So sánh ưu điểm và nhược điểm của các hệ thống lưu trữ năng lượng

khác nhau 1, lưu trữ năng lượng cơ học Lưu trữ năng lượng cơ học chủ yếu bao gồm lưu trữ bằng bơm, lưu trữ năng lượng khí nén và lưu trữ năng lượng bánh đà.

(1) Bơm tích năng: khi lưới điện thông qua việc sử dụng lượng điện dư thừa dưới dạng nước truyền năng lượng lỏng từ hồ chứa vùng thấp đến hồ chứa vùng cao, phụ tải đỉnh lưới của nước hồ chứa vùng cao sẽ quay trở lại hồ chứa phía dưới để thúc đẩy máy phát điện tua bin phát điện, hiệu suất nhìn chung đạt khoảng 75%, thường được gọi là 4 trên 3, có công suất điều chỉnh hàng ngày, cho phụ tải cao điểm và dự phòng.

Nhược điểm: vị trí khó khăn, phụ thuộc vào địa hình; Chu kỳ đầu tư lớn và tổn thất cao, bao gồm tổn thất thoát nước và lưu trữ + tổn thất đường dây; Ở giai đoạn này, nó cũng bị hạn chế bởi chính sách giá điện của Trung Quốc, và hơn 80% công suất bơm và lưu trữ của Trung Quốc vào năm ngoái đều nằm trong ánh nắng mặt trời.

(2) Lưu trữ năng lượng khí nén (CAES): Lưu trữ năng lượng khí nén là sử dụng phần điện năng còn lại của hệ thống điện khi phụ tải thấp, được dẫn động bằng động cơ dẫn động máy nén khí, không khí được ép vào thùng lớn khép kín. Công suất hang ngầm làm buồng chứa khí, khi hệ thống phát điện không đủ, khí nén được trộn với dầu hoặc khí tự nhiên thông qua bộ trao đổi nhiệt và đốt cháy, vào tuabin khí để phát điện. Có nhiều nghiên cứu ở nước ngoài hơn, công nghệ đã trưởng thành và Trung Quốc bắt đầu hơi muộn, như thể viện sĩ Lu Qiang có nhiều nghiên cứu hơn về khía cạnh này, đồng phát năng lượng lạnh là gì, v.v.

Kho lưu trữ khí nén còn có chức năng tạo đỉnh, phù hợp với các trang trại gió quy mô lớn, vì công cơ học do năng lượng gió tạo ra có thể trực tiếp khiến máy nén quay, giảm quá trình chuyển đổi trung gian thành điện, từ đó nâng cao hiệu suất.

Nhược điểm: Một nhược điểm lớn là hiệu quả thấp. Nguyên nhân là nhiệt độ của không khí tăng lên khi bị nén và nhiệt độ giảm khi không khí thoát ra và giãn nở. Trong quá trình nén khí, một phần năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt và phải được hâm nóng lại trước khi giãn nở. Khí tự nhiên thường được sử dụng làm nguồn nhiệt để làm nóng không khí, dẫn đến hiệu quả lưu trữ năng lượng thấp hơn. Những bất lợi khác có thể hình dung được là nhu cầu về các kho chứa khí đốt lớn, các điều kiện địa chất nhất định và sự phụ thuộc vào việc đốt nhiên liệu hóa thạch.

(3) Tích trữ năng lượng bánh đà: Là việc sử dụng bánh đà quay tốc độ cao để tích trữ năng lượng dưới dạng động năng, khi cần năng lượng thì bánh đà quay chậm lại và giải phóng năng lượng tích trữ. Công nghệ lưu trữ năng lượng bánh đà duy nhất về cơ bản là trong nước (nhưng khoảng cách với nước ngoài là hơn 10 năm), khó khăn là phát triển các sản phẩm mới với các chức năng khác nhau tùy theo mục đích sử dụng khác nhau nên việc cung cấp năng lượng lưu trữ năng lượng bánh đà là cao- sản phẩm công nghệ nhưng sự đổi mới ban đầu chưa đủ, khiến việc nhận được hỗ trợ tài trợ nghiên cứu khoa học quốc gia trở nên khó khăn hơn. Mật độ năng lượng không đủ cao, tốc độ tự xả cao, chẳng hạn như ngừng sạc, năng lượng sẽ cạn kiệt trong vòng vài đến hàng chục giờ. Chỉ phù hợp với một số phân khúc thị trường, chẳng hạn như nguồn cung cấp điện liên tục chất lượng cao.

2, lưu trữ năng lượng điện (1) Lưu trữ năng lượng siêu tụ điện: Cấu trúc lớp điện kép bao gồm điện cực xốp than hoạt tính và chất điện phân được sử dụng để thu được công suất điện lớn. Không giống như pin sử dụng phản ứng hóa học, quá trình sạc và xả của siêu tụ điện luôn là một quá trình vật lý. Thời gian sạc ngắn, tuổi thọ dài, đặc tính nhiệt độ tốt, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường xanh. Siêu tụ điện không có những thứ quá phức tạp, đó là sạc tụ điện, phần còn lại là vấn đề vật liệu, hướng nghiên cứu hiện nay là diện tích nhỏ và điện dung lớn hơn. Sự phát triển của siêu tụ điện vẫn còn rất nhanh và siêu tụ điện mới dựa trên vật liệu graphene đang rất nóng.

Nhược điểm: So với pin, mật độ năng lượng của chúng dẫn đến khả năng lưu trữ năng lượng tương đối thấp trên cùng một trọng lượng, điều này trực tiếp dẫn đến tuổi thọ pin kém và phụ thuộc vào sự ra đời của các vật liệu mới, chẳng hạn như graphene.

(2) Lưu trữ năng lượng siêu dẫn (SMES): thiết bị được chế tạo bằng chất siêu dẫn có điện trở bằng 0 để lưu trữ năng lượng điện. Hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn chủ yếu bao gồm sơ đồ siêu dẫn, hệ thống nhiệt độ thấp, hệ thống điều chỉnh công suất và hệ thống giám sát. Phát triển công nghệ vật liệu siêu dẫn là ưu tiên hàng đầu của công nghệ lưu trữ năng lượng siêu dẫn, vật liệu siêu dẫn có thể được chia đại khái thành vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao và vật liệu siêu dẫn nhiệt độ phòng.

Nhược điểm: Chi phí cao của việc lưu trữ năng lượng siêu dẫn (vật liệu và hệ thống làm lạnh đông lạnh) khiến ứng dụng của nó rất hạn chế. Bị giới hạn bởi độ tin cậy và tính kinh tế, ứng dụng thương mại vẫn còn rất xa.

3. Tích trữ năng lượng điện hóa

(1) Pin axit chì: Đây là loại pin có điện cực chủ yếu được làm từ chì và oxit của nó, chất điện phân là dung dịch axit sulfuric. Hiện nay, nó được sử dụng rộng rãi trên thế giới, vòng đời có thể đạt khoảng 1000 lần, hiệu suất có thể đạt 80% -90%, hiệu suất chi phí cao và thường được sử dụng trong nguồn điện tai nạn hoặc nguồn điện dự phòng của hệ thống điện.

Nhược điểm: Nếu xả sâu, công suất cao nhanh thì dung lượng khả dụng sẽ giảm. Nó được đặc trưng bởi mật độ năng lượng thấp và tuổi thọ ngắn. Pin axit chì đã tăng tuổi thọ lên rất nhiều trong năm nay bằng cách thêm vật liệu carbon siêu hoạt tính vào tấm âm của pin aluminate.

(2) Pin lithium-ion: là loại kim loại lithium hoặc hợp kim lithium làm vật liệu điện cực âm, sử dụng dung dịch điện phân không chứa nước của pin. Chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị di động cầm tay, hiệu suất của nó có thể đạt hơn 95%, thời gian xả có thể lên tới vài giờ, số chu kỳ có thể lên tới 5000 lần trở lên, phản hồi nhanh, là loại pin thực tế trong cảnh quan năng lượng, được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Trong những năm gần đây, công nghệ cũng không ngừng được nâng cấp, vật liệu điện cực dương và âm có nhiều ứng dụng đa dạng.

Pin lithium năng lượng phổ biến trên thị trường được chia thành ba loại: pin axit lithium coban, pin axit lithium mangan và pin lithium iron phosphate . Loại trước có mật độ năng lượng cao nhưng độ an toàn kém hơn một chút, loại sau thì ngược lại, các loại xe điện trong nước như BYD, hầu hết hiện sử dụng pin lithium iron phosphate. Nhưng có vẻ như người nước ngoài đang chơi pin lithium bậc ba và pin lithium iron phosphate?

