सोडियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण: लागत लाभ अभी तक स्पष्ट नहीं है, लेकिन विशिष्ट अनुप्रयोगों में भविष्य की संभावनाएं हैं
सोडियम-आयन बैटरी एक सेकेंडरी बैटरी है जो चार्ज और डिस्चार्जिंग को पूरा करने के लिए पॉजिटिव और नेगेटिव इलेक्ट्रोड के बीच सोडियम आयनों की आवाजाही पर निर्भर करती है। सोडियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण का कार्य सिद्धांत लिथियम-आयन बैटरी के समान है, और संरचना भी पॉजिटिव इलेक्ट्रोड, नेगेटिव इलेक्ट्रोड, विभाजक और इलेक्ट्रोलाइट से बनी होती है। अंतर मुख्य रूप से पॉजिटिव इलेक्ट्रोड सामग्री में होता है, सोडियम नमक लिथियम नमक की जगह लेता है, और एल्यूमीनियम पन्नी तांबे की पन्नी की जगह लेती है।
सोडियम बैटरी के लाभ परिचालन तापमान, सुरक्षा, चक्र जीवन और चार्जिंग गति में निहित हैं।
1) सुरक्षा। सोडियम बैटरी में उच्च स्थिरता और थर्मल रनवे का कम जोखिम होता है, जो ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, विशेष रूप से बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण सुविधाओं के लिए महत्वपूर्ण है। यह प्रभावी रूप से सुरक्षा दुर्घटनाओं की संभावना को कम कर सकता है और कर्मियों और उपकरणों की सुरक्षा सुनिश्चित कर सकता है।
2) कम तापमान प्रदर्शन। सोडियम-आयन बैटरी आमतौर पर -40 ℃ से 80 ℃ के वातावरण में स्थिर रूप से काम कर सकती हैं, जबकि टर्नरी लिथियम-आयन बैटरी की ऑपरेटिंग तापमान सीमा आम तौर पर -20 ℃ और 60 ℃ के बीच होती है। जब परिवेश का तापमान 0 ℃ से नीचे होता है, तो लिथियम बैटरी का प्रदर्शन काफी कम हो जाएगा, जबकि सोडियम-आयन बैटरी अभी भी -80 ℃ के कम तापमान वाले वातावरण में 20% से अधिक की क्षमता प्रतिधारण दर बनाए रख सकती है।
3) चक्र जीवन। सोडियम-आयन बैटरियां अधिक चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों का सामना कर सकती हैं, जिससे बार-बार बैटरी बदलने के कारण होने वाली लागत और संसाधन खपत कम हो जाती है, और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के समग्र सेवा जीवन और आर्थिक लाभ में सुधार होता है।
4) चार्जिंग की गति। सोडियम-आयन बैटरियां 10 मिनट में चार्जिंग प्रक्रिया पूरी कर सकती हैं, जबकि टर्नरी लिथियम बैटरियों को कम से कम 40 मिनट और लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों को 45 मिनट लगते हैं।
लागत लाभ सोडियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण के लिए एक महत्वपूर्ण प्रेरक कारक है। 2022 में वापस देखें तो अपस्ट्रीम लिथियम कार्बोनेट की कीमत में तेजी से वृद्धि हुई है, और लिथियम बैटरी की लागत आसमान छू रही है, जिससे उद्योग को सोडियम-आयन बैटरी पर अधिक ध्यान देना पड़ा है। सोडियम-आयन बैटरी, कम कच्चे माल की लागत जैसे अपने लाभों के साथ, लागत में सफलता प्राप्त करने, लिथियम संसाधनों की उच्च कीमत के कारण ऊर्जा भंडारण लागत पर दबाव को कम करने और इस प्रकार व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं को प्राप्त करने के लिए आशाजनक मानी जाती हैं।
हालांकि, पिछले दो वर्षों में लिथियम कार्बोनेट की कीमत वापस आ गई है, और परिणामस्वरूप, लिथियम बैटरी की कीमत में भी तेजी से गिरावट आई है। इस पृष्ठभूमि के खिलाफ, सोडियम-आयन बैटरी का लागत लाभ, जो मूल रूप से उच्च होने की उम्मीद थी, अब इतना प्रमुख नहीं है, और इसकी प्रतिस्पर्धात्मकता को उजागर करने के लिए अभी भी गहन अन्वेषण की आवश्यकता है। आखिरकार, जब लिथियम कार्बोनेट की कीमत 100,000 युआन से नीचे आती है, तो लिथियम बैटरी की लागत धीरे-धीरे सोडियम-आयन बैटरी की सैद्धांतिक लागत के करीब पहुंच जाएगी। इस तरह, लिथियम बैटरी की तुलना में सोडियम-आयन बैटरी की लागत बहुत कम हो जाएगी। प्रतिस्थापन, और बाजार में इसके बाद के प्रचार में कई बाधाओं का सामना करना पड़ सकता है।
