Comparação das vantagens e desvantagens de vários sistemas de armazenamento de energia

1, armazenamento de energia mecânica O armazenamento de energia mecânica inclui principalmente armazenamento bombeado, armazenamento de energia de ar comprimido e armazenamento de energia de volante.

(1) Armazenamento bombeado: quando a rede utiliza o excesso de eletricidade como meio de energia líquida, água do reservatório baixo para o reservatório alto, a carga de pico da rede de água do reservatório alto de volta ao reservatório inferior para promover na geração de energia do gerador de turbina, a eficiência é geralmente em torno de 75%, comumente conhecida como em 4 em 3, com capacidade de ajuste diário, para pico de carga e backup.

Deficiências: localização difícil e dependência do terreno; O ciclo de investimento é grande e a perda é alta, incluindo perda de drenagem e armazenamento + perda de linha; Nesta fase, também é restringido pela política de preços da electricidade da China, e mais de 80% do bombeamento e armazenamento da China no ano passado estiveram ao sol.

(2) Armazenamento de energia de ar comprimido (CAES): o armazenamento de energia de ar comprimido consiste em usar a eletricidade restante do sistema de energia quando a carga está baixa, acionada pelo motor para acionar o compressor de ar, o ar é pressionado no grande fechado - caverna subterrânea de capacidade como câmara de armazenamento de gás, quando a geração de energia do sistema é insuficiente, o ar comprimido é misturado com óleo ou gás natural através do trocador de calor e combustão, na turbina a gás para geração de energia. Há mais estudos estrangeiros, a tecnologia está madura e a China começou a se atrasar um pouco, como se o acadêmico Lu Qiang tivesse mais pesquisas nesse aspecto, o que é cogeração de energia a frio e assim por diante.

O armazenamento de ar comprimido também tem uma função de pico, que é adequada para parques eólicos de grande escala, porque o trabalho mecânico gerado pela energia eólica pode acionar diretamente a rotação do compressor, reduzindo a conversão intermediária em eletricidade, melhorando assim a eficiência.

Desvantagens: Uma grande desvantagem é a baixa eficiência. A razão é que a temperatura do ar aumenta quando ele é comprimido e a temperatura diminui quando o ar é liberado e expandido. No processo de ar comprimido, parte da energia é perdida na forma de calor e deve ser reaquecida antes da expansão. O gás natural é normalmente usado como fonte de calor para aquecer o ar, o que resulta em menor eficiência de armazenamento de energia. Outras desvantagens concebíveis são a necessidade de grandes unidades de armazenamento de gás, certas condições geológicas e a dependência da queima de combustíveis fósseis.

(3) Armazenamento de energia do volante: É o uso de um volante giratório de alta velocidade para armazenar energia na forma de energia cinética e, quando a energia é necessária, o volante desacelera e libera a energia armazenada. A tecnologia única de armazenamento de energia do volante é basicamente doméstica (mas a diferença com países estrangeiros é de mais de 10 anos), a dificuldade é desenvolver novos produtos com funções diferentes de acordo com os diferentes usos, então a fonte de alimentação de armazenamento de energia do volante é uma alta- produto tecnológico, mas a inovação original é insuficiente, o que torna mais difícil a obtenção de apoio ao financiamento da investigação científica nacional. A densidade de energia não é alta o suficiente, a taxa de autodescarga é alta, como a interrupção do carregamento, a energia se esgotará dentro de algumas a dezenas de horas. Adequado apenas para alguns segmentos de mercado, como fontes de alimentação ininterruptas de alta qualidade.

2, armazenamento de energia elétrica (1) Armazenamento de energia do supercapacitor: A estrutura de dupla camada elétrica composta por eletrodo poroso de carvão ativado e eletrólito é usada para obter uma grande capacidade elétrica. Ao contrário das baterias, que utilizam reações químicas, o processo de carga e descarga dos supercapacitores é sempre um processo físico. Curto tempo de carregamento, longa vida útil, boas características de temperatura, economia de energia e proteção ambiental verde. Os supercapacitores não têm coisas muito complicadas, ou seja, o carregamento dos capacitores, e o resto é uma questão de materiais, e o rumo atual da pesquisa é se a área é pequena e a capacitância é maior. O desenvolvimento de supercapacitores ainda é muito rápido, e os novos supercapacitores baseados em materiais de grafeno estão muito quentes.

Desvantagens: Em comparação com as baterias, a sua densidade de energia leva a um armazenamento de energia relativamente baixo para o mesmo peso, o que leva diretamente a uma fraca duração da bateria e depende do nascimento de novos materiais, como o grafeno.

(2) Armazenamento de energia supercondutora (SMES): dispositivos feitos de resistência zero de supercondutores para armazenar energia elétrica. O sistema de armazenamento de energia supercondutor inclui principalmente diagrama supercondutor, sistema de baixa temperatura, sistema de regulação de energia e sistema de monitoramento. O desenvolvimento de tecnologia de materiais supercondutores é a principal prioridade da tecnologia de armazenamento de energia supercondutora. Os materiais supercondutores podem ser divididos em materiais supercondutores de baixa temperatura, materiais supercondutores de alta temperatura e materiais supercondutores de temperatura ambiente.

Desvantagens: O alto custo do armazenamento de energia supercondutora (materiais e sistemas de refrigeração criogênica) torna sua aplicação muito limitada. Limitada pela confiabilidade e economia, a aplicação comercial ainda está longe.

3. Armazenamento de energia eletroquímica

(1) Bateria de chumbo-ácido: É uma bateria cujo eletrodo é composto principalmente de chumbo e seu óxido, e cujo eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico. Atualmente, é amplamente utilizado no mundo, o ciclo de vida pode chegar a cerca de 1000 vezes, a eficiência pode chegar a 80% -90%, o desempenho de custo é alto e é frequentemente usado na fonte de alimentação de acidentes ou na fonte de alimentação de backup do sistema de energia.

Desvantagens: Se a descarga profunda e rápida de alta potência, a capacidade disponível diminuirá. É caracterizado por baixa densidade de energia e curta vida útil. As baterias de chumbo-ácido aumentaram muito o seu ciclo de vida este ano, adicionando materiais de carbono superativos à placa negativa das baterias de aluminato.

(2) Bateria de íon de lítio: é uma classe de metal de lítio ou liga de lítio como material de eletrodo negativo, o uso de solução eletrolítica não aquosa da bateria. Usado principalmente em dispositivos móveis portáteis, sua eficiência pode chegar a mais de 95%, o tempo de descarga pode ser de algumas horas, o número de ciclos pode ser de até 5.000 vezes ou mais, a resposta é rápida, é a bateria prática em o panorama energético, o mais utilizado atualmente. Nos últimos anos, a tecnologia também tem sido continuamente atualizada e os materiais dos eletrodos positivos e negativos têm uma variedade de aplicações.

As principais baterias de lítio de energia no mercado são divididas em três categorias: baterias de lítio-cobalto-ácido, baterias de lítio-manganês e baterias de fosfato de ferro-lítio . O primeiro tem alta densidade energética, mas a segurança é um pouco pior, o segundo, ao contrário, veículos elétricos domésticos como a BYD, a maioria dos quais atualmente utiliza baterias de fosfato de ferro-lítio. Mas parece que os estrangeiros estão jogando baterias ternárias de lítio e baterias de fosfato de ferro-lítio?

As baterias de lítio-enxofre também são muito quentes, com enxofre como eletrodo positivo e lítio metálico como eletrodo negativo, e a densidade de energia específica teórica pode chegar a 2.600wh/kg, e a densidade de energia real pode chegar a 450wh/kg. Porém, como melhorar significativamente a vida útil do ciclo de carga e descarga da bateria, o uso da segurança também é um grande problema.

Desvantagens: Existem preços altos (4 yuan /wh), sobrecarga leva a aquecimento, queima e outros problemas de segurança, precisa ser cobrada proteção.

(3) Bateria de enxofre de sódio: É uma bateria secundária com sódio metálico como eletrodo negativo, enxofre como eletrodo positivo e tubo de cerâmica como diafragma eletrolítico. O ciclo pode chegar a 4.500 vezes, o tempo de descarga é de 6 a 7 horas, a eficiência do ciclo é de 75%, a densidade de energia é alta e o tempo de resposta é rápido. Atualmente, mais de 200 dessas usinas de armazenamento de energia foram construídas no Japão, Alemanha, França, Estados Unidos e outros lugares, que são usadas principalmente para nivelamento de carga, mudança de pico e melhoria da qualidade da energia.

Desvantagens: Devido ao uso de sódio líquido, funcionando em altas temperaturas, é fácil de queimar. E se a rede ficar sem energia, é necessário um gerador a diesel para ajudar a manter a alta temperatura ou para ajudar a atender às condições de resfriamento da bateria.

(4) Bateria de fluxo: uma bateria de alto desempenho que usa eletrólitos positivos e negativos para separar e circular, respectivamente. A potência e a energia da bateria não estão correlacionadas, e a energia armazenada depende do tamanho do tanque de armazenamento, podendo armazenar energia por algumas horas a alguns dias, com capacidade de até Mw. Esta bateria possui vários sistemas, como sistema de ferro-cromo, sistema de bromo de zinco, sistema de polissulfeto de sódio e todo sistema de vanádio, dos quais a bateria de vanádio é a mais popular.

Desvantagens: a capacidade da bateria é muito grande; A bateria tem altos requisitos de temperatura ambiente. Preços elevados (este pode ser um fenómeno de curto prazo); O sistema é complexo (é uma bomba e um gasoduto, que não é tão simples quanto uma bateria sem fluxo como o lítio). O armazenamento de energia da bateria tem mais ou menos problemas ambientais.



4, armazenamento de energia térmica: No sistema de armazenamento de energia térmica, a energia térmica é armazenada no meio do recipiente isolado, que pode ser convertida novamente em energia elétrica quando necessário, e também pode ser usada diretamente e não mais convertida novamente em energia elétrica energia. O armazenamento de energia térmica pode ser dividido em armazenamento de calor sensível e armazenamento de calor latente. O calor armazenado no armazenamento de energia térmica pode ser grande, podendo ser utilizado na geração de energia renovável.

Desvantagens: O armazenamento de energia térmica requer uma variedade de meios de trabalho térmico químico de alta temperatura e as ocasiões de aplicação são relativamente limitadas.

5, armazenamento de energia química Armazenamento de energia química: o uso de hidrogênio ou gás natural sintético como portador de energia secundária, o uso de excesso de eletricidade para produzir hidrogênio, você pode usar diretamente o hidrogênio como portador de energia, você também pode reagir com o dióxido de carbono em gás natural sintético (metano), hidrogênio ou gás natural sintético além da geração de energia, existem outras formas de utilização como transporte. A Alemanha está empenhada em promover a tecnologia e tem projetos de demonstração em operação.

Desvantagens: A eficiência do ciclo completo é baixa, a eficiência da produção de hidrogênio é de apenas 40% e a eficiência do gás natural sintético é inferior a 35%.