Pin lithium-lưu huỳnh cũng rất nóng, với lưu huỳnh là điện cực dương và kim loại lithium là điện cực âm, mật độ năng lượng riêng theo lý thuyết có thể đạt tới 2600wh/kg, và mật độ năng lượng thực tế có thể đạt tới 450wh/kg. Tuy nhiên, làm thế nào để cải thiện đáng kể tuổi thọ của chu kỳ sạc và xả pin thì việc sử dụng an toàn cũng là một vấn đề lớn.

Nhược điểm: Giá cao (4 nhân dân tệ / wh), sạc quá mức dẫn đến nóng, cháy và các vấn đề an toàn khác, cần phải tính phí bảo vệ.

(3) Pin natri lưu huỳnh: Là loại pin thứ cấp có natri kim loại làm điện cực âm, lưu huỳnh làm điện cực dương và ống gốm làm màng điện phân. Chu kỳ có thể đạt 4500 lần, thời gian xả là 6-7 giờ, hiệu suất chu kỳ là 75%, mật độ năng lượng cao và thời gian đáp ứng nhanh. Hiện tại, hơn 200 nhà máy lưu trữ năng lượng như vậy đã được xây dựng ở Nhật Bản, Đức, Pháp, Hoa Kỳ và những nơi khác, chủ yếu được sử dụng để cân bằng phụ tải, dịch chuyển đỉnh và cải thiện chất lượng điện năng.

Nhược điểm: Do sử dụng natri lỏng, chạy ở nhiệt độ cao, dễ cháy. Và nếu lưới điện bị mất điện thì cần một máy phát điện diesel để giúp duy trì nhiệt độ cao, hoặc giúp đáp ứng các điều kiện làm mát pin.

(4) Pin dòng: là loại pin hiệu suất cao sử dụng chất điện ly dương và âm để phân tách và tuần hoàn tương ứng. Công suất và năng lượng của ắc quy không tương quan với nhau, năng lượng dự trữ phụ thuộc vào kích thước của bình chứa nên có thể lưu trữ năng lượng từ vài giờ đến vài ngày, với công suất lên tới Mw. Pin này có một số hệ thống, chẳng hạn như hệ thống crom sắt, hệ thống kẽm brom, hệ thống natri polysulfide brom và tất cả hệ thống vanadi, trong đó pin vanadi là phổ biến nhất.

Nhược điểm: dung lượng pin quá lớn; Pin có yêu cầu cao về nhiệt độ môi trường. Giá cao (đây có thể là hiện tượng ngắn hạn); Hệ thống này rất phức tạp (nó là một máy bơm và một đường ống, không đơn giản như một loại pin không chảy như lithium) việc lưu trữ năng lượng bằng pin ít nhiều có vấn đề về môi trường.



4, Lưu trữ năng lượng nhiệt: Trong hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt, năng lượng nhiệt được lưu trữ trong môi trường thùng cách nhiệt, có thể chuyển đổi thành năng lượng điện khi cần thiết, đồng thời cũng có thể được sử dụng trực tiếp và không còn chuyển đổi trở lại thành điện năng năng lượng. Lưu trữ năng lượng nhiệt có thể được chia thành lưu trữ nhiệt hợp lý và lưu trữ nhiệt tiềm ẩn. Nhiệt lượng lưu trữ trong kho năng lượng nhiệt có thể lớn nên có thể sử dụng để sản xuất năng lượng tái tạo.

Nhược điểm: Việc lưu trữ năng lượng nhiệt đòi hỏi nhiều loại môi trường làm việc nhiệt hóa học ở nhiệt độ cao và số lần ứng dụng tương đối hạn chế.

5, lưu trữ năng lượng hóa học Lưu trữ năng lượng hóa học: sử dụng hydro hoặc khí tự nhiên tổng hợp làm chất mang năng lượng thứ cấp, sử dụng điện dư thừa để sản xuất hydro, bạn có thể trực tiếp sử dụng hydro làm chất mang năng lượng, bạn cũng có thể phản ứng với carbon dioxide thành khí tự nhiên tổng hợp (metan), hydro hoặc khí tự nhiên tổng hợp ngoài việc sản xuất điện còn có những cách sử dụng khác như vận chuyển. Đức mong muốn thúc đẩy công nghệ này và đang triển khai các dự án trình diễn.

Nhược điểm: Hiệu suất toàn bộ chu trình thấp, hiệu suất sản xuất hydro chỉ 40% và hiệu suất khí tự nhiên tổng hợp dưới 35%.