Что именно представляет собой новая технология хранения энергии? Как её разработать?
При низком энергопотреблении используйте электрическую энергию для сжатия воздуха в соляной пещере;
Когда потребление электроэнергии достигает пика, воздух выпускается для привода воздушной турбины, которая вырабатывает электроэнергию.
В рамках проекта по хранению энергии сжатого воздуха в соляной пещере в Цзиньтане, провинция Цзянсу, тысячеметровая подземная соляная пещера превращается в крупномасштабный «энергетический банк». Один цикл хранения энергии позволяет накопить 300 000 кВт·ч электроэнергии, что эквивалентно ежедневному потреблению электроэнергии 60 000 жителей.
Этот накопитель энергии на основе сжатого воздуха относится к новому семейству накопителей энергии. Недавно в моей стране был принят «14-й пятилетний план реализации развития новых систем хранения энергии», в котором предлагается, чтобы к 2025 году новые системы хранения энергии перешли из начальной стадии коммерциализации в стадию крупномасштабного развития и соответствовали условиям для их широкомасштабного коммерческого применения.
Итак, что же такое новые системы хранения энергии? Как их развивать в период «14-й пятилетки»?
В общем, под новыми технологиями хранения энергии подразумеваются новые технологии хранения энергии, отличные от гидроаккумулирующих электростанций, включая новые литий-ионные батареи, проточные батареи, маховики, системы хранения энергии на сжатом воздухе, водородные (аммиачные) системы, системы хранения тепловой (холодной) энергии и т. д.
Конечно, традиционные гидроаккумулирующие электростанции — это не «устаревшая технология». Гидроаккумулирующие электростанции по-прежнему остаются наиболее зрелой и экономичной технологией хранения энергии на сегодняшний день. У них сформировалась четкая бизнес-модель, и они подходят для крупномасштабного развития и строительства.
Необходимо понимать, что ветровая и фотоэлектрическая энергетика «потребляют энергию неба», а выработка электроэнергии ими нестабильна и непостоянна, зависит от погоды: «экстремальная жара и безветренно» и «экстремальный холод и затишье». В будущем ожидается крупномасштабное и широкое применение этих технологий, а также переход к угольной энергетике и замедление темпов ввода в эксплуатацию новых мощностей. В отсутствие ветра, света, экстремальных холодов и морозов выработка электроэнергии ветровыми и фотоэлектрическими установками значительно сократится, и кому же тогда обеспечивать электроэнергией?
Роль накопителей энергии обычно понимают как роль «банка энергии», заряжающегося в периоды бурного роста ветровой и солнечной энергетики или низкого потребления электроэнергии, и разряжающегося при малой выработке ветровой энергии или пиковом потреблении. Он не только сглаживает нестабильность выработки солнечной и ветровой энергии, увеличивает долю возобновляемой энергии, но и взаимодействует с традиционными тепловыми, атомными и другими источниками энергии, предоставляя вспомогательные услуги, такие как регулирование пиковых нагрузок и частоты, для работы энергосистемы и повышения ее гибкости.
Короткий цикл строительства новых систем хранения энергии, простота и гибкость выбора площадки, высокая степень адаптивности и лучшее соответствие развитию и потреблению новых источников энергии — все эти преимущества постепенно становятся очевидными. Поэтому крайне важно ускорить широкомасштабное внедрение передовых технологий хранения энергии.
Например, сроки строительства: срок строительства гидроаккумулирующей электростанции обычно составляет от 6 до 8 лет, срок строительства проекта электрохимического хранения энергии в рамках новой системы хранения энергии — от 3 до 6 месяцев, а срок строительства нового проекта системы хранения энергии на сжатом воздухе — как правило, от 1,5 до 2 лет.
Другой пример — выбор площадки и сценарии применения: при выборе места для гидроаккумулирующей электростанции часто требуется участок с большим перепадом высот, но благодаря значительным преимуществам в мощности и большим масштабам, он подходит для крупномасштабных и системных применений на стороне энергосистемы; новый тип одностанционного накопителя энергии может иметь большой или малый объем, обладает высокой адаптивностью к окружающей среде и может гибко развертываться в различных сценариях применения, таких как электроснабжение, энергосеть и потребительская сторона, и может использоваться в качестве дополнительного источника энергии для гидроаккумулирующих электростанций.
С учетом возможностей регулировки, скорость отклика нового электрохимического накопителя энергии высока и может составлять от миллисекунд до секунд.
В настоящее время в нашей стране достигнут существенный прогресс в области новых технологий хранения энергии: от демонстрационных исследований и разработок до начальной стадии коммерциализации. Литий-ионные батареи, системы хранения энергии на основе сжатого воздуха и другие технологии достигли ведущего мирового уровня.
CATL
Например, в области электрохимических технологий хранения энергии за последние пять лет плотность энергии литиевых батарей, представленных компанией CATL, увеличилась более чем вдвое, срок службы вырос в 2-3 раза, а стоимость применения снизилась более чем на 60%.
