Muhtasari wa uhifadhi wa nishati ya kibiashara

Nishati mbadala ni sehemu muhimu ya mpango wa muda mrefu wa kutokuwa na upande wa kaboni. Bila kujali muunganisho wa nyuklia unaoweza kudhibitiwa, uchimbaji madini angani, na ukomavu mkubwa wa maendeleo ya rasilimali za umeme wa maji ambazo hazina njia ya kibiashara kwa muda mfupi, nishati ya upepo, na nishati ya jua kwa sasa ndivyo vyanzo vya nishati mbadala vinavyoahidi zaidi. Bado, wao ni mdogo na rasilimali za upepo na mwanga. Hifadhi ya nishati itakuwa sehemu muhimu ya matumizi ya nishati ya siku zijazo. Makala haya na makala zinazofuata zitajumuisha teknolojia kubwa za kibiashara za uhifadhi wa nishati, zikilenga zaidi kesi za utekelezaji.

Katika miaka ya hivi karibuni, ujenzi wa haraka wa mifumo ya uhifadhi wa nishati umefanya baadhi ya data za zamani zisiwