Каковы направления развития и перспективы технологии накопления энергии? -Литий-ионный аккумулятор
Развитие технологий накопления энергии является залогом обеспечения широкомасштабного развития чистой энергетики и безопасной и экономичной эксплуатации электросети. Технология аккумулирования энергии может добавить к энергосистеме линии накопления электроэнергии, сделав «жесткую» энергосистему с балансом мощности в режиме реального времени более «гибкой». В частности, это может подавить волатильность, вызванную подключением к электросети крупномасштабной генерации чистой энергии, и улучшить работу электросети. Безопасность, экономичность и гибкость. Технология накопления энергии, как правило, делится на накопитель тепловой энергии и накопитель электрической энергии. В будущем накопители электрической энергии будут в основном использоваться в глобальной энергетической сети Интернет. (Оборудование с литий-ионными батареями)
Технология хранения электрической энергии в основном делится на три категории: физическое хранение энергии, электрохимическое хранение энергии и хранение электромагнитной энергии.
Хранение физической энергии
Гидроаккумулирование в настоящее время является наиболее зрелой технологией хранения энергии с низкими затратами на хранение энергии и применяется в больших масштабах. В настоящее время суммарная установленная мощность гидроаккумулирующих установок в мире превышает 100 миллионов киловатт, при этом Япония, США и Китай входят в тройку лидеров по установленной мощности. Мир богат гидроэнергетическими ресурсами. Рационально используя рельеф местности, можно построить гидроаккумулирующие сооружения большей емкости, чтобы лучше обеспечить надежность электроснабжения.
Накопители энергии сжатого воздуха используют оставшуюся электроэнергию в периоды низких спадов в энергосистеме для привода воздушного компрессора и нагнетания воздуха в камеру хранения воздуха большой емкости, которая преобразует электрическую энергию в потенциальную энергию сжатого воздуха, пригодную для хранения. Когда мощность системы по выработке электроэнергии недостаточна, сжатый воздух смешивается с нефтью или природным газом и сжигается для привода газовой турбины для выработки энергии для удовлетворения потребностей системы в регулировании пиковой нагрузки. Накопители энергии на сжатом воздухе обладают такими преимуществами, как большая емкость, длительный срок службы и хорошая экономичность, но при производстве электроэнергии они потребляют ископаемую энергию, что приводит к загрязнению окружающей среды и выбросам углерода.
Электрохимический накопитель энергии
Электрохимическое хранение энергии в настоящее время является самой передовой технологией хранения энергии. В последние годы технологии электрохимического хранения энергии, такие как натрий-серные аккумуляторы, проточные батареи и литий-ионные аккумуляторы, быстро развиваются, обладая огромным потенциалом развития и широкими перспективами применения. Ожидается, что они первыми выйдут на стадию коммерческой разработки. В будущем необходимо достичь технологических прорывов в материалах аккумуляторов, производственных процессах, системной интеграции, эксплуатации и обслуживании и т. д., чтобы снизить производственные и эксплуатационные расходы.
Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют более чем 140-летнюю историю. Они отработаны в технологическом плане, недороги и очень безопасны. Они являются наиболее зрелой технологией хранения энергии в аккумуляторных батареях. В настоящее время они составляют более половины рынка аккумуляторов и в основном используются в электрических велосипедах. Однако свинцово-кислотные аккумуляторы имеют низкую плотность энергии, большую массу и токсичные материалы, что делает их непригодными для хранения энергии в сети.
Натрий-серные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии, облегчают модульное изготовление, транспортировку и монтаж, подходят для аварийного питания специальных нагрузок.
Проточные батареи имеют большую емкость, пригодный для вторичной переработки электролит, длительный срок службы и могут быть спроектированы отдельно по емкости и мощности.
Литий-ионные батареи — это аккумуляторы, в которых в качестве положительного электрода используются соединения, содержащие ионы лития, а в качестве отрицательного — углеродные материалы. Литий-ионные аккумуляторы обладают отличными показателями цикла, длительным сроком службы, не содержат токсичных и вредных веществ. Их называют зелеными батареями. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы широко используются в мобильных телефонах, ноутбуках, электромобилях и других областях. Однако стоимость одного цикла зарядки и разрядки превышает 1 юань/кВтч, и применять ее в энергосистемах и крупномасштабных накопителях энергии нерентабельно.
Металл-воздушная батарея — это новый тип топливного элемента, который использует металлическое топливо для замены водородной энергии в традиционных топливных элементах. Он обладает такими характеристиками, как нетоксичный, экологически чистый, стабильное напряжение разряда, высокая плотность энергии, низкое внутреннее сопротивление, длительный срок службы и относительно низкая цена. Он имеет много преимуществ, таких как низкая стоимость и низкие требования к технологическим процессам. Металл-воздушные батареи имеют дешевое и доступное сырье, которое может быть переработано и, как ожидается, станет новым поколением экологически чистых аккумуляторных батарей.
Аккумулирование электромагнитной энергии
Суперконденсаторы — это электрохимические компоненты, разработанные в 1970-х и 1980-х годах, которые накапливают энергию через поляризованные электролиты. В процессе накопления энергии не происходит никакой химической реакции. Поскольку процесс накопления энергии является обратимым, суперконденсаторы могут многократно заряжаться и разряжаться сотни тысяч раз. Суперконденсаторы обладают высокой удельной мощностью, коротким временем заряда и разряда, длительным сроком службы и широким диапазоном рабочих температур, но имеют низкую емкость хранения энергии и не подходят для крупномасштабного хранения энергии в электросетях.
Сверхпроводящий электромагнитный накопитель энергии — это накопитель энергии, созданный с использованием характеристик нулевого сопротивления сверхпроводников. Он обладает такими преимуществами, как большая мгновенная мощность, легкий вес, небольшой размер, отсутствие потерь и быстрый отклик. Его можно использовать для повышения стабильности работы энергосистемы и улучшения качества электроснабжения. . Однако сверхпроводящий электромагнитный накопитель энергии имеет низкую плотность энергии, ограниченную емкость и подчиняется технологии сверхпроводящих материалов, поэтому дальнейшие перспективы пока неясны.
Направление развития и перспективы
Крупномасштабные накопители энергии могут быть использованы для снижения пиков и заполнения долин в глобальной энергетической сети Интернет. Крупномасштабные долгосрочные хранилища энергии, такие как гидроаккумулирующие электростанции и накопители энергии сжатого воздуха, могут использоваться для снижения пиковых нагрузок в крупных электросетях. Проточные батареи обладают большим запасом энергии, большим количеством циклов и длительным сроком службы и могут использоваться в качестве дополнения к пиковым накопителям энергии в электросети. Накопители водородной энергии могут использоваться для хранения избыточной энергии ветра и солнца для питания транспортных средств на топливных элементах.
Крупномасштабное хранение энергии может быть использовано для сглаживания волатильности крупномасштабной чистой энергии. Оборудование для хранения энергии, такое как суперконденсаторы, сверхпроводящие электромагнитные накопители энергии, накопители энергии маховика и натрий-серные батареи, в основном работают в сочетании с крупномасштабными возобновляемыми источниками энергии. Они могут быстро реагировать на выход энергии ветра и фотоэлектрической энергии и сглаживать колебания возобновляемой энергии. , обеспечивая безопасность работы электросети в режиме реального времени.
Небольшие аккумуляторные батареи могут использоваться в электромобилях. Оборудование для хранения энергии, такое как литиевые батареи, новые свинцово-кислотные батареи и металл-воздушные батареи, имеет высокую плотность энергии и мощности, но батареи имеют плохую идентичность и их трудно сформировать в аккумуляторные блоки большой емкости. Они не подходят для крупных электростанций и в основном используются в электромобилях. С увеличением срока службы батарей и снижением стоимости аккумуляторные батареи могут удовлетворить потребности масштабного развития электромобилей. В будущем аккумуляторные батареи электромобилей будут подключены к глобальному энергетическому интернету и, разумно организуя время зарядки, помогут регулировать пиковую нагрузку электросети и достигать зарядки в долине и пикового разряда.
Ключ к прогрессу в технологии хранения энергии лежит в прорывах в технологии материалов. Ожидается, что благодаря постоянным инновациям и разработке новых материалов для хранения энергии будут сделаны важные прорывы в продлении срока службы компонентов накопителей энергии, увеличении плотности энергии, сокращении времени зарядки и снижении затрат.
Технология хранения электрической энергии в основном делится на три категории: физическое хранение энергии, электрохимическое хранение энергии и хранение электромагнитной энергии.
Хранение физической энергии
Гидроаккумулирование в настоящее время является наиболее зрелой технологией хранения энергии с низкими затратами на хранение энергии и применяется в больших масштабах. В настоящее время суммарная установленная мощность гидроаккумулирующих установок в мире превышает 100 миллионов киловатт, при этом Япония, США и Китай входят в тройку лидеров по установленной мощности. Мир богат гидроэнергетическими ресурсами. Рационально используя рельеф местности, можно построить гидроаккумулирующие сооружения большей емкости, чтобы лучше обеспечить надежность электроснабжения.
Накопители энергии сжатого воздуха используют оставшуюся электроэнергию в периоды низких спадов в энергосистеме для привода воздушного компрессора и нагнетания воздуха в камеру хранения воздуха большой емкости, которая преобразует электрическую энергию в потенциальную энергию сжатого воздуха, пригодную для хранения. Когда мощность системы по выработке электроэнергии недостаточна, сжатый воздух смешивается с нефтью или природным газом и сжигается для привода газовой турбины для выработки энергии для удовлетворения потребностей системы в регулировании пиковой нагрузки. Накопители энергии на сжатом воздухе обладают такими преимуществами, как большая емкость, длительный срок службы и хорошая экономичность, но при производстве электроэнергии они потребляют ископаемую энергию, что приводит к загрязнению окружающей среды и выбросам углерода.
Электрохимический накопитель энергии
Электрохимическое хранение энергии в настоящее время является самой передовой технологией хранения энергии. В последние годы технологии электрохимического хранения энергии, такие как натрий-серные аккумуляторы, проточные батареи и литий-ионные аккумуляторы, быстро развиваются, обладая огромным потенциалом развития и широкими перспективами применения. Ожидается, что они первыми выйдут на стадию коммерческой разработки. В будущем необходимо достичь технологических прорывов в материалах аккумуляторов, производственных процессах, системной интеграции, эксплуатации и обслуживании и т. д., чтобы снизить производственные и эксплуатационные расходы.
Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют более чем 140-летнюю историю. Они отработаны в технологическом плане, недороги и очень безопасны. Они являются наиболее зрелой технологией хранения энергии в аккумуляторных батареях. В настоящее время они составляют более половины рынка аккумуляторов и в основном используются в электрических велосипедах. Однако свинцово-кислотные аккумуляторы имеют низкую плотность энергии, большую массу и токсичные материалы, что делает их непригодными для хранения энергии в сети.
Натрий-серные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии, облегчают модульное изготовление, транспортировку и монтаж, подходят для аварийного питания специальных нагрузок.
Проточные батареи имеют большую емкость, пригодный для вторичной переработки электролит, длительный срок службы и могут быть спроектированы отдельно по емкости и мощности.
Литий-ионные батареи — это аккумуляторы, в которых в качестве положительного электрода используются соединения, содержащие ионы лития, а в качестве отрицательного — углеродные материалы. Литий-ионные аккумуляторы обладают отличными показателями цикла, длительным сроком службы, не содержат токсичных и вредных веществ. Их называют зелеными батареями. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы широко используются в мобильных телефонах, ноутбуках, электромобилях и других областях. Однако стоимость одного цикла зарядки и разрядки превышает 1 юань/кВтч, и применять ее в энергосистемах и крупномасштабных накопителях энергии нерентабельно.
Металл-воздушная батарея — это новый тип топливного элемента, который использует металлическое топливо для замены водородной энергии в традиционных топливных элементах. Он обладает такими характеристиками, как нетоксичный, экологически чистый, стабильное напряжение разряда, высокая плотность энергии, низкое внутреннее сопротивление, длительный срок службы и относительно низкая цена. Он имеет много преимуществ, таких как низкая стоимость и низкие требования к технологическим процессам. Металл-воздушные батареи имеют дешевое и доступное сырье, которое может быть переработано и, как ожидается, станет новым поколением экологически чистых аккумуляторных батарей.
Аккумулирование электромагнитной энергии
Суперконденсаторы — это электрохимические компоненты, разработанные в 1970-х и 1980-х годах, которые накапливают энергию через поляризованные электролиты. В процессе накопления энергии не происходит никакой химической реакции. Поскольку процесс накопления энергии является обратимым, суперконденсаторы могут многократно заряжаться и разряжаться сотни тысяч раз. Суперконденсаторы обладают высокой удельной мощностью, коротким временем заряда и разряда, длительным сроком службы и широким диапазоном рабочих температур, но имеют низкую емкость хранения энергии и не подходят для крупномасштабного хранения энергии в электросетях.
Сверхпроводящий электромагнитный накопитель энергии — это накопитель энергии, созданный с использованием характеристик нулевого сопротивления сверхпроводников. Он обладает такими преимуществами, как большая мгновенная мощность, легкий вес, небольшой размер, отсутствие потерь и быстрый отклик. Его можно использовать для повышения стабильности работы энергосистемы и улучшения качества электроснабжения. . Однако сверхпроводящий электромагнитный накопитель энергии имеет низкую плотность энергии, ограниченную емкость и подчиняется технологии сверхпроводящих материалов, поэтому дальнейшие перспективы пока неясны.
Направление развития и перспективы
Крупномасштабные накопители энергии могут быть использованы для снижения пиков и заполнения долин в глобальной энергетической сети Интернет. Крупномасштабные долгосрочные хранилища энергии, такие как гидроаккумулирующие электростанции и накопители энергии сжатого воздуха, могут использоваться для снижения пиковых нагрузок в крупных электросетях. Проточные батареи обладают большим запасом энергии, большим количеством циклов и длительным сроком службы и могут использоваться в качестве дополнения к пиковым накопителям энергии в электросети. Накопители водородной энергии могут использоваться для хранения избыточной энергии ветра и солнца для питания транспортных средств на топливных элементах.
Крупномасштабное хранение энергии может быть использовано для сглаживания волатильности крупномасштабной чистой энергии. Оборудование для хранения энергии, такое как суперконденсаторы, сверхпроводящие электромагнитные накопители энергии, накопители энергии маховика и натрий-серные батареи, в основном работают в сочетании с крупномасштабными возобновляемыми источниками энергии. Они могут быстро реагировать на выход энергии ветра и фотоэлектрической энергии и сглаживать колебания возобновляемой энергии. , обеспечивая безопасность работы электросети в режиме реального времени.
Небольшие аккумуляторные батареи могут использоваться в электромобилях. Оборудование для хранения энергии, такое как литиевые батареи, новые свинцово-кислотные батареи и металл-воздушные батареи, имеет высокую плотность энергии и мощности, но батареи имеют плохую идентичность и их трудно сформировать в аккумуляторные блоки большой емкости. Они не подходят для крупных электростанций и в основном используются в электромобилях. С увеличением срока службы батарей и снижением стоимости аккумуляторные батареи могут удовлетворить потребности масштабного развития электромобилей. В будущем аккумуляторные батареи электромобилей будут подключены к глобальному энергетическому интернету и, разумно организуя время зарядки, помогут регулировать пиковую нагрузку электросети и достигать зарядки в долине и пикового разряда.
Ключ к прогрессу в технологии хранения энергии лежит в прорывах в технологии материалов. Ожидается, что благодаря постоянным инновациям и разработке новых материалов для хранения энергии будут сделаны важные прорывы в продлении срока службы компонентов накопителей энергии, увеличении плотности энергии, сокращении времени зарядки и снижении затрат.
.png?imageView2/1/w/400/h/300)