В прошлом новые системы хранения энергии использовались в основном как вспомогательное оборудование тепловых электростанций для регулирования частоты. После прояснения их независимого положения на рынке и в сочетании с внедрением политики ценообразования на электроэнергию в будущем, новые системы хранения энергии смогут самостоятельно участвовать в диспетчеризации, расчетах по сделкам и т.д., что будет способствовать ускорению развития рынка новых систем хранения энергии.
Однако существует явление, заслуживающее внимания: более 80% новых проектов по хранению энергии, находящихся в стадии строительства, составляют литий-ионные батареи, занимающие наибольшую долю рынка. В 2021 году среди новых проектов по хранению энергии, введенных в эксплуатацию в Китае, в десятку ведущих поставщиков технологий хранения энергии с установленной мощностью вошли: Ningde Times, China National Energy Storage, EVE Power, Penghui Energy, Narada Power, Haiji Xin Energy, Lishen, Envision Power, China Innovation Aviation и Zhongtian Technology. В 2021 году среди новых проектов по хранению энергии, введенных в эксплуатацию в Китае, в десятку ведущих поставщиков систем хранения энергии с установленной мощностью вошли: Shangneng Electric, Kehua Shuneng, Soying Electric, NARI Jibao, Sunshine Power, Shenghong shares, Huazi Technology, Zhiguang Energy Storage, Inovance Technology и XJ.
Другие типы, такие как проточные батареи, свинцово-кислотные батареи, батареи для аккумулирования тепла и холода, составляют относительно небольшую долю. В целом, характеристики литий-ионных батарей для хранения энергии хорошие, но вопросы безопасности и утилизации ресурсов все еще требуют дальнейшего решения; жидкостные проточные батареи безопасны, легко перерабатываются и регенерируются, но стоимость системы относительно высока.
Система хранения энергии Upstart: полностью ванадиевая проточная редокс-батарея.
В отличие от литиевых ресурсов, Китай является крупной страной по запасам ванадия, занимая первое место в мире по этим показателям, и, кроме того, ценообразование находится в наших собственных руках, что позволяет нам действовать более активно.
Полностью ванадиевая проточная батарея — это разновидность проточной батареи, в которой для хранения и высвобождения электрической энергии используется изменение валентного состояния ионов ванадия. Она работает при нормальной температуре и давлении. Электролит представляет собой водный раствор. Реакционный процесс включает только изменение валентного состояния ионов ванадия. Электролит может быть переработан. По сравнению с литий-ионными батареями, полностью ванадиевые проточные редокс-батареи более безопасны. Полностью ванадиевая проточная редокс-батарея имеет большое количество циклов, достигающее более 15 000, и срок ее службы может составлять до 20 лет.
Согласно сообщениям, в проектах с использованием полностью ванадиевых проточных аккумуляторов участвовали такие компании, как State Grid, State Power Investment Corporation, National Energy Group, Huadian Group, Datang Group, Shanghai Electric и другие. Ранее в Китае были введены в эксплуатацию системы на основе полностью ванадиевых проточных аккумуляторов, в том числе бывший проект по хранению энергии ветряной электростанции Guodian Longyuan Woniushi и национальный демонстрационный проект электростанции с жидкостными проточными аккумуляторами в Даляне, предназначенной для сглаживания пиковых нагрузок. В обоих проектах для разработки технологий проточных аккумуляторов используется Даляньский институт химической физики Китайской академии наук. В промежуточном отчете Shanghai Electric за 2021 год указано, что электростанция мощностью 1 МВт/1 МВт·ч, самостоятельно разработанная и изготовленная компанией Shanghai Electric на основе полностью ванадиевых проточных аккумуляторов, успешно прошла приемку в ветроэнергетическом индустриальном парке в районе Хаоцзян города Шаньтоу провинции Гуандун.
Согласно сообщениям, лидеры отрасли производства ванадиевых проточных аккумуляторов, представленные компанией Vanadium Titanium Co., Ltd., лидером в производстве ванадиевой продукции с рыночной капитализацией более 47 миллиардов юаней, и компанией Dalian Rongke Energy Storage, совместно с Паньчжихуа, столицей ванадия и титана, работают над созданием «Китайской ванадиевой энергетической столицы».
В октябре 2022 года компании Vanadium Titanium Co., Ltd. и Dalian Rongke подписали «Соглашение о создании совместного предприятия» с целью совместного инвестирования 31,61 млн юаней в создание компании Sichuan Vanadium Energy Storage Technology Co., Ltd., в которой Vanadium Titanium Co., Ltd. владела 51% уставного капитала, а Dalian Rongke — 49%.
В любом случае, развитие новых технологий хранения энергии стало неудержимым.
В то же время, новые системы хранения энергии также являются важной поддержкой для достижения цели углеродной нейтральности в период пика выбросов углекислого газа, а также важным каналом для участия в международной конкуренции.
В настоящее время формируется инновационная система в области технологий хранения экологически чистой энергии, в основе которой лежат предприятия, которая ориентирована на рынок и объединяет производство, образование, исследования и практическое применение.
Новые системы хранения энергии – это будущее, которого можно ожидать.
Дата публикации: 23 сентября 2023 г.