Մինչև 2025 թվականը զարգացող էներգիայի պահեստավորման տարբեր տեխնոլոգիական ուղիների մշակում

Նատրիում-իոնային մարտկոցի էներգիայի պահեստավորում. ծախսերի օգուտները դեռ ակնհայտ չեն, բայց ապագա ներուժը հատուկ ծրագրերում

Նատրիումի իոնային մարտկոցը երկրորդական մարտկոց է, որը հիմնված է դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև նատրիումի իոնների շարժման վրա՝ լիցքավորման և լիցքաթափման ավարտին: Նատրիում-իոնային մարտկոցի էներգիայի պահպանման սկզբունքը նման է լիթիում-իոնային մարտկոցի աշխատանքի սկզբունքին, և կառուցվածքը կազմված է նաև դրական էլեկտրոդից, բացասական էլեկտրոդից, բաժանարարից և էլեկտրոլիտից: Տարբերությունը հիմնականում կայանում է դրական էլեկտրոդի նյութի մեջ, նատրիումի աղը փոխարինում է լիթիումի աղին, իսկ ալյումինե փայլաթիթեղը փոխարինում է պղնձե փայլաթիթեղին:

Նատրիումի մարտկոցների առավելությունները կապված են աշխատանքային ջերմաստիճանի, անվտանգության, ցիկլի կյանքի և լիցքավորման արագության մեջ:

1) անվտանգություն. Նատրիումի մարտկոցներն ունեն ավելի բարձր կայունություն և ջերմային արտահոսքի ավելի ցածր ռիսկ, ինչը շատ կարևոր է էներգիայի պահեստավորման համակարգերի, հատկապես մեծածավալ էներգիայի պահեստավորման օբյեկտների համար: Այն կարող է արդյունավետորեն նվազեցնել անվտանգության վթարների հավանականությունը և ապահովել անձնակազմի և սարքավորումների անվտանգությունը:
2) ցածր ջերմաստիճանի կատարում: Նատրիումի-իոնային մարտկոցները սովորաբար կարող են կայուն աշխատել -40℃-ից մինչև 80℃ միջավայրում, մինչդեռ եռակի լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքային ջերմաստիճանի միջակայքը սովորաբար -20℃-ից մինչև 60℃ է: Երբ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը 0℃-ից ցածր է, լիթիումի մարտկոցների աշխատանքը զգալիորեն կնվազի, մինչդեռ նատրիում-իոնային մարտկոցները դեռ կարող են պահպանել 80%-ից ավելի հզորության մակարդակը ցածր ջերմաստիճանի միջավայրում՝ -20℃:
3) ցիկլային կյանք. Նատրիում-իոնային մարտկոցները կարող են դիմակայել ավելի շատ լիցքավորման և լիցքաթափման ցիկլերի՝ նվազեցնելով մարտկոցների հաճախակի փոխարինման հետևանքով առաջացած ծախսերը և ռեսուրսների սպառումը և բարելավելով էներգիայի պահպանման համակարգերի ընդհանուր ծառայության ժամկետը և տնտեսական օգուտները:
4) լիցքավորման արագություն. Նատրիում-իոնային մարտկոցները կարող են լիցքավորել 10 րոպեում, մինչդեռ եռակի լիթիումի մարտկոցները տևում են առնվազն 40 րոպե, իսկ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները՝ 45 րոպե:

Արժեքի առավելությունը նատրիում-իոնային մարտկոցի էներգիայի պահպանման կարևոր շարժիչ գործոն է: Հետադարձ հայացք գցելով 2022 թվականին՝ վերին հոսանքում լիթիումի կարբոնատի գինը կտրուկ բարձրացավ, իսկ լիթիումի մարտկոցների արժեքը բարձրացավ, ինչը ստիպեց արդյունաբերությանը ավելի մեծ ուշադրություն դարձնել նատրիում-իոնային մարտկոցներին: Նատրիում-իոնային մարտկոցները, իրենց առավելություններով, ինչպիսիք են հումքի ցածր ծախսերը, համարվում են ինքնարժեքի առաջընթացի հասնելու խոստումնալից, նվազեցնելու լիթիումի ռեսուրսների բարձր գնի հետևանքով առաջացած էներգիայի պահպանման ծախսերի վրա ճնշումը և այդպիսով ձեռք բերելու ավելի լայն կիրառման հեռանկարներ:

Սակայն վերջին երկու տարում լիթիումի կարբոնատի գինը վերադարձել է, ինչի հետևանքով արագորեն նվազել է նաև լիթիումի մարտկոցների գինը։ Այս ֆոնի վրա նատրիում-իոնային մարտկոցների արժեքային առավելությունը, որն ի սկզբանե ակնկալվում էր, որ բարձր կլինի, այլևս այնքան էլ ակնառու չէ, և դրա մրցունակությունը ընդգծելու համար դեռևս անհրաժեշտ է հետագա խորը հետազոտություն: Ի վերջո, երբ լիթիումի կարբոնատի գինը իջնի 100,000 յուանից, լիթիումի մարտկոցների արժեքը աստիճանաբար կմոտենա նատրիումիոնային մարտկոցների տեսական արժեքին։ Այս կերպ նատրիումիոնային մարտկոցների արժեքը մեծապես կնվազի լիթիումային մարտկոցների համեմատ։ Փոխարինելիությունը և դրա հետագա առաջխաղացումը շուկայում, հավանաբար, կբախվեն բազմաթիվ խոչընդոտների:

