο μέλλον, το μερίδιο αγοράς της ενέργειας από νάτριο μπορεί να είναι δύσκολο να ξεπεράσει αυτό της ενέργειας λιθίου, αλλά σταδιακά θα επεκταθεί στα τμήματα της αγοράς και θα δημιουργήσει τα δικά της πλεονεκτήματα. Από το χρονοδιάγραμμα, η ισχύς νατρίου αναμένεται να αποκτήσει έδαφος στην αγορά πριν από τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης και να διαδραματίσει βασικό ρόλο σε μια συγκεκριμένη περίοδο. Υπολογίζεται ότι μέχρι το 2030, η ζήτηση για μπαταρίες ιόντων νατρίου στον τομέα αποθήκευσης ενέργειας θα ξεπεράσει τις 300 GWh.
Αποθήκευση ενέργειας μπαταρίας στερεάς κατάστασης: Ανώτατο όριο υψηλότερης πυκνότητας ενέργειας, αλλά ζητήματα διεπαφής πρέπει να αντιμετωπιστούν
Μπαταρίες στερεάς κατάστασης αποτελούνται κυρίως από θετικά ηλεκτρόδια, αρνητικά ηλεκτρόδια, στερεούς ηλεκτρολύτες και άλλα κύρια υλικά. Η ουσιαστική διαφορά είναι ότι οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούν μη εύφλεκτους στερεούς ηλεκτρολύτες αντί των εύφλεκτων υγρών ηλεκτρολυτών των μπαταριών υγρών.
Σύμφωνα με την περιεκτικότητα σε υγρό στο εσωτερικό της μπαταρίας στερεάς κατάστασης, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης μπορούν να χωριστούν σε μπαταρίες ημι-στερεής κατάστασης και μπαταρίες στερεάς κατάστασης. Σύμφωνα με τον ορισμό της ακαδημαϊκής κοινότητας, μια μπαταρία με περιεκτικότητα σε υγρό άνω του 10% είναι μια μπαταρία υγρού. μια μπαταρία με περιεκτικότητα σε υγρό 5%-10% ορίζεται ως μπαταρία ημι-στερεάς κατάστασης. Το υγρό της μπαταρίας ημι-στερεάς κατάστασης (η Qingtao Energy το ορίζει ως παράγοντα διαβροχής) είναι διαφορετικό από τον ηλεκτρολύτη της μπαταρίας υγρού. Το διαβρεκτικό έχει ένα μόνο συστατικό, το οποίο βελτιώνει τη διαβρεξιμότητα της εσωτερικής διεπαφής της μπαταρίας και μειώνει την αντίσταση της μπαταρίας. η μπαταρία σε στερεά κατάσταση δεν περιέχει υγρά εξαρτήματα.
Σχηματικό διάγραμμα της παραδοσιακής μπαταρίας ιόντων λιθίου και της μπαταρίας λιθίου σε πλήρη κατάσταση
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν τρία βασικά πλεονεκτήματα: 1) Υψηλότερη ασφάλεια: οι στερεοί ηλεκτρολύτες δεν είναι εύφλεκτοι και έχουν καλύτερη σταθερότητα και μηχανικές ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες. 2) Ανώτατο όριο υψηλότερης ενεργειακής πυκνότητας: οι στερεοί ηλεκτρολύτες έχουν ευρύτερο ηλεκτροχημικό παράθυρο, μειώνουν τις πλευρικές αντιδράσεις με υλικά ηλεκτροδίων και διευρύνουν το φάσμα των διαθέσιμων υλικών ηλεκτροδίων. 3) Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής: οι στερεοί ηλεκτρολύτες δεν εξατμίζονται εύκολα και δεν υπάρχει πρόβλημα διαρροής. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι επίσης ελαφρύτερες σε βάρος λόγω της εξάλειψης των υγρών ηλεκτρολυτών και των διαχωριστών.
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα απόδοσης, αλλά υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος για την πρακτικότητα και την εκβιομηχάνιση, και εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν ορισμένες τεχνικές προκλήσεις.
1) Πρόβλημα μεταφοράς ιόντων: Η αγωγιμότητα ιόντων των στερεών ηλεκτρολυτών είναι χαμηλή, γεγονός που περιορίζει τον ρυθμό φόρτισης και εκφόρτισης.
2) Πρόβλημα με δενδρίτη λιθίου: Μπορεί να αναπτυχθούν μέσα και μεταξύ των κρυστάλλων, προκαλώντας βραχυκύκλωμα και αστοχία της μπαταρίας.
3) Πρόβλημα διεπαφής: Η περιοχή επαφής μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ηλεκτρολύτη είναι μικρή, με αποτέλεσμα αυξημένη αντίσταση διεπαφής, η οποία δεν ευνοεί την άμεση αγωγή ιόντων λιθίου μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.
4) Πρόβλημα κόστους: Στα τέλη Ιουλίου 2024, η τιμή του πρισματικού στοιχείου μπαταρίας ισχύος NCM ήταν 0.46 RMB/Wh και η τιμή του τετραγωνικού στοιχείου μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου ήταν 0.37 RMB/Wh. σύμφωνα με το Xinwangda, το κόστος των μπαταριών στερεάς κατάστασης με πολυμερή συστήματα θα μειωθεί στα 2.00 RMB/Wh το 2026. Προς το παρόν, το κόστος των μπαταριών στερεάς κατάστασης είναι σχετικά υψηλό και τα περιθώρια μείωσης τα επόμενα 3-5 χρόνια είναι ακόμα απρόβλεπτα.
Όσον αφορά την τεχνολογία, η διαδρομή σουλφιδίου έχει μεγάλες δυνατότητες ανάπτυξης στον τομέα των μπαταριών σε στερεά κατάσταση και οι κορυφαίοι κατασκευαστές μπαταριών έχουν επικεντρωθεί σε αυτό. Μεταξύ αυτών, ο πρόδρομος θειούχος λιθίου έχει γίνει βασικός κρίκος για τον έλεγχο του κόστους. Ως βασικό στοιχείο της απόδοσης της μπαταρίας σε στερεά κατάσταση, τα σουλφίδια σε στερεούς ηλεκτρολύτες έχουν εμφανιστεί με υψηλή αγωγιμότητα και εξαιρετική απόδοση επεξεργασίας. Συγκεκριμένα, το θείο χλώριο λιθίου φωσφόρου έχει ξεχωρίσει με το πλεονέκτημα κόστους και έχει γίνει η κύρια επιλογή για μαζική παραγωγή. Η τρέχουσα τιμή αγοράς κυμαίνεται από 20,000-40,000 RMB/kg.
Ωστόσο, η τρέχουσα τιμή των πρόδρομων ουσιών θειούχου λιθίου παραμένει υψηλή, με τιμή τιμής άνω των 5 εκατομμυρίων γιουάν ανά τόνο, γεγονός που εμποδίζει σε μεγάλο βαθμό τη μείωση του κόστους. Πιστεύουμε ότι με τη συνεχή καινοτομία των επόμενων διαδικασιών και εξοπλισμού, το κόστος του αναμένεται να μειωθεί σημαντικά. Ταυτόχρονα, ο δρόμος προς την εμπορευματοποίηση των μπαταριών πλήρως στερεάς κατάστασης αντιμετωπίζει επίσης προκλήσεις στη διαδικασία κατασκευής, ειδικά στον σύνδεσμο σχηματισμού φιλμ στο μπροστινό μέρος. Οι απαιτήσεις ελέγχου για το πάχος της μεμβράνης στερεού ηλεκτρολύτη, την ομοιομορφία της διασποράς του υλικού και την επιπεδότητα του αρνητικού ηλεκτροδίου είναι αυστηρές και πρέπει να είναι ακριβείς στο επίπεδο των μικρών ή ακόμη και των νανομέτρων. Επί του παρόντος, ο εξοπλισμός παραγωγής δεν είναι ακόμη ώριμος και είναι δύσκολο να υποστηρίξει τις ανάγκες μαζικής παραγωγής.
Το 2025, η παγκόσμια αγορά για διάφορους τύπους μπαταριών στερεάς κατάστασης θα αξίζει εκατοντάδες δισεκατομμύρια γιουάν. Εάν οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης μπορούν να αξιοποιήσουν πλήρως τα πλεονεκτήματα ασφαλείας τους και να ενισχύσουν περαιτέρω την ενεργειακή πυκνότητα, βελτιστοποιώντας παράλληλα την απόδοση, τον κύκλο ζωής και τις διαδικασίες παραγωγής, θα έχουν μια τεράστια δυνητική βάση πελατών σε συγκεκριμένα πλεονεκτικά σενάρια. Επιπλέον, εάν γίνει μια σημαντική ανακάλυψη στο κόστος των μπαταριών στερεάς κατάστασης, ο χώρος της αγοράς αναμένεται να επεκταθεί περαιτέρω.
Flow Battery Energy Storage: Ξεχωριστά πλεονεκτήματα για μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας στο μέλλον
Οι μπαταρίες υγρής ροής μπορούν να χωριστούν σε μπαταρίες ροής υγρού ψευδαργύρου-σιδήρου, μπαταρίες ροής υγρού ψευδαργύρου-βρωμίου, μπαταρίες ροής υγρού πλήρους σιδήρου, μπαταρίες ροής υγρού σιδήρου-χρωμίου και μπαταρίες ροής υγρού πλήρους βαναδίου, ανάλογα με τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια και τους τύπους ενεργού ηλεκτρισμού στο διάλυμα ηλεκτρολύτη. Μεταξύ αυτών, οι μπαταρίες βαναδίου έχουν πρωτοστατήσει στην είσοδο στο πρώιμο στάδιο της εμπορευματοποίησης μαζί με την ανάπτυξη των βιομηχανιών ανάντη και κατάντη.
Η μπαταρία ροής υγρού εξ ολοκλήρου βαναδίου είναι μια μπαταρία με ενεργό υλικό το βανάδιο σε υγρή κατάσταση κυκλοφορίας. Ο ηλεκτρολύτης αντλείται στη στοίβα μπαταρίας μέσω μιας εξωτερικής αντλίας. Υπό τη δράση της μηχανικής ισχύος, ο ηλεκτρολύτης κυκλοφορεί μεταξύ της δεξαμενής αποθήκευσης και του μισού κυττάρου, ρέει μέσω της επιφάνειας του ηλεκτροδίου για να παράγει μια ηλεκτροχημική αντίδραση και στη συνέχεια οι πλάκες διπλού ηλεκτροδίου συλλέγουν και μεταφέρουν ρεύμα, πραγματοποιώντας έτσι τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτός ο μοναδικός τρόπος λειτουργίας ροής κυκλοφορίας επιτρέπει στις μπαταρίες βαναδίου να έχουν ευελιξία στη χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας και διαφορετικές ανάγκες μπορούν να καλυφθούν ρυθμίζοντας τον όγκο του ηλεκτρολύτη.
Σχηματικό διάγραμμα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας με όλες τις ροές
Οι μπαταρίες βαναδίου έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα στο πλαίσιο της μακροπρόθεσμης αποθήκευσης ενέργειας. Η ισχύς των μπαταριών βαναδίου καθορίζεται από τη στοίβα μπαταριών και η χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας εξαρτάται από τον ηλεκτρολύτη και οι δύο είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους. Όσον αφορά το κόστος, οι μπαταρίες βαναδίου μπορούν να αποσβέσουν αποτελεσματικά το κόστος των μονάδων ισχύος μαζί με τον χρόνο αποθήκευσης ενέργειας, μειώνοντας έτσι το κόστος ανά Wh, το οποίο είναι πολύ συνεπές με τη μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας. Σε πρακτικές εφαρμογές, εάν χρειάζεται να αυξηθεί η ισχύς, ο αριθμός των στοίβων μπαταριών μπορεί να αυξηθεί. Εάν η χωρητικότητα πρέπει να επεκταθεί, η συγκέντρωση και ο όγκος του ηλεκτρολύτη μπορούν να αλλάξουν για να ανταποκρίνονται ευέλικτα σε διαφορετικές ανάγκες αποθήκευσης ενέργειας, παρέχοντας μια πολλά υποσχόμενη τεχνική λύση για το πεδίο αποθήκευσης ενέργειας.
Αποθήκευση ενέργειας μπαταρίας πλήρους ροής: Η ισχύς εξόδου και η χωρητικότητα αποθήκευσης μπορούν να σχεδιαστούν ανεξάρτητα
Οι μπαταρίες βαναδίου παρουσιάζουν επίσης εξαιρετικά χαρακτηριστικά όσον αφορά την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής του κύκλου.
1) Οι μπαταρίες βαναδίου χρησιμοποιούν ανόργανους ηλεκτρολύτες με βάση το νερό, οι οποίοι δεν έχουν κίνδυνο καύσης και έκρηξης και μπορούν να λειτουργήσουν σταθερά υπό κανονική θερμοκρασία και πίεση, εξαλείφοντας πλήρως τον κίνδυνο θερμικής διαρροής. Το σύστημα μπαταρίας παρουσιάζει καλή συνέπεια και με τον αποτελεσματικό μηχανισμό διαχείρισης της μπαταρίας, εξασφαλίζει υψηλή αξιοπιστία λειτουργίας.
2) Όσον αφορά τη διάρκεια ζωής του κύκλου, η ημερολογιακή ζωή μπορεί να φτάσει τα 25 χρόνια, ο αριθμός των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης μπορεί να φτάσει τις 16,000 φορές και τα ηλεκτρόδια δεν συμμετέχουν στην αντίδραση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης και η βαθιά φόρτιση και εκφόρτιση δεν επηρεάζει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Η χωρητικότητα μπορεί να διατηρήσει μια κατάσταση μηδενικής αποσύνθεσης. Οι μπαταρίες βαναδίου μπορούν να επιτύχουν ρυθμό διατήρησης χωρητικότητας 100% καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής και δεν παρουσιάζεται αποσύνθεση της απόδοσης, παρέχοντας μια σταθερή εγγύηση για μακροπρόθεσμη σταθερή αποθήκευση και παροχή ενέργειας.
Το 2024, η εγκατεστημένη χωρητικότητα της Κίνας για αποθήκευση ενέργειας μπαταρίας ροής υγρού ξεπέρασε για πρώτη φορά την GWh, φτάνοντας τις 1.81 GWh. Σύμφωνα με το GGII, οι μπαταρίες ροής υγρού διεισδύουν γρήγορα με εφαρμογές υβριδικής αποθήκευσης ενέργειας. Από τον Ιανουάριο έως τον Νοέμβριο του 2024, τα έργα υβριδικής αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών ροής υγρού πλήρως βαναδίου + μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) αντιπροσώπευαν σχεδόν το 60% των έργων υποβολής προσφορών για μπαταρίες υγρής ροής της Κίνας. Καθώς η τιμή των συστημάτων μπαταριών ροής υγρού συνεχίζει να μειώνεται, αναμένεται να μειωθεί σε λιγότερο από 2MB/Wh το 2026.
Αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου: Το αποθηκευμένο υδρογόνο μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια και να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς όπως η μεταλλουργία και οι μεταφορές
Η ενέργεια του υδρογόνου χωρίζεται σαφώς σε διαφορετικές κατηγορίες. Με μια στενή έννοια, η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου περιστρέφεται γύρω από τη διαδικασία μετατροπής «ηλεκτρισμός-υδρογόνο-ηλεκτρισμός». Όταν υπάρχει πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, ειδικά κατά τις ώρες μη αιχμής, αυτή η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί πλήρως για την δυναμική διεξαγωγή δραστηριοτήτων παραγωγής υδρογόνου μεγάλης κλίμακας, με επιτυχία και επιδέξια μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε ενέργεια υδρογόνου για σωστή αποθήκευση. Αυτός ο τύπος ενέργειας υδρογόνου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εφεδρική ενέργεια και να παρέχεται σε κατάντη σχετικές βιομηχανίες κατόπιν ζήτησης. μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί όταν έρχεται η μέγιστη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας και η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται απότομα. Η βασική τεχνολογία των κυψελών καυσίμου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη γρήγορη μετατροπή του αποθηκευμένου υδρογόνου σε ηλεκτρική ενέργεια και τη μετάδοση του στο δίκτυο εγκαίρως, διαδραματίζοντας ουσιαστικά βασικό ρόλο στη ρύθμιση της ισορροπίας προσφοράς και ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας.
Η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου με την ευρεία έννοια δίνει έμφαση στα χαρακτηριστικά μονόδρομης μετατροπής του «ηλεκτρισμού-υδρογόνου». Το αποθηκευμένο υδρογόνο χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς όπως οι μεταφορές και ο χάλυβας. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία οχημάτων κυψελών καυσίμου υδρογόνου για την οδήγηση των ταξιδιών και τη βοήθεια του πράσινου και χαμηλών εκπομπών άνθρακα μετασχηματισμού της βιομηχανίας χάλυβα. ή μέσω μιας σειράς πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων, το υδρογόνο μπορεί να μετατραπεί σε πολύτιμα χημικά παράγωγα όπως η μεθανόλη και η αμμωνία για χρήση σε άλλες βιομηχανίες όπως η χημική παραγωγή. Μετά τη μετατροπή και την εφαρμογή, το υδρογόνο δεν θα ρέει πλέον στο ηλεκτρικό δίκτυο για παραγωγή ενέργειας.
Η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου έχει τα ακόλουθα σημαντικά πλεονεκτήματα:
1)Μακροπρόθεσμη: Τα βασικά στοιχεία της μακροπρόθεσμης αποθήκευσης ενέργειας είναι η κινητικότητα των φορέων ενέργειας και η αποσύνδεση χωρητικότητας και ισχύος. Αν και η αντλούμενη αποθήκευση και η αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα έχουν την κινητικότητα των ενεργειακών φορέων, η εφαρμογή τους περιορίζεται λόγω γεωγραφικής θέσης. Αντίθετα, η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου είναι πιο κατάλληλη για μακροχρόνιες ανάγκες φόρτισης και εκφόρτισης άνω των 4 ωρών και μπορεί να επιτύχει εποχιακή μεταφορά ενέργειας. Ο μέσος χρόνος συνεχούς εκφόρτισής του μπορεί να φτάσει τις 500-1000 ώρες. Ο ρυθμός αυτοεκφόρτισης της αποθήκευσης ενέργειας υδρογόνου είναι εξαιρετικά χαμηλός, σχεδόν μηδενικός, γεγονός που του επιτρέπει να προσαρμοστεί σε κύκλους αποθήκευσης ενέργειας άνω του ενός έτους χωρίς γεωγραφικούς περιορισμούς.
2) Μεγάλη χωρητικότητα: Η ενεργειακή πυκνότητα της αποθήκευσης ενέργειας υδρογόνου σε υγρό υδρογόνο μπορεί να φτάσει τα 143 MJ/kg (περίπου 40 kWh/kg), που είναι περισσότερο από 100 φορές μεγαλύτερη από την ηλεκτροχημική αποθήκευση ενέργειας, όπως οι μπαταρίες λιθίου. Όσον αφορά τη θερμογόνο δύναμη, η θερμογόνος δύναμη του υδρογόνου μπορεί να φτάσει τα 120 MJ/kg, που είναι 3-4 φορές μεγαλύτερη από εκείνη της παραδοσιακής ορυκτής ενέργειας όπως ο άνθρακας, το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο. Η αποθήκευση ενέργειας είναι μία από τις λίγες μεθόδους αποθήκευσης ενέργειας που μπορούν να αποθηκεύσουν περισσότερα από 100 GWh ενέργειας.
Σύγκριση απόδοσης χρόνου εκφόρτισης και χωρητικότητας σε διαφορετικές τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας
3) Διαπεριφερειακά: Το υδρογόνο μπορεί να μεταφερθεί με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένων αέριων, υγρών και στερεών μορφών. Η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου δεν περιορίζεται από το δίκτυο μεταφοράς και διανομής ισχύος και μπορεί να επιτύχει διαπεριφερειακή ρύθμιση φορτίου αιχμής. Ωστόσο, οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ηλεκτροχημικής ενέργειας περιορίζονται από το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας και τις συνθήκες μεταφοράς και είναι δύσκολο να επιτευχθεί διαπεριφερειακή ρύθμιση φορτίου αιχμής. Ειδικά στην ανάπτυξη υπεράκτιας αιολικής ενέργειας, με τη μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας, η μετάδοση και η κατανάλωση υπεράκτιας ενέργειας έχει γίνει πρόκληση. Η χρήση υπεράκτιας αιολικής ενέργειας για την παραγωγή υδρογόνου μπορεί να λύσει αποτελεσματικά τα προβλήματα της μεγάλης κλίμακας σύνδεσης με το δίκτυο και της κατανάλωσης υπεράκτιας αιολικής ενέργειας και του υψηλού κόστους μεταφοράς ενέργειας βαθέων υδάτων.
Το υδρογόνο μπορεί να ειπωθεί ότι είναι η απόλυτη μορφή ενέργειας. Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί με ηλεκτρόλυση νερού, το οποίο είναι σχεδόν ανεξάντλητο. μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό αντιδρώντας με το οξυγόνο και παράγεται μόνο νερό, το οποίο είναι πραγματικά μηδενική εκπομπή άνθρακα. Ωστόσο, οι προκλήσεις που αντιμετωπίζει η αποθήκευση και η μεταφορά του υδρογόνου είναι επίσης σοβαρές. Οι ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες του υδρογόνου συνοδεύονται από κινδύνους ασφάλειας κατά τη μεταφορά, είτε σε αέριο υψηλής πίεσης είτε σε υγρό χαμηλής θερμοκρασίας. Επιπλέον, η χαμηλή πυκνότητα του υδρογόνου οδηγεί στη χαμηλή απόδοση μεταφοράς του. Ακόμη και υπό συνθήκες υψηλής πίεσης, ένα βαρύ φορτηγό 49 τόνων μπορεί να μεταφέρει μόνο περίπου 300 κιλά υδρογόνου. Το εξαιρετικά χαμηλό σημείο βρασμού του υγρού υδρογόνου μας απαιτεί να επενδύσουμε τεράστιο κόστος τεχνολογίας και ενέργειας για τη διατήρηση της υγρής του κατάστασης.
Όσο για το πότε η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου θα γίνει βιομηχανία πυλώνας, πιστεύουμε ότι υπάρχουν δύο βασικά στάδια στα οποία αξίζει να δοθεί προσοχή:
Το πρώτο σημείο καμπής: Σε παγκόσμιο επίπεδο, έχουν καθοριστεί πολιτικές για την υποστήριξη της ανάπτυξης της αποθήκευσης ενέργειας υδρογόνου. Τον Νοέμβριο του 2024, το Υπουργείο Βιομηχανίας και Πληροφορικής ζήτησε δημόσια γνωμοδοτήσεις σχετικά με το «Σχέδιο Δράσης για την Υψηλής Ποιότητας Ανάπτυξη της Νέας Βιομηχανίας Κατασκευής Αποθήκευσης Ενέργειας» (Σχέδιο για Σχόλια). Στις γνωμοδοτήσεις επισημάνθηκε η ανάπτυξη τεχνολογιών μακροπρόθεσμης αποθήκευσης ενέργειας, όπως ο πεπιεσμένος αέρας, και η κατάλληλη εκ των προτέρων διάταξη τεχνολογιών μακροπρόθεσμης αποθήκευσης ενέργειας, όπως η αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου. Ενθαρρύνετε ενεργά τη θερμική ενέργεια για να διαμορφώσετε εύλογα τις παραμέτρους της νέας αποθήκευσης ενέργειας και να επεκτείνετε νέα σενάρια εφαρμογής ενέργειας, όπως η αποθήκευση υδρογόνου από τον άνεμο και τον ηλιακό. Εξερευνήστε τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την παραγωγή υδρογόνου σε περιοχές όπου η νέα ενέργεια είναι πλούσια και η τοπική ικανότητα απορρόφησης χαμηλή, όπως οι έρημοι, οι Γκόμπι και οι ερημιές.
Το δεύτερο σημείο καμπής: Όταν η υπεράκτια παραγωγή υδρογόνου και η τεχνολογία αποθήκευσης υδρογόνου σε στερεά κατάσταση διατίθενται στο εμπόριο, η ενέργεια υδρογόνου αναμένεται να διαδραματίσει βασικό ρόλο στην παραγωγή βιομηχανικών πεδίων όπως ο χάλυβας και το τσιμέντο, καθώς και η πράσινη μεθανόλη και άλλα προϊόντα. Αναμένεται ότι μέχρι το 2035, η ικανότητα παραγωγής ενέργειας υδρογόνου θα φτάσει τα 5 τρισεκατομμύρια γιουάν, καθιστώντας μια σημαντική δύναμη στον κλάδο της ενέργειας. Από την πλευρά του κόστους, το τρέχον κόστος κατασκευής σταθμών υδρογόνου είναι υψηλό. Το κόστος κατασκευής ενός τυπικού σταθμού υδρογόνου είναι τουλάχιστον 2 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ, περίπου 15 εκατομμύρια γιουάν, και το κόστος ενός συστήματος υδρογόνωσης υψηλής πίεσης φτάνει τα 20 εκατομμύρια γιουάν. Μεταξύ αυτών, οι συμπιεστές υδρογόνου αντιπροσωπεύουν το 30% του κόστους των σταθμών υδρογόνου. Αντιμέτωπες με την πρόκληση του περιορισμένου χώρου μείωσης του κόστους, οι εγχώριες εταιρείες συμπιεστών υδρογόνου πρέπει επειγόντως να αυξήσουν την τεχνολογική καινοτομία για να επιτύχουν οικονομική αποδοτικότητα και ανταγωνιστικότητα στην αγορά.
Υβριδική αποθήκευση ενέργειας: Ενσωμάτωση πολλαπλών τεχνολογιών αποθήκευσης για την επίτευξη ενός αποτελέσματος «1+1>2»
The υβριδικό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας ενσωματώνει έξυπνα δύο ή περισσότερες διαφορετικές τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας σε μία. Στοχεύει να μάθει από τα δυνατά σημεία πολλών και να δώσει πλήρη εφαρμογή στα μοναδικά πλεονεκτήματα των διαφόρων τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας, επιτυγχάνοντας έτσι πιο αποτελεσματική και ευέλικτη αποθήκευση ενέργειας και στόχους λεπτής διαχείρισης.
Η υβριδική αποθήκευση ενέργειας έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή στη βιομηχανία επειδή μπορεί να επιτύχει το αποτέλεσμα «1+1>2» μέσω των πλεονεκτημάτων της για ισχυρή συμπληρωματική απόδοση, πολλαπλές λειτουργίες, διασπορά κινδύνου και υψηλή συνολική απόδοση. Το 2022, το «14ο Πενταετές Σχέδιο Ανάπτυξης Νέας Αποθήκευσης Ενέργειας» που εκδόθηκε από την Εθνική Επιτροπή Ανάπτυξης και Μεταρρυθμίσεων και την Εθνική Διοίκηση Ενέργειας ανέφερε ότι θα προωθούσε την κοινή εφαρμογή πολλαπλών τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας σε συνδυασμό με τις ανάγκες του συστήματος και θα πραγματοποιούσε πιλοτικές επιδείξεις σύνθετης αποθήκευσης ενέργειας.
Από την άποψη της ταξινόμησης, η υβριδική αποθήκευση ενέργειας καλύπτει την ενοποίηση μπαταριών και μπαταριών, όπως ο συνδυασμός μπαταριών διαφορετικών χημικών συστημάτων, που χρησιμοποιεί τις διαφορές στα αντίστοιχα χαρακτηριστικά φόρτισης και εκφόρτισης για την επίτευξη σταθερής παροχής ενέργειας ανά πάσα στιγμή. Οι μπαταρίες και οι υπερπυκνωτές συνδυάζονται, ο πρώτος εξασφαλίζει μακροπρόθεσμα αποθέματα ενέργειας και ο δεύτερος βασίζεται σε εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα ισχύος για να ανταποκρίνεται γρήγορα σε στιγμιαία σενάρια ζήτησης υψηλής ισχύος για να καλύψει το ενεργειακό κενό. Τρίτον, οι μπαταρίες και οι σφόνδυλοι λειτουργούν μαζί και οι σφόνδυλοι βασίζονται σε περιστροφή υψηλής ταχύτητας για την αποθήκευση ενέργειας, η οποία μπορεί να αντιμετωπίσει τις βραχυπρόθεσμες και υψηλής συχνότητας διακυμάνσεις ισχύος με ευκολία, συμπληρώνοντας τις μπαταρίες για να εξασφαλίσει σταθερή απόδοση ισχύος. Υπάρχει επίσης ένας συνδυασμός μπαταριών και αποθήκευσης υδρογόνου, ο οποίος χρησιμοποιεί την υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και τα χαρακτηριστικά ευέλικτης μετατροπής του υδρογόνου για να επεκτείνει τα όρια του χρόνου αποθήκευσης ενέργειας.
Επί του παρόντος, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου κυριαρχούν στον τομέα της ηλεκτροχημικής αποθήκευσης ενέργειας στη χώρα μου. Ωστόσο, η μοναδική οδός τεχνολογίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχει εγγενείς ελλείψεις και η υβριδική αποθήκευση ενέργειας μπορεί αποτελεσματικά να την αναπληρώσει. Όταν μια συγκεκριμένη τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας ξαφνικά χαλάσει ή αποτύχει, άλλες υποστηρικτικές τεχνολογίες μπορούν να αναλάβουν εγκαίρως τη διασφάλιση της συνεχούς αποθήκευσης και απελευθέρωσης ενέργειας και διατήρησης σταθερής λειτουργίας του συστήματος.
Επί του παρόντος, η εφαρμογή έργων που συνδυάζουν μπαταρίες λιθίου με άλλες τεχνικές διαδρομές έχει σταδιακά εφαρμοστεί και μια ποικιλία νέων τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας συνεργάζονται μεταξύ τους για να καλύψουν τις ανάγκες πολλαπλών σεναρίων. Σύμφωνα με το GGII, μεταξύ των κινεζικών έργων προσφοράς μπαταριών ροής από τον Ιανουάριο έως τον Νοέμβριο του 2024, τα έργα αποθήκευσης ενέργειας υβριδικής μπαταρίας ροής πλήρως βαναδίου + μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) αντιπροσώπευαν σχεδόν το 60%. Σύμφωνα με την CESA, από τον Ιανουάριο έως τον Οκτώβριο του 2024, συνολικά 10 έργα υβριδικής αποθήκευσης ενέργειας στη χώρα μου έχουν πρόσφατα εγκατεστημένη ισχύ, συνολικής κλίμακας 1.4 GW/4.6 GWh, που αντιπροσωπεύουν το 7.92% της χωρητικότητας, μέση διάρκεια 3.28 ωρών και συνολική επένδυση άνω των 6.7 δισεκατομμυρίων RMB, συνολικής κλίμακας XNUMX GW/XNUMX GWh, που αντιπροσωπεύει το XNUMX% της χωρητικότητας.
Άλλη αναδυόμενη αποθήκευση ενέργειας: Πολλά σκάφη που ανταγωνίζονται, όλα έχουν ευκαιρίες
1) Αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα: Συμπιέστε τον αέρα και αποθηκεύστε τον σε μια δεξαμενή αερίου και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε μια συσκευή μετατροπής ενέργειας για να μετατρέψετε τον αέρα στη δεξαμενή αερίου σε μηχανική ή ηλεκτρική ενέργεια, πραγματοποιώντας έτσι αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας. Η τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα έχει τα πλεονεκτήματα της μεγάλης χωρητικότητας, του μεγάλου κύκλου αποθήκευσης ενέργειας, του σύντομου κύκλου κατασκευής και της σχετικά ευέλικτης διάταξης του χώρου. Το μέσο αποθήκευσης είναι μόνο αέρας και δεν υπάρχει κίνδυνος έκρηξης. Σε σύγκριση με την αποθήκευση με αντλία, δεν περιορίζεται από γεωγραφικές συνθήκες. Αναμένεται να γίνει σημαντικό συμπλήρωμα στον τομέα των σταθμών παραγωγής ενέργειας μεγάλης κλίμακας αποθήκευσης ενέργειας (>100MW) όταν συνδυαστεί με άλλες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας. Ο χρόνος εκφόρτισής του μπορεί να φτάσει περισσότερες από 4 ώρες.
2) Αποθήκευση ενέργειας βολάν: Η ενέργεια αποθηκεύεται μέσω περιστροφής υψηλής ταχύτητας του σφονδύλου και στη συνέχεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια ή θερμική ενέργεια μέσω μιας συσκευής ανάκτησης ενέργειας. Η αποθήκευση ενέργειας του σφονδύλου επικεντρώνεται κυρίως στον ρόλο του στη ρύθμιση συχνότητας δικτύου. Ο σφόνδυλος μπορεί να παίξει έναν ρόλο εξομάλυνσης και επιβράδυνσης για το δίκτυο έγκαιρα καθώς αλλάζει το πλέγμα, καθιστώντας μια εναλλακτική λύση στη ρύθμιση της συχνότητας θερμικής ισχύος.
3)Αποθήκευση ενέργειας βαρύτητας: Με τη μετατροπή της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας σε ηλεκτρική, επιτυγχάνεται αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας. Το πλεονέκτημά του είναι ότι δεν χρειάζεται να μεταδίδει ηλεκτρική ενέργεια σε απομακρυσμένους χρήστες μέσω γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης, έχει υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας και δεν προκαλεί μεγάλη περιβαλλοντική ρύπανση. Η απόδοση μετατροπής συστήματος είναι 80%-90%, και η διάρκεια ζωής είναι 25-40 χρόνια.