हालाँकि सोडियम-आयन बैटरियों में लागत लाभ होने की संभावना है, लेकिन यह लाभ अभी तक वास्तविक बाजार प्रतिस्पर्धा में प्रभावी रूप से परिवर्तित नहीं हुआ है और सैद्धांतिक स्तर पर बना हुआ है। बाद की विकास प्रक्रिया में, सोडियम-आयन बैटरी उद्योग को अभी भी लागत कम करने की प्रमुख कड़ी पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता है।
पहले, उद्योग को आम तौर पर उम्मीद थी कि 2023 "सोडियम बिजली का पहला वर्ष" होगा, लेकिन व्यावसायीकरण प्रक्रिया को बार-बार स्थगित कर दिया गया है। हमारा मानना है कि 2025 में, सोडियम बिजली त्वरित औद्योगिक विकास के लिए एक महत्वपूर्ण मोड़ लाएगी।
सोडियम-आयन बैटरियों का मेरे देश के लिए अद्वितीय रणनीतिक महत्व है। हालाँकि वर्तमान बाजार में हिस्सेदारी अभी भी छोटी है, लेकिन जब अंतरराष्ट्रीय स्थिति जटिल होती है और लिथियम संसाधनों की आपूर्ति अस्थिर होती है, तो सोडियम पावर एक महत्वपूर्ण बैकअप विकल्प है, और इसके महत्व को कम करके नहीं आंका जा सकता है। भविष्य में, सोडियम पावर का बाजार हिस्सा लिथियम पावर से आगे निकल पाना मुश्किल हो सकता है, लेकिन यह धीरे-धीरे बाजार क्षेत्रों में विस्तार करेगा और अपने फायदे बनाएगा। समयरेखा से, सोडियम पावर को सॉलिड-स्टेट बैटरियों से पहले बाजार में पैर जमाने और एक विशिष्ट अवधि में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है। यह अनुमान है कि 2030 तक ऊर्जा भंडारण क्षेत्र में सोडियम-आयन बैटरी की मांग 300GWh से अधिक हो जाएगी।
सॉलिड-स्टेट बैटरी ऊर्जा भंडारण: उच्च ऊर्जा घनत्व सीमा, लेकिन इंटरफ़ेस मुद्दों को संबोधित करने की आवश्यकता है
सॉलिड-स्टेट बैटरी मुख्य रूप से सकारात्मक इलेक्ट्रोड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स और अन्य मुख्य सामग्रियों से बने होते हैं। आवश्यक अंतर यह है कि ठोस-अवस्था बैटरियां तरल बैटरियों के ज्वलनशील तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के बजाय गैर-ज्वलनशील ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं।
सॉलिड-स्टेट बैटरी के अंदर तरल सामग्री के अनुसार, सॉलिड-स्टेट बैटरी को सेमी-सॉलिड-स्टेट बैटरी और सॉलिड-स्टेट बैटरी में विभाजित किया जा सकता है। अकादमिक समुदाय की परिभाषा के अनुसार, 10% से अधिक तरल सामग्री वाली बैटरी एक लिक्विड बैटरी है; 5% -10% की तरल सामग्री वाली बैटरी को सेमी-सॉलिड-स्टेट बैटरी के रूप में परिभाषित किया गया है। सेमी-सॉलिड-स्टेट बैटरी में लिक्विड (किंगताओ एनर्जी इसे वेटिंग एजेंट के रूप में परिभाषित करती है) लिक्विड बैटरी में इलेक्ट्रोलाइट से अलग है। वेटिंग एजेंट में एक ही घटक होता है, जो बैटरी के आंतरिक इंटरफ़ेस की वेटेबिलिटी को बेहतर बनाता है और बैटरी के प्रतिरोध को कम करता है; ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरी में कोई भी लिक्विड घटक नहीं होता है।
पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी और ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी का योजनाबद्ध आरेख
सॉलिड-स्टेट बैटरियों के तीन मुख्य लाभ हैं: 1) उच्च सुरक्षा: सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट्स ज्वलनशील नहीं होते हैं और उच्च तापमान पर बेहतर स्थिरता और यांत्रिक गुण रखते हैं। 2) उच्च ऊर्जा घनत्व छत: सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट्स में एक व्यापक इलेक्ट्रोकेमिकल विंडो होती है, इलेक्ट्रोड सामग्रियों के साथ साइड रिएक्शन कम होते हैं, और उपलब्ध इलेक्ट्रोड सामग्रियों की सीमा को व्यापक बनाते हैं। 3) लंबा चक्र जीवन: सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट्स को वाष्पीकृत करना आसान नहीं होता है और रिसाव की कोई समस्या नहीं होती है। लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट्स और सेपरेटर्स के उन्मूलन के कारण सॉलिड-स्टेट बैटरियां वजन में भी हल्की होती हैं।
ठोस-अवस्था बैटरियों में महत्वपूर्ण प्रदर्शन संबंधी लाभ हैं, लेकिन व्यावहारिकता और औद्योगिकीकरण के मामले में अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है, तथा उन्हें अभी भी कुछ तकनीकी चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है।
1) आयन परिवहन समस्या: ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की आयन चालकता कम होती है, जो चार्ज और डिस्चार्ज दर को सीमित करती है।
2) लिथियम डेन्ड्राइट समस्या: वे क्रिस्टल के अंदर और बीच में बढ़ सकते हैं, जिससे बैटरी में शॉर्ट सर्किट और खराबी हो सकती है।
3) इंटरफ़ेस समस्या: इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच संपर्क क्षेत्र छोटा है, जिसके परिणामस्वरूप इंटरफ़ेस प्रतिबाधा बढ़ जाती है, जो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच लिथियम आयनों के प्रत्यक्ष चालन के लिए अनुकूल नहीं है।
4) लागत की समस्या: जुलाई 2024 के अंत में, एनसीएम प्रिज्मीय पावर बैटरी सेल की कीमत 0.46RMB/Wh थी, और लिथियम आयरन फॉस्फेट स्क्वायर पावर बैटरी सेल की कीमत 0.37RMB/Wh थी; शिनवांगडा के अनुसार, पॉलिमर सिस्टम वाली सभी ठोस-राज्य बैटरी की लागत 2.00 में 2026RMB/Wh तक कम हो जाएगी। वर्तमान में, ठोस-राज्य बैटरी की लागत अपेक्षाकृत अधिक है, और अगले 3-5 वर्षों में गिरावट की गुंजाइश अभी भी अप्रत्याशित है।
प्रौद्योगिकी के संदर्भ में, सल्फाइड मार्ग में सभी-ठोस-अवस्था बैटरी के क्षेत्र में बहुत अधिक विकास क्षमता है, और अग्रणी बैटरी निर्माताओं ने इस पर ध्यान केंद्रित किया है। उनमें से, पूर्ववर्ती लिथियम सल्फाइड लागत को नियंत्रित करने में एक महत्वपूर्ण कड़ी बन गया है। सभी-ठोस-अवस्था बैटरी प्रदर्शन के एक मुख्य तत्व के रूप में, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स में सल्फाइड उच्च चालकता और उत्कृष्ट प्रसंस्करण प्रदर्शन के साथ उभरे हैं। विशेष रूप से, लिथियम फॉस्फोरस सल्फर क्लोरीन अपने लागत लाभ के साथ बाहर खड़ा है और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए मुख्यधारा का विकल्प बन गया है। वर्तमान बाजार मूल्य 20,000-40,000 आरएमबी / किग्रा की सीमा में है।
हालांकि, लिथियम सल्फाइड अग्रदूतों की मौजूदा कीमत उच्च बनी हुई है, जिसकी कीमत 5 मिलियन युआन प्रति टन से अधिक है, जो लागत में कमी को बहुत बाधित करती है। हमारा मानना है कि बाद की प्रक्रियाओं और उपकरणों के निरंतर नवाचार के साथ, इसकी लागत में काफी गिरावट आने की उम्मीद है। इसी समय, ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरियों के व्यावसायीकरण की राह भी विनिर्माण प्रक्रिया चुनौतियों का सामना करती है, विशेष रूप से फ्रंट-एंड फिल्म निर्माण लिंक में। ठोस इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली की मोटाई, सामग्री फैलाव की एकरूपता और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की समतलता के लिए नियंत्रण आवश्यकताएं सख्त हैं और माइक्रोन या यहां तक कि नैनोमीटर स्तर तक सटीक होने की आवश्यकता है। वर्तमान में, उत्पादन उपकरण अभी तक परिपक्व नहीं हैं और बड़े पैमाने पर उत्पादन की जरूरतों का समर्थन करना मुश्किल है।
2025 में, विभिन्न प्रकार की सॉलिड-स्टेट बैटरियों का वैश्विक बाजार सैकड़ों अरबों युआन का होगा। यदि सॉलिड-स्टेट बैटरियां अपने सुरक्षा लाभों का पूरी तरह से लाभ उठा सकती हैं और ऊर्जा घनत्व को और बढ़ा सकती हैं, जबकि दर प्रदर्शन, चक्र जीवन और विनिर्माण प्रक्रियाओं को अनुकूलित कर सकती हैं, तो उनके पास विशिष्ट लाभकारी परिदृश्यों में एक विशाल संभावित ग्राहक आधार होगा। इसके अलावा, यदि सॉलिड-स्टेट बैटरियों की लागत में कोई सफलता मिलती है, तो बाजार का स्थान और अधिक विस्तारित होने की उम्मीद है।
फ्लो बैटरी ऊर्जा भंडारण: भविष्य में दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण के लिए विशिष्ट लाभ
लिक्विड फ्लो बैटरी को जिंक-आयरन लिक्विड फ्लो बैटरी, जिंक-ब्रोमीन लिक्विड फ्लो बैटरी, ऑल-आयरन लिक्विड फ्लो बैटरी, आयरन-क्रोमियम लिक्विड फ्लो बैटरी और ऑल-वैनेडियम लिक्विड फ्लो बैटरी में विभाजित किया जा सकता है, जो कि पॉजिटिव और नेगेटिव इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट सॉल्यूशन में सक्रिय बिजली के प्रकारों पर निर्भर करता है। उनमें से, वैनेडियम बैटरी ने अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम उद्योगों के विकास के साथ-साथ व्यावसायीकरण के शुरुआती चरण में प्रवेश करने में अग्रणी भूमिका निभाई है।
ऑल-वैनेडियम लिक्विड फ्लो बैटरी एक बैटरी है जिसमें परिसंचारी तरल अवस्था में सक्रिय पदार्थ के रूप में वैनेडियम होता है। इलेक्ट्रोलाइट को बाहरी पंप के माध्यम से बैटरी स्टैक में पंप किया जाता है। यांत्रिक शक्ति की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रोलाइट भंडारण टैंक और अर्ध-सेल के बीच घूमता है, एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रोड सतह के माध्यम से बहता है, और फिर डबल इलेक्ट्रोड प्लेटें विद्युत ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए विद्युत प्रवाह को इकट्ठा करती हैं और संचालित करती हैं। यह अद्वितीय परिसंचारी प्रवाह कार्य मोड वैनेडियम बैटरी को ऊर्जा भंडारण क्षमता में लचीलापन देता है, और इलेक्ट्रोलाइट मात्रा को समायोजित करके विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है।
ऑल-फ्लो बैटरी ऊर्जा भंडारण का योजनाबद्ध आरेख
वैनेडियम बैटरी के दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण के संदर्भ में अद्वितीय लाभ हैं। वैनेडियम बैटरी की शक्ति बैटरी स्टैक द्वारा निर्धारित की जाती है, और ऊर्जा भंडारण क्षमता इलेक्ट्रोलाइट पर निर्भर करती है, और दोनों एक दूसरे से स्वतंत्र हैं। लागत के संदर्भ में, वैनेडियम बैटरी ऊर्जा भंडारण समय के साथ-साथ बिजली इकाइयों की लागत को प्रभावी ढंग से समाप्त कर सकती है, जिससे प्रति Wh लागत कम हो जाती है, जो दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण के साथ अत्यधिक सुसंगत है। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, यदि बिजली को बढ़ाने की आवश्यकता है, तो बैटरी स्टैक की संख्या बढ़ाई जा सकती है; यदि क्षमता का विस्तार करने की आवश्यकता है, तो इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता और मात्रा को लचीले ढंग से विविध ऊर्जा भंडारण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बदला जा सकता है, जो ऊर्जा भंडारण क्षेत्र के लिए एक अत्यधिक आशाजनक तकनीकी समाधान प्रदान करता है।
ऑल-फ्लो बैटरी ऊर्जा भंडारण: आउटपुट पावर और भंडारण क्षमता को स्वतंत्र रूप से डिज़ाइन किया जा सकता है
वैनेडियम बैटरियां सुरक्षा और चक्र जीवन के संदर्भ में भी उत्कृष्ट विशेषताएं दर्शाती हैं।
1)वैनेडियम बैटरियां अकार्बनिक जल-आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं, जिनमें दहन और विस्फोट का कोई जोखिम नहीं होता है, और वे सामान्य तापमान और दबाव में स्थिर रूप से काम कर सकती हैं, जिससे थर्मल रनवे का जोखिम पूरी तरह से समाप्त हो जाता है। बैटरी सिस्टम अच्छी स्थिरता दिखाता है, और कुशल बैटरी प्रबंधन तंत्र के साथ, यह संचालन की उच्च विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है।
2) चक्र जीवन के संदर्भ में, कैलेंडर जीवन 25 साल तक पहुंच सकता है, चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों की संख्या 16,000 बार तक पहुंच सकती है, और प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं, और गहरे चार्ज और डिस्चार्ज बैटरी जीवन को प्रभावित नहीं करते हैं। क्षमता शून्य क्षय अवस्था को बनाए रख सकती है। वैनेडियम बैटरी पूरे जीवन चक्र में 100% क्षमता प्रतिधारण दर प्राप्त कर सकती है, और कोई दक्षता क्षय नहीं होता है, जो दीर्घकालिक स्थिर ऊर्जा भंडारण और आपूर्ति के लिए एक ठोस गारंटी प्रदान करता है।
2024 में, चीन की लिक्विड फ्लो बैटरी ऊर्जा भंडारण की स्थापित क्षमता पहली बार GWh से अधिक हो गई, जो 1.81GWh तक पहुंच गई। GGII के अनुसार, लिक्विड फ्लो बैटरी हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों के साथ तेजी से प्रवेश कर रही हैं। जनवरी से नवंबर 2024 तक, ऑल-वैनेडियम लिक्विड फ्लो बैटरी + लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी (LFP) की हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं ने चीन की लिक्विड फ्लो बैटरी बोली परियोजनाओं का लगभग 60% हिस्सा लिया। चूंकि लिक्विड फ्लो बैटरी सिस्टम की कीमत में गिरावट जारी है, इसलिए 2 में इसके 2026MB/Wh से कम होने की उम्मीद है।
हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण: संग्रहीत हाइड्रोजन को बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है और धातुकर्म और परिवहन जैसे विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जा सकता है
हाइड्रोजन ऊर्जा को स्पष्ट रूप से विभिन्न श्रेणियों के अनुसार विभाजित किया गया है। संकीर्ण अर्थ में, हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण "बिजली-हाइड्रोजन-बिजली" की रूपांतरण प्रक्रिया के इर्द-गिर्द घूमता है। जब बिजली की आपूर्ति अधिशेष होती है, खासकर गैर-पीक घंटों के दौरान, इस बिजली का पूरी तरह से उपयोग बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन उत्पादन गतिविधियों को सख्ती से करने, बिजली को उचित भंडारण के लिए हाइड्रोजन ऊर्जा में सफलतापूर्वक और कुशलता से परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है। इस प्रकार की हाइड्रोजन ऊर्जा का उपयोग आरक्षित ऊर्जा के रूप में किया जा सकता है और मांग के अनुसार डाउनस्ट्रीम संबंधित उद्योगों को आपूर्ति की जा सकती है; इसका उपयोग तब भी किया जा सकता है जब बिजली की चरम मांग आती है और बिजली की मांग तेजी से बढ़ती है। ईंधन कोशिकाओं की प्रमुख तकनीक का उपयोग संग्रहीत हाइड्रोजन को जल्दी से बिजली में बदलने और समय पर ग्रिड में संचारित करने के लिए किया जा सकता है, जो बिजली की आपूर्ति और मांग के संतुलन को विनियमित करने में प्रभावी रूप से महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण व्यापक अर्थों में "बिजली-हाइड्रोजन" की एकतरफा रूपांतरण विशेषताओं पर जोर देता है। संग्रहित हाइड्रोजन का व्यापक रूप से परिवहन और इस्पात जैसे कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहनों को बिजली देने के लिए किया जा सकता है ताकि यात्रा को बढ़ावा दिया जा सके और इस्पात उद्योग के हरित और कम कार्बन परिवर्तन में मदद मिल सके; या जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से, हाइड्रोजन को रासायनिक उत्पादन जैसे अन्य उद्योगों में उपयोग के लिए मेथनॉल और अमोनिया जैसे मूल्यवान रासायनिक व्युत्पन्न में परिवर्तित किया जा सकता है। रूपांतरण और अनुप्रयोग के बाद, हाइड्रोजन अब बिजली उत्पादन के लिए पावर ग्रिड में वापस नहीं जाएगा।
हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण के निम्नलिखित महत्वपूर्ण लाभ हैं:
1)दीर्घकालिक: दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण के मुख्य तत्व ऊर्जा वाहकों की गतिशीलता और क्षमता और शक्ति का वियोजन हैं। हालाँकि पंप स्टोरेज और संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण में ऊर्जा वाहकों की गतिशीलता होती है, लेकिन उनका अनुप्रयोग भौगोलिक स्थिति द्वारा सीमित होता है। इसके विपरीत, हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण 4 घंटे से अधिक की दीर्घकालिक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग आवश्यकताओं के लिए अधिक उपयुक्त है, और मौसमी ऊर्जा हस्तांतरण प्राप्त कर सकता है। इसका औसत निरंतर निर्वहन समय 500-1000 घंटे तक पहुँच सकता है। हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण की स्व-निर्वहन दर बेहद कम है, लगभग शून्य है, जो इसे भौगोलिक प्रतिबंधों के बिना एक वर्ष से अधिक के ऊर्जा भंडारण चक्रों के अनुकूल होने में सक्षम बनाती है।
2) बड़ी क्षमता: तरल हाइड्रोजन में हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण की ऊर्जा घनत्व 143 MJ/kg (लगभग 40kWh/kg) तक पहुँच सकती है, जो कि लिथियम बैटरी जैसे विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण से 100 गुना से भी अधिक है; कैलोरी मान के संदर्भ में, हाइड्रोजन का कैलोरी मान 120MJ/kg तक पहुँच सकता है, जो कि कोयला, प्राकृतिक गैस और तेल जैसे पारंपरिक जीवाश्म ऊर्जा से 3-4 गुना अधिक है। ऊर्जा भंडारण उन कुछ ऊर्जा भंडारण विधियों में से एक है जो 100 GWh से अधिक ऊर्जा संग्रहीत कर सकती है।
विभिन्न ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों में निर्वहन समय और क्षमता प्रदर्शन की तुलना
3) क्रॉस-रीजनल: हाइड्रोजन को गैसीय, तरल और ठोस रूपों सहित विभिन्न तरीकों से ले जाया जा सकता है। हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण बिजली संचरण और वितरण नेटवर्क द्वारा प्रतिबंधित नहीं है और क्रॉस-रीजनल पीक लोड विनियमन को प्राप्त कर सकता है। हालांकि, इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशन पावर ग्रिड और परिवहन स्थितियों द्वारा सीमित हैं और क्रॉस-रीजनल पीक लोड विनियमन को प्राप्त करना मुश्किल है। विशेष रूप से अपतटीय पवन ऊर्जा विकास में, अपतटीय पवन ऊर्जा के बड़े पैमाने पर विकास के साथ, अपतटीय बिजली का संचरण और खपत एक चुनौती बन गई है। हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए अपतटीय पवन ऊर्जा का उपयोग बड़े पैमाने पर ग्रिड कनेक्शन और अपतटीय पवन ऊर्जा की खपत और गहरे समुद्र में बिजली संचरण की उच्च लागत की समस्याओं को प्रभावी ढंग से हल कर सकता है।
हाइड्रोजन को ऊर्जा का अंतिम रूप कहा जा सकता है। हाइड्रोजन को पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित किया जा सकता है, जो लगभग अक्षय है; यह ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके बिजली पैदा कर सकता है, और केवल पानी उत्पन्न होता है, जो वास्तव में शून्य कार्बन उत्सर्जन है। हालांकि, हाइड्रोजन भंडारण और परिवहन के सामने आने वाली चुनौतियां भी गंभीर हैं। हाइड्रोजन के विशेष भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ परिवहन के दौरान सुरक्षा जोखिम भी होते हैं, चाहे वह उच्च दबाव वाली गैस हो या कम तापमान वाला तरल। इसके अलावा, हाइड्रोजन का कम घनत्व इसकी कम परिवहन दक्षता की ओर ले जाता है। उच्च दबाव की स्थिति में भी, एक 49 टन का भारी ट्रक केवल लगभग 300 किलोग्राम हाइड्रोजन का परिवहन कर सकता है। तरल हाइड्रोजन के बेहद कम क्वथनांक के कारण हमें इसकी तरल अवस्था को बनाए रखने में भारी तकनीक और ऊर्जा लागत का निवेश करना पड़ता है।
जहां तक हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण के प्रमुख उद्योग बनने का प्रश्न है, हमारा मानना है कि इसमें दो प्रमुख चरण हैं जिन पर ध्यान देना आवश्यक है:
पहला मोड़: वैश्विक स्तर पर, हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण के विकास का समर्थन करने के लिए नीतियां निर्धारित की गई हैं। नवंबर 2024 में, उद्योग और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने सार्वजनिक रूप से "नई ऊर्जा भंडारण विनिर्माण उद्योग के उच्च-गुणवत्ता वाले विकास के लिए कार्य योजना" (टिप्पणियों के लिए मसौदा) पर राय मांगी। राय ने संपीड़ित हवा जैसी दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के विकास और हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण जैसी दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के उचित अग्रिम लेआउट की ओर इशारा किया। नए ऊर्जा भंडारण को उचित रूप से कॉन्फ़िगर करने और पवन और सौर हाइड्रोजन भंडारण जैसे नए ऊर्जा अनुप्रयोग परिदृश्यों का विस्तार करने के लिए थर्मल पावर को सक्रिय रूप से प्रोत्साहित करें। उन क्षेत्रों में हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए नवीकरणीय ऊर्जा के उपयोग का पता लगाएं जहां नई ऊर्जा समृद्ध है और स्थानीय अवशोषण क्षमता कम है, जैसे रेगिस्तान, गोबी और बंजर भूमि।
दूसरा मोड़: जब अपतटीय पवन ऊर्जा हाइड्रोजन उत्पादन और ठोस-अवस्था हाइड्रोजन भंडारण प्रौद्योगिकी का व्यावसायीकरण किया जाता है, तो हाइड्रोजन ऊर्जा से इस्पात और सीमेंट जैसे औद्योगिक क्षेत्रों के साथ-साथ हरित मेथनॉल और अन्य उत्पादों के उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है। उम्मीद है कि 2035 तक हाइड्रोजन ऊर्जा उत्पादन क्षमता 5 ट्रिलियन युआन तक पहुंच जाएगी, जो ऊर्जा उद्योग में एक महत्वपूर्ण ताकत बन जाएगी। लागत के मामले में, हाइड्रोजन स्टेशन बनाने की मौजूदा लागत अधिक है। एक मानक हाइड्रोजन स्टेशन की निर्माण लागत कम से कम 2 मिलियन अमेरिकी डॉलर, लगभग 15 मिलियन युआन है, और उच्च दबाव वाले हाइड्रोजनीकरण प्रणाली की लागत 20 मिलियन युआन जितनी अधिक है। उनमें से, हाइड्रोजन कम्प्रेसर हाइड्रोजन स्टेशनों की लागत का 30% हिस्सा है।
हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण: '1+1>2' प्रभाव प्राप्त करने के लिए कई भंडारण प्रौद्योगिकियों को एकीकृत करना
RSI संकर ऊर्जा भंडारण प्रणाली दो या दो से अधिक विभिन्न ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों को एक में चतुराई से एकीकृत करता है। इसका उद्देश्य कई की खूबियों से सीखना और विभिन्न ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के अनूठे फायदों को पूरा करना है, जिससे अधिक कुशल और लचीले ऊर्जा भंडारण और बढ़िया प्रबंधन लक्ष्यों को प्राप्त किया जा सके।
हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण ने उद्योग में बहुत ध्यान आकर्षित किया है क्योंकि यह मजबूत पूरक प्रदर्शन, कई कार्यों, जोखिम फैलाव और उच्च व्यापक दक्षता के अपने लाभों के माध्यम से "1 + 1> 2" के प्रभाव को प्राप्त कर सकता है। 2022 में, राष्ट्रीय विकास और सुधार आयोग और राष्ट्रीय ऊर्जा प्रशासन द्वारा जारी "नई ऊर्जा भंडारण विकास के लिए 14 वीं पंचवर्षीय योजना" में उल्लेख किया गया है कि यह सिस्टम की जरूरतों के साथ संयोजन में कई ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के संयुक्त अनुप्रयोग को बढ़ावा देगा और समग्र ऊर्जा भंडारण के पायलट प्रदर्शनों को अंजाम देगा।
वर्गीकरण के नजरिए से, हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण में बैटरी और बैटरियों का एकीकरण शामिल है, जैसे कि विभिन्न रासायनिक प्रणालियों की बैटरियों का संयोजन, जो हर समय स्थिर ऊर्जा आपूर्ति प्राप्त करने के लिए उनके संबंधित चार्जिंग और डिस्चार्जिंग विशेषताओं में अंतर का उपयोग करता है; बैटरी और सुपरकैपेसिटर को मिलाया जाता है, पूर्व में दीर्घकालिक ऊर्जा भंडार सुनिश्चित होता है, और बाद में ऊर्जा अंतर को भरने के लिए तात्कालिक उच्च-शक्ति मांग परिदृश्यों में त्वरित प्रतिक्रिया देने के लिए अल्ट्रा-उच्च शक्ति घनत्व पर निर्भर करता है; तीसरा, बैटरी और फ्लाईव्हील एक साथ काम करते हैं, और फ्लाईव्हील ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए उच्च गति के रोटेशन पर निर्भर करते हैं, जो कि अल्पकालिक और उच्च-आवृत्ति बिजली के उतार-चढ़ाव का आसानी से सामना कर सकता है, स्थिर बिजली उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए बैटरी का पूरक होता है; बैटरी और हाइड्रोजन भंडारण का एक संयोजन भी है, जो ऊर्जा भंडारण समय की सीमाओं का विस्तार करने के लिए हाइड्रोजन के उच्च ऊर्जा घनत्व और लचीली रूपांतरण विशेषताओं का उपयोग करता है।
वर्तमान में, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी मेरे देश में विद्युत ऊर्जा भंडारण के क्षेत्र पर हावी है। हालांकि, एकल लिथियम आयरन फॉस्फेट प्रौद्योगिकी मार्ग में अंतर्निहित कमियां हैं, और हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण प्रभावी रूप से इसके लिए बना सकता है। जब एक निश्चित ऊर्जा भंडारण तकनीक अचानक टूट जाती है या विफल हो जाती है, तो अन्य सहायक प्रौद्योगिकियां समय पर इसे संभाल सकती हैं ताकि ऊर्जा के भंडारण और रिलीज को लगातार सुनिश्चित किया जा सके और सिस्टम के स्थिर संचालन को बनाए रखा जा सके।
वर्तमान में, लिथियम बैटरी को अन्य तकनीकी मार्गों के साथ संयोजित करने वाली परियोजनाओं के अनुप्रयोग को धीरे-धीरे लागू किया गया है, और विभिन्न प्रकार की नई ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियां कई परिदृश्यों की जरूरतों को पूरा करने के लिए एक-दूसरे के साथ सहयोग करती हैं। जीजीआईआई के अनुसार, जनवरी से नवंबर 2024 तक चीनी फ्लो बैटरी बोली परियोजनाओं में, ऑल-वैनेडियम फ्लो बैटरी + लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी (एलएफपी) हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं का लगभग 60% हिस्सा था। सीईएसए के अनुसार, जनवरी से अक्टूबर 2024 तक, मेरे देश में कुल 10 हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं में नई स्थापित क्षमता है, जिसका कुल पैमाना 1.4GW / 4.6GWh है, जो क्षमता का 7.92% है, औसत अवधि 3.28 घंटे है, और कुल निवेश 6.7 बिलियन RMB से अधिक है।
अन्य उभरते ऊर्जा भंडारण: कई नावें प्रतिस्पर्धा कर रही हैं, सभी के पास अवसर हैं
1) संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण: हवा को संपीड़ित करें और इसे गैस टैंक में संग्रहीत करें, और फिर गैस टैंक में हवा को यांत्रिक ऊर्जा या विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए ऊर्जा रूपांतरण उपकरण का उपयोग करें, जिससे ऊर्जा भंडारण और रिलीज का एहसास हो। संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण तकनीक में बड़ी क्षमता, लंबे ऊर्जा भंडारण चक्र, छोटे निर्माण चक्र और अपेक्षाकृत लचीले साइट लेआउट के फायदे हैं। भंडारण माध्यम केवल हवा है और विस्फोट का कोई खतरा नहीं है। पंप किए गए भंडारण की तुलना में, यह भौगोलिक स्थितियों से प्रतिबंधित नहीं है। अन्य ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के साथ संयुक्त होने पर यह बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशनों (> 100MW) के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण पूरक बनने की उम्मीद है। इसका निर्वहन समय 4 घंटे से अधिक तक पहुंच सकता है।
2) फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारण: फ्लाईव्हील के उच्च गति वाले घुमाव के माध्यम से ऊर्जा संग्रहीत की जाती है, और फिर ऊर्जा पुनर्प्राप्ति उपकरण के माध्यम से विद्युत ऊर्जा या तापीय ऊर्जा में परिवर्तित की जाती है। फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारण मुख्य रूप से ग्रिड आवृत्ति विनियमन में अपनी भूमिका पर केंद्रित है। फ्लाईव्हील ग्रिड में परिवर्तन के रूप में समय पर ग्रिड के लिए एक सुचारू और धीमी भूमिका निभा सकता है, जो थर्मल पावर आवृत्ति विनियमन का विकल्प बन जाता है।
3) गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा भंडारण: गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करके, ऊर्जा भंडारण और रिलीज हासिल की जाती है। इसका लाभ यह है कि इसे उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनों के माध्यम से दूर के उपयोगकर्ताओं को विद्युत ऊर्जा संचारित करने की आवश्यकता नहीं है, उच्च ऊर्जा रूपांतरण दक्षता है, और बहुत अधिक पर्यावरण प्रदूषण उत्पन्न नहीं करता है। सिस्टम रूपांतरण दक्षता 80% -90% है, और सेवा जीवन 25-40 वर्ष है।