Չնայած նատրիում-իոնային մարտկոցներն ունեն ծախսային առավելություններ ունենալու ներուժ, այդ առավելությունը դեռ արդյունավետորեն չի վերածվել շուկայի իրական մրցունակության և մնում է տեսական մակարդակում: Հետագա զարգացման գործընթացում նատրիում-իոնային մարտկոցների արդյունաբերությունը դեռ պետք է կենտրոնանա ծախսերի կրճատման հիմնական օղակի վրա:
Նախկինում արդյունաբերությունը հիմնականում ակնկալում էր, որ 2023 թվականը կլինի «նատրիումի էլեկտրաէներգիայի առաջին տարին», սակայն առևտրայնացման գործընթացը կրկին ու կրկին հետաձգվում է: Մենք հավատում ենք, որ 2025 թվականին նատրիումի էլեկտրաէներգիան շրջադարձային կետ կբերի արագացված արդյունաբերական զարգացման համար:
Նատրիումիոնային մարտկոցները յուրահատուկ ռազմավարական նշանակություն ունեն իմ երկրի համար։ Թեև շուկայի ներկայիս մասնաբաժինը դեռևս փոքր է, նատրիումի էներգիան հիմնական պահուստային տարբերակ է, երբ միջազգային իրավիճակը բարդ է և լիթիումի պաշարների մատակարարումն անկայուն է, և դրա կարևորությունը չի կարելի թերագնահատել: Ապագայում նատրիումային էներգիայի շուկայական մասնաբաժինը կարող է դժվար լինել գերազանցել լիթիումային էներգիայի մասնաբաժինը, սակայն այն աստիճանաբար կընդլայնվի շուկայի հատվածներում և կստեղծի իր առավելությունները: Ենթադրվում է, որ ժամանակացույցից ելնելով, նատրիումի էներգիան շուկայում կզբաղեցնի պինդ մարտկոցներից առաջ և առանցքային դեր կխաղա որոշակի ժամանակահատվածում: Ենթադրվում է, որ մինչև 2030 թվականը էներգիայի պահպանման ոլորտում նատրիումիոնային մարտկոցների պահանջարկը կգերազանցի 300 ԳՎտժ-ը։

Պինդ վիճակում մարտկոցի էներգիայի պահեստավորում. էներգիայի ավելի բարձր խտության առաստաղ, բայց միջերեսի խնդիրները պետք է լուծվեն

Պինդ վիճակի մարտկոցներ հիմնականում կազմված են դրական էլեկտրոդներից, բացասական էլեկտրոդներից, պինդ էլեկտրոլիտներից և այլ հիմնական նյութերից։ Էական տարբերությունն այն է, որ պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները հեղուկ մարտկոցների դյուրավառ հեղուկ էլեկտրոլիտների փոխարեն օգտագործում են ոչ դյուրավառ պինդ էլեկտրոլիտներ:

Ըստ պինդ մարտկոցի ներսում հեղուկի պարունակության՝ պինդ վիճակում մարտկոցները կարելի է բաժանել կիսապինդ և պինդ վիճակում մարտկոցների։ Ըստ ակադեմիական հանրության սահմանման՝ 10%-ից ավելի հեղուկ պարունակությամբ մարտկոցը հեղուկ մարտկոց է. 5%-10% հեղուկ պարունակությամբ մարտկոցը սահմանվում է որպես կիսապինդ վիճակի մարտկոց: Կիսապինդ վիճակում գտնվող մարտկոցի հեղուկը (Qingtao Energy-ն այն սահմանում է որպես խոնավացնող միջոց) տարբերվում է հեղուկ մարտկոցի էլեկտրոլիտից: Թրջող նյութը ունի մեկ բաղադրիչ, որը բարելավում է մարտկոցի ներքին ինտերֆեյսի թրջելիությունը և նվազեցնում մարտկոցի դիմադրությունը. ամբողջովին պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցը չի պարունակում հեղուկ բաղադրիչներ:

Ավանդական լիթիում-իոնային մարտկոցի և լրիվ պինդ վիճակի լիթիումի մարտկոցի սխեմատիկ դիագրամ

Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներն ունեն երեք հիմնական առավելություն. 1) Ավելի բարձր անվտանգություն. պինդ էլեկտրոլիտները դյուրավառ չեն և ունեն ավելի լավ կայունություն և մեխանիկական հատկություններ բարձր ջերմաստիճաններում: 2) Ավելի բարձր էներգիայի խտության առաստաղ. պինդ էլեկտրոլիտներն ունեն ավելի լայն էլեկտրաքիմիական պատուհան, նվազեցնում են կողմնակի ռեակցիաները էլեկտրոդային նյութերի հետ և ընդլայնում են հասանելի էլեկտրոդային նյութերի շրջանակը: 3) Ավելի երկար ցիկլի կյանք. պինդ էլեկտրոլիտները հեշտ չէ ցնդել և արտահոսքի խնդիր չկա: Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները նույնպես ավելի թեթև են իրենց քաշով` հեղուկ էլեկտրոլիտների և բաժանարարների վերացման շնորհիվ:
Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներն ունեն արդյունավետության զգալի առավելություններ, սակայն գործնականության և արդյունաբերականացման առումով դեռ երկար ճանապարհ կա անցնելու, և դրանք դեռևս բախվում են որոշ տեխնիկական մարտահրավերների:
1) Իոնների տեղափոխման խնդիր. Պինդ էլեկտրոլիտների իոնային հաղորդունակությունը ցածր է, ինչը սահմանափակում է լիցքավորման և լիցքաթափման արագությունը:

2) Լիթիումի դենդրիտի խնդիր. դրանք կարող են աճել բյուրեղների ներսում և միջակայքում՝ առաջացնելով մարտկոցի կարճ միացում և խափանում:

3) Ինտերֆեյսի խնդիր. էլեկտրոդի և էլեկտրոլիտի միջև շփման տարածքը փոքր է, ինչը հանգեցնում է միջերեսի դիմադրության բարձրացմանը, ինչը չի նպաստում լիթիումի իոնների ուղիղ հաղորդմանը դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև:

4) Արժեքի խնդիր. 2024 թվականի հուլիսի վերջին NCM պրիզմատիկ էներգիայի մարտկոցի բջիջի գինը կազմում էր 0.46 RMB/Wh, իսկ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ քառակուսի մարտկոցի մարտկոցի գինը՝ 0.37 RMB/Wh; Ըստ Xinwangda-ի, պոլիմերային համակարգերով ամբողջովին պինդ մարտկոցների արժեքը 2.00 թվականին կնվազի մինչև 2026 RMB/Wh: Ներկայումս պինդ վիճակում մարտկոցների արժեքը համեմատաբար բարձր է, և առաջիկա 3-5 տարիների ընթացքում անկման հնարավորությունը դեռևս անկանխատեսելի է:

Տեխնոլոգիայի առումով սուլֆիդային երթուղին զարգացման մեծ ներուժ ունի ամբողջովին պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների ոլորտում, և մարտկոցներ արտադրող առաջատար արտադրողները կենտրոնացել են դրա վրա: Դրանց թվում, լիթիումի սուլֆիդի պրեկուրսորը դարձել է ծախսերը վերահսկելու առանցքային օղակ: Որպես ամբողջովին պինդ վիճակում մարտկոցի աշխատանքի հիմնական տարր՝ պինդ էլեկտրոլիտներում սուլֆիդներն առաջացել են բարձր հաղորդունակությամբ և վերամշակման գերազանց կատարողականությամբ: Մասնավորապես, լիթիում ֆոսֆոր ծծմբի քլորն աչքի է ընկել իր ծախսային առավելություններով և դարձել զանգվածային արտադրության հիմնական ընտրությունը: Ներկայիս շուկայական գինը 20,000-40,000 RMB/kg-ի սահմաններում է:

Այնուամենայնիվ, լիթիումի սուլֆիդի պրեկուրսորների ներկայիս գինը մնում է բարձր՝ մեկ տոննայի համար ավելի քան 5 միլիոն յուան ​​գնով, ինչը մեծապես խոչընդոտում է ծախսերի կրճատմանը։ Մենք կարծում ենք, որ հետագա գործընթացների և սարքավորումների շարունակական նորարարության հետ մեկտեղ, ակնկալվում է, որ դրա արժեքը զգալիորեն կնվազի: Միևնույն ժամանակ, ամբողջովին պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների առևտրայնացման ճանապարհը բախվում է նաև արտադրական գործընթացի մարտահրավերներին, հատկապես ճակատային թաղանթների ձևավորման օղակում: Պինդ էլեկտրոլիտային թաղանթի հաստության, նյութի ցրման միատեսակության և բացասական էլեկտրոդի հարթության նկատմամբ վերահսկողության պահանջները խիստ են և պետք է ճշգրիտ լինեն մինչև միկրոն կամ նույնիսկ նանոմետր: Ներկայումս արտադրական սարքավորումները դեռ հասուն չեն և դժվար է ապահովել զանգվածային արտադրության կարիքները։

2025 թվականին տարբեր տեսակի պինդ մարտկոցների համաշխարհային շուկան կարժենա հարյուր միլիարդավոր յուան։ Եթե ​​պինդ վիճակում մարտկոցները կարողանան լիովին օգտագործել իրենց անվտանգության առավելությունները և էլ ավելի մեծացնել էներգիայի խտությունը՝ միաժամանակ օպտիմալացնելով արագության արդյունավետությունը, ցիկլի կյանքը և արտադրական գործընթացները, նրանք կունենան հսկայական պոտենցիալ հաճախորդների բազա հատուկ շահավետ սցենարներում: Բացի այդ, եթե բեկում մտցվի պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների արժեքի հարցում, ակնկալվում է, որ շուկայի տարածքն ավելի կընդլայնվի:

Հոսքի մարտկոցի էներգիայի պահեստավորում. ապագայում էներգիայի երկարաժամկետ պահեստավորման հստակ առավելություններ

Հեղուկ հոսքի մարտկոցները կարելի է բաժանել ցինկ-երկաթի հեղուկ հոսքի մարտկոցների, ցինկ-բրոմի հեղուկ հոսքի մարտկոցների, ամբողջովին երկաթի հեղուկ հոսքի մարտկոցների, երկաթ-քրոմի հեղուկ հոսքի մարտկոցների և ամբողջությամբ վանադիումի հեղուկ հոսքի մարտկոցների՝ կախված դրական և բացասական էլեկտրոդներից և էլեկտրոլիտի լուծույթում ակտիվ էլեկտրաէներգիայի տեսակներից: Դրանցից վանադիումային մարտկոցները առաջատար դիրք են գրավել առևտրայնացման վաղ փուլ մտնելու գործում՝ վերին և ստորին արդյունաբերության զարգացմանը զուգահեռ:

Ամբողջովին վանադիումային հեղուկ հոսքի մարտկոցը մարտկոց է, որի ակտիվ նյութը վանադիումն է շրջանառվող հեղուկ վիճակում: Էլեկտրոլիտը մղվում է մարտկոցի կույտ արտաքին պոմպի միջոցով: Մեխանիկական ուժի ազդեցության տակ էլեկտրոլիտը շրջանառվում է պահեստային բաքի և կիսաբջջի միջև, հոսում է էլեկտրոդի մակերևույթով՝ առաջացնելով էլեկտրաքիմիական ռեակցիա, այնուհետև կրկնակի էլեկտրոդային թիթեղները հավաքում և անցկացնում են հոսանք՝ դրանով իսկ իրականացնելով քիմիական էներգիայի փոխակերպումը էլեկտրական էներգիայի: Շրջանառվող հոսքի այս եզակի աշխատանքային ռեժիմը թույլ է տալիս վանադիումային մարտկոցներին ճկունություն ունենալ էներգիայի պահպանման հզորության մեջ, և տարբեր կարիքները կարող են բավարարվել էլեկտրոլիտի ծավալը կարգավորելու միջոցով:

Ամբողջ հոսքի մարտկոցի էներգիայի պահպանման սխեմատիկ դիագրամ

Վանադիումի մարտկոցները եզակի առավելություններ ունեն էներգիայի երկարաժամկետ պահպանման համատեքստում: Վանադիումային մարտկոցների հզորությունը որոշվում է մարտկոցների կույտով, և էներգիայի պահպանման հզորությունը կախված է էլեկտրոլիտից, և երկուսն իրարից անկախ են: Արժեքի առումով վանադիումային մարտկոցները կարող են արդյունավետորեն ամորտիզացնել էներգաբլոկների արժեքը էներգիայի պահպանման ժամանակի հետ մեկտեղ՝ դրանով իսկ նվազեցնելով մեկ Վտ/ժ-ի արժեքը, ինչը մեծապես համապատասխանում է էներգիայի երկարաժամկետ պահպանմանը: Գործնական կիրառություններում, եթե հզորությունը պետք է մեծացվի, մարտկոցների կույտերի քանակը կարող է ավելացվել. եթե հզորությունը պետք է ընդլայնվի, էլեկտրոլիտի կոնցենտրացիան և ծավալը կարող են փոխվել՝ ճկուն կերպով բավարարելու էներգիայի պահպանման տարատեսակ կարիքները՝ ապահովելով շատ խոստումնալից տեխնիկական լուծում էներգիայի պահպանման դաշտի համար:

Ամբողջ հոսքի մարտկոցի էներգիայի պահեստավորում. ելքային հզորությունը և պահեստավորման հզորությունը կարող են ինքնուրույն ձևավորվել

Վանադիումի մարտկոցները նույնպես ունեն գերազանց բնութագրեր անվտանգության և ցիկլի կյանքի առումով:
1) Վանադիումի մարտկոցները օգտագործում են անօրգանական ջրի վրա հիմնված էլեկտրոլիտներ, որոնք չունեն այրման և պայթյունի վտանգ և կարող են կայուն աշխատել նորմալ ջերմաստիճանի և ճնշման ներքո՝ լիովին վերացնելով ջերմային փախուստի վտանգը: Մարտկոցի համակարգը լավ հետևողականություն է ցուցաբերում, և մարտկոցի կառավարման արդյունավետ մեխանիզմի շնորհիվ այն ապահովում է շահագործման բարձր հուսալիություն:
2) Ցիկլի կյանքի առումով օրացուցային կյանքը կարող է հասնել 25 տարի, լիցքավորման և լիցքաթափման ցիկլերի քանակը կարող է հասնել 16,000 անգամ, իսկ էլեկտրոդները չեն մասնակցում ռեակցիային ռեակցիայի գործընթացում, և խորը լիցքավորումն ու լիցքաթափումը չեն ազդում մարտկոցի կյանքի վրա: Հզորությունը կարող է պահպանել զրոյական քայքայման վիճակ: Վանադիումային մարտկոցները կարող են հասնել 100% հզորության պահպանման ամբողջ կյանքի ցիկլի ընթացքում, և արդյունավետության քայքայում չի առաջանում՝ ապահովելով երկարաժամկետ կայուն էներգիայի պահպանման և մատակարարման ամուր երաշխիք:
2024 թվականին Չինաստանում հեղուկ հոսքի մարտկոցների էներգիայի կուտակման հզորությունը առաջին անգամ գերազանցեց ԳՎտ/ժ-ը՝ հասնելով 1.81 ԳՎտժ-ի։ Ըստ GGII-ի, հեղուկ հոսքի մարտկոցները արագորեն ներթափանցում են էներգիայի պահպանման հիբրիդային հավելվածներով: 2024 թվականի հունվարից մինչև նոյեմբեր ընկած ժամանակահատվածում ամբողջությամբ վանադիումային հեղուկ հոսքի մարտկոցների հիբրիդային էներգիայի պահպանման նախագծերը + լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները (LFP) կազմել են Չինաստանի հեղուկ հոսքի մարտկոցների հայտային նախագծերի մոտ 60%-ը: Քանի որ հեղուկ հոսքի մարտկոցների համակարգերի գինը շարունակում է նվազել, ակնկալվում է, որ 2 թվականին այն կնվազի մինչև 2026 ՄԲ/Վտժ:

Ջրածնի էներգիայի պահեստավորում. պահեստավորված ջրածինը կարող է վերածվել էլեկտրաէներգիայի և օգտագործվել տարբեր ոլորտներում, ինչպիսիք են մետալուրգիան և տրանսպորտը

Ջրածնի էներգիան հստակորեն բաժանվում է ըստ տարբեր կատեգորիաների. Նեղ իմաստով ջրածնի էներգիայի կուտակումը պտտվում է «էլեկտրականություն-ջրածին-էլեկտրականություն» փոխակերպման գործընթացի շուրջ: Երբ առկա է էլեկտրաէներգիայի ավելցուկ, հատկապես ոչ պիկ ժամերին, այս էլեկտրաէներգիան կարող է ամբողջությամբ օգտագործվել ջրածնի արտադրության լայնածավալ գործունեություն իրականացնելու համար, հաջողությամբ և հմտորեն էլեկտրաէներգիան վերածել ջրածնի էներգիայի՝ պատշաճ պահեստավորման համար: Ջրածնի էներգիայի այս տեսակը կարող է օգտագործվել որպես պահուստային էներգիա և պահանջարկի դեպքում մատակարարվել ներքևում գտնվող հարակից արդյունաբերություններին. այն կարող է օգտագործվել նաև այն դեպքում, երբ գալիս է էլեկտրաէներգիայի առավելագույն պահանջարկը, և էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը կտրուկ աճում է: Վառելիքի բջիջների հիմնական տեխնոլոգիան կարող է օգտագործվել պահեստավորված ջրածինը արագ վերածելու էլեկտրաէներգիայի և այն ժամանակին ցանց փոխանցելու համար՝ արդյունավետորեն առանցքային դեր խաղալով էլեկտրաէներգիայի մատակարարման և պահանջարկի հավասարակշռությունը կարգավորելու համար:

Ջրածնի էներգիայի պահպանումը լայն իմաստով ընդգծում է «էլեկտրաէներգիա-ջրածին» փոխակերպման միակողմանի բնութագրերը: Պահված ջրածինը լայնորեն օգտագործվում է բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են տրանսպորտը և պողպատը: Օրինակ՝ այն կարող է օգտագործվել ջրածնային վառելիքի բջիջներով մեքենաները սնուցելու համար՝ ճանապարհորդելու և պողպատի արդյունաբերության կանաչ և ցածր ածխածնային փոխակերպմանը օգնելու համար։ կամ մի շարք բարդ քիմիական ռեակցիաների միջոցով ջրածինը կարող է վերածվել արժեքավոր քիմիական ածանցյալների, ինչպիսիք են մեթանոլը և ամոնիակը, այլ ոլորտներում օգտագործելու համար, ինչպիսիք են քիմիական արտադրությունը: Փոխակերպումից և կիրառումից հետո ջրածինը այլևս չի հոսում էլեկտրացանց՝ էներգիայի արտադրության համար:

Ջրածնի էներգիայի պահպանումն ունի հետևյալ նշանակալի առավելությունները.
1) Երկարաժամկետ. Էներգիայի երկարաժամկետ պահպանման հիմնական տարրերն են էներգիայի կրիչների շարժունակությունը և հզորության և հզորության անջատումը: Թեև պոմպային պահեստավորումը և սեղմված օդի էներգիայի պահեստավորումն ունեն էներգակիրների շարժունակություն, դրանց կիրառումը սահմանափակված է աշխարհագրական դիրքով: Ի հակադրություն, ջրածնի էներգիայի կուտակումն ավելի հարմար է 4 ժամից ավելի երկարաժամկետ լիցքավորման և լիցքավորման կարիքների համար և կարող է հասնել էներգիայի սեզոնային փոխանցման: Դրա միջին շարունակական լիցքաթափման ժամանակը կարող է հասնել 500-1000 ժամի։ Ջրածնի էներգիայի կուտակման ինքնալիցքաթափման արագությունը չափազանց ցածր է՝ գրեթե զրոյական, ինչը հնարավորություն է տալիս նրան հարմարվել մեկ տարուց ավելի էներգիայի պահպանման ցիկլերին՝ առանց աշխարհագրական սահմանափակումների:
2) Մեծ հզորություն. հեղուկ ջրածնի մեջ ջրածնի էներգիայի պահպանման էներգիայի խտությունը կարող է հասնել 143 ՄՋ/կգ (մոտ 40 կՎտժ/կգ), ինչը ավելի քան 100 անգամ գերազանցում է էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահեստավորմանը, ինչպիսիք են լիթիումային մարտկոցները. Ջրածնի ջերմային արժեքը կարող է հասնել 120 ՄՋ/կգ-ի, ինչը 3-4 անգամ գերազանցում է ավանդական հանածո էներգիան, ինչպիսիք են ածուխը, բնական գազը և նավթը: Էներգիայի կուտակումը էներգիայի պահպանման սակավաթիվ մեթոդներից է, որը կարող է կուտակել ավելի քան 100 ԳՎտժ էներգիա:

Լիցքաթափման ժամանակի և հզորության արդյունավետության համեմատություն էներգիայի պահպանման տարբեր տեխնոլոգիաների միջև

3) Միջտարածաշրջանային. Ջրածինը կարող է փոխադրվել տարբեր ձևերով՝ ներառյալ գազային, հեղուկ և պինդ ձևերով: Ջրածնի էներգիայի կուտակումը սահմանափակված չէ էլեկտրահաղորդման և բաշխման ցանցով և կարող է հասնել միջտարածաշրջանային գագաթնակետային բեռնվածքի կարգավորման: Այնուամենայնիվ, էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման էլեկտրակայանները սահմանափակված են էլեկտրացանցով և փոխադրման պայմաններով և դժվար է հասնել միջտարածաշրջանային գագաթնակետային բեռնվածքի կարգավորմանը: Հատկապես օֆշորային հողմային էներգիայի զարգացման մեջ, օֆշորային հողմային էներգիայի լայնածավալ զարգացմամբ, օֆշորային էներգիայի փոխանցումն ու սպառումը դարձել է մարտահրավեր: Օֆշորային քամու էներգիայի օգտագործումը ջրածնի արտադրության համար կարող է արդյունավետորեն լուծել լայնածավալ ցանցին միացման և օֆշորային քամու էներգիայի սպառման և խորը ծովային էներգիայի փոխանցման բարձր արժեքի խնդիրները:
Ջրածինը, կարելի է ասել, էներգիայի վերջնական ձևն է: Ջրածինը կարող է արտադրվել ջրի էլեկտրոլիզով, որը գրեթե անսպառ է. այն կարող է արտադրել էլեկտրաէներգիա՝ արձագանքելով թթվածնի հետ, և առաջանում է միայն ջուր, որն իսկապես զրո ածխածնի արտանետում է: Այնուամենայնիվ, ջրածնի պահեստավորման և փոխադրման հետ կապված մարտահրավերները նույնպես լուրջ են: Ջրածնի հատուկ ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները ուղեկցվում են անվտանգության ռիսկերով փոխադրման ընթացքում՝ լինի դա բարձր ճնշման գազի կամ ցածր ջերմաստիճանի հեղուկի մեջ: Բացի այդ, ջրածնի ցածր խտությունը հանգեցնում է դրա ցածր փոխադրման արդյունավետությանը: Նույնիսկ բարձր ճնշման պայմաններում 49 տոննա ծանր բեռնատարը կարող է տեղափոխել միայն մոտ 300 կիլոգրամ ջրածին: Հեղուկ ջրածնի չափազանց ցածր եռման կետը պահանջում է մեզնից ներդնել հսկայական տեխնոլոգիաներ և էներգիայի ծախսեր նրա հեղուկ վիճակը պահպանելու համար:

Ինչ վերաբերում է այն հարցին, թե երբ ջրածնի էներգիայի պահեստավորումը կդառնա հենասյուն արդյունաբերություն, մենք կարծում ենք, որ կան երկու հիմնական փուլ, որոնց վրա արժե ուշադրություն դարձնել.
Առաջին շրջադարձային պահը. Համաշխարհային մասշտաբով քաղաքականություն է սահմանվել ջրածնի էներգիայի պահպանման զարգացմանն աջակցելու համար: 2024 թվականի նոյեմբերին Արդյունաբերության և տեղեկատվական տեխնոլոգիաների նախարարությունը հրապարակավ կարծիքներ էր հայցել «Նոր էներգիայի պահեստների արտադրության արդյունաբերության բարձրորակ զարգացման գործողությունների ծրագրի» վերաբերյալ (Մեկնաբանությունների նախագիծ): Կարծիքները մատնանշում են էներգիայի երկարաժամկետ պահպանման տեխնոլոգիաների զարգացումը, ինչպիսիք են սեղմված օդը, և երկարաժամկետ էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիաների համապատասխան նախնական դասավորությունը, ինչպիսին է ջրածնի էներգիայի պահպանումը: Ակտիվորեն խրախուսեք ջերմային էներգիան ողջամտորեն կարգավորելու նոր էներգիայի պահեստավորումը և ընդլայնելու էներգիայի կիրառման նոր սցենարները, ինչպիսիք են քամու և արևային ջրածնի պահեստավորումը: Ուսումնասիրեք վերականգնվող էներգիայի օգտագործումը ջրածնի արտադրության համար այն տարածքներում, որտեղ նոր էներգիան հարուստ է, իսկ տեղական կլանման հզորությունը՝ ցածր, օրինակ՝ անապատներում, Գոբիներում և անապատներում:
Երկրորդ շրջադարձային պահը. Երբ ծովային հողմային էներգիայի ջրածնի արտադրությունը և պինդ վիճակում ջրածնի պահպանման տեխնոլոգիաները առևտրայնացվեն, ակնկալվում է, որ ջրածնի էներգիան առանցքային դեր կխաղա այնպիսի արդյունաբերական ոլորտներում, ինչպիսիք են պողպատը և ցեմենտը, ինչպես նաև կանաչ մեթանոլը և այլ ապրանքներ: Ակնկալվում է, որ մինչև 2035 թվականը ջրածնի էներգիայի արտադրության հզորությունը կհասնի 5 տրիլիոն յուանի՝ դառնալով էներգետիկ արդյունաբերության կարևոր ուժ։ Արժեքի մասով ջրածնային կայանների կառուցման ընթացիկ արժեքը բարձր է: Ստանդարտ ջրածնային կայանի կառուցման արժեքը կազմում է առնվազն 2 միլիոն ԱՄՆ դոլար՝ մոտ 15 միլիոն յուան, իսկ բարձր ճնշման հիդրոգենացման համակարգի արժեքը հասնում է 20 միլիոն յուանի։ Դրանցից ջրածնային կոմպրեսորներին բաժին է ընկնում ջրածնային կայանների արժեքի 30%-ը։ Ծախսերի կրճատման սահմանափակ տարածքի մարտահրավերին բախվելով՝ հայրենական ջրածնի կոմպրեսորային ընկերությունները շտապ պետք է մեծացնեն տեխնոլոգիական նորարարությունները՝ ծախսարդյունավետության և շուկայական մրցունակության հասնելու համար:

Հիբրիդային էներգիայի պահեստավորում. մի քանի պահեստավորման տեխնոլոգիաների ինտեգրում «1+1>2» էֆեկտի հասնելու համար

  հիբրիդային էներգիայի պահպանման համակարգ խելամտորեն միավորում է էներգիայի պահպանման երկու կամ ավելի տարբեր տեխնոլոգիաներ մեկի մեջ: Այն նպատակ ունի սովորել շատերի ուժեղ կողմերից և լիովին ներկայացնել էներգիայի պահպանման տարբեր տեխնոլոգիաների եզակի առավելությունները՝ դրանով իսկ հասնելով էներգիայի պահպանման ավելի արդյունավետ և ճկուն և նուրբ կառավարման նպատակներին:

Հիբրիդային էներգիայի պահեստավորումը մեծ ուշադրություն է գրավել արդյունաբերության մեջ, քանի որ այն կարող է հասնել «1+1>2» էֆեկտին՝ ուժեղ փոխլրացնող կատարողականության, բազմաթիվ գործառույթների, ռիսկերի ցրման և բարձր համապարփակ արդյունավետության շնորհիվ: 2022 թվականին Ազգային զարգացման և բարեփոխումների հանձնաժողովի և Էներգետիկայի ազգային վարչության կողմից թողարկված «Նոր էներգիայի պահեստավորման զարգացման 14-րդ հնգամյա պլանում» նշվում էր, որ այն կնպաստի էներգիայի կուտակման բազմաթիվ տեխնոլոգիաների համատեղ կիրառմանը համակարգի կարիքների հետ համատեղ և կիրականացնի կոմպոզիտային էներգիայի պահեստավորման փորձնական ցուցադրություն:

Դասակարգման տեսանկյունից հիբրիդային էներգիայի պահեստավորումն ընդգրկում է մարտկոցների և մարտկոցների ինտեգրումը, օրինակ՝ տարբեր քիմիական համակարգերի մարտկոցների համակցությունը, որն օգտագործում է դրանց համապատասխան լիցքավորման և լիցքաթափման բնութագրերի տարբերությունները՝ մշտապես կայուն էներգիայի մատակարարման հասնելու համար. մարտկոցները և գերկոնդենսատորները համակցված են, առաջինը ապահովում է էներգիայի երկարաժամկետ պաշարներ, իսկ երկրորդը հենվում է ծայրահեղ բարձր էներգիայի խտության վրա՝ արագ արձագանքելու ակնթարթային բարձր էներգիայի պահանջարկի սցենարներին՝ էներգիայի բացը լրացնելու համար. երրորդ, մարտկոցներն ու ճանճերը միասին են աշխատում, և ճանճերը էներգիա պահելու համար հենվում են բարձր արագությամբ պտույտի վրա, որը կարող է հեշտությամբ հաղթահարել կարճաժամկետ և բարձր հաճախականության հոսանքի տատանումները՝ լրացնելով մարտկոցները՝ ապահովելով կայուն էներգիայի արտադրություն։ Կա նաև մարտկոցների և ջրածնի պահեստավորման համադրություն, որն օգտագործում է ջրածնի էներգիայի բարձր խտությունը և փոխակերպման ճկուն բնութագրերը՝ էներգիայի պահպանման ժամանակի սահմաններն ընդլայնելու համար:

Ներկայումս իմ երկրում էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման ոլորտում գերակշռում են լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները: Այնուամենայնիվ, լիթիումի երկաթի ֆոսֆատի տեխնոլոգիայի միակ երթուղին բնորոշ թերություններ ունի, և հիբրիդային էներգիայի կուտակումը կարող է արդյունավետորեն լրացնել այն: Երբ էներգիայի պահպանման որոշակի տեխնոլոգիա հանկարծակի խափանում կամ ձախողվում է, այլ օժանդակ տեխնոլոգիաներ կարող են ժամանակին տիրանալ՝ շարունակաբար ապահովելու էներգիայի կուտակումն ու արտազատումը և պահպանել համակարգի կայուն աշխատանքը:

Ներկայումս աստիճանաբար իրականացվել են նախագծերի կիրառումը, որոնք համատեղում են լիթիումային մարտկոցները այլ տեխնիկական ուղիների հետ, և էներգիայի պահպանման մի շարք նոր տեխնոլոգիաներ համագործակցում են միմյանց հետ՝ բավարարելու բազմաթիվ սցենարների կարիքները: Ըստ GGII-ի՝ 2024 թվականի հունվարից մինչև նոյեմբեր ընկած ժամանակահատվածում չինական հոսքային մարտկոցների հայտերի նախագծերի շարքում ամբողջությամբ վանադիումի հոսքի մարտկոցը + լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցի (LFP) հիբրիդային էներգիայի պահպանման նախագծերը կազմել են մոտ 60%: Ըստ CESA-ի՝ 2024 թվականի հունվարից հոկտեմբեր ընկած ժամանակահատվածում իմ երկրում հիբրիդային էներգիայի պահպանման ընդհանուր 10 նախագծերն ունեն նոր տեղադրված հզորություն՝ 1.4 ԳՎտ/4.6 ԳՎտ/ժ ընդհանուր մասշտաբով, որը կազմում է հզորության 7.92%-ը, միջին տևողությունը՝ 3.28 ժամ և ընդհանուր ներդրումը ավելի քան 6.7 մլրդ RMB։

Այլ զարգացող էներգիայի պահեստավորում. շատ նավակներ մրցում են, բոլորն էլ հնարավորություններ ունեն

1) Սեղմված օդի էներգիայի պահեստավորում. սեղմեք օդը և պահեք այն գազի բաքում, այնուհետև օգտագործեք էներգիայի փոխակերպման սարք՝ գազի տանկի օդը վերածելու մեխանիկական էներգիայի կամ էլեկտրական էներգիայի՝ դրանով իսկ իրականացնելով էներգիայի կուտակում և ազատում: Սեղմված օդի էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիան ունի առավելություններ՝ մեծ հզորությամբ, էներգիայի պահպանման երկար ցիկլով, շինարարության կարճ ցիկլով և տեղամասի համեմատաբար ճկուն դասավորությամբ: Պահպանման միջոցը միայն օդ է և պայթյունի վտանգ չկա: Համեմատ պոմպային պահեստի հետ՝ այն սահմանափակված չէ աշխարհագրական պայմաններով: Ակնկալվում է, որ այն կդառնա կարևոր հավելում մեծածավալ էներգիայի պահեստավորման էլեկտրակայանների ոլորտում (>100 ՄՎտ) էներգիայի պահպանման այլ տեխնոլոգիաների հետ համատեղ: Դրա լիցքաթափման ժամանակը կարող է հասնել ավելի քան 4 ժամ:
2) Ճանապարհի էներգիայի պահեստավորում. Էներգիան պահվում է ճանավի բարձր արագությամբ պտտման միջոցով, այնուհետև վերածվում է էլեկտրական էներգիայի կամ ջերմային էներգիայի էներգիայի վերականգնման սարքի միջոցով: Ճանապարհի էներգիայի պահպանումը հիմնականում կենտրոնանում է ցանցի հաճախականության կարգավորման մեջ դրա դերի վրա: Ճանապարհը կարող է ժամանակին հարթեցնել և դանդաղեցնել ցանցի դերը, երբ ցանցը փոխվում է, դառնալով ջերմային էներգիայի հաճախականության կարգավորման այլընտրանք:
3) Գրավիտացիոն էներգիայի կուտակում. գրավիտացիոն պոտենցիալ էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելով՝ ձեռք է բերվում էներգիայի կուտակում և թողարկում: Դրա առավելությունն այն է, որ այն կարիք չունի էլեկտրաէներգիա փոխանցել հեռավոր օգտվողներին բարձր լարման հաղորդման գծերի միջոցով, ունի էներգիայի փոխակերպման բարձր արդյունավետություն և չի առաջացնում շրջակա միջավայրի մեծ աղտոտում: Համակարգի փոխակերպման արդյունավետությունը կազմում է 80%-90%, իսկ ծառայության ժամկետը՝ 25-40 տարի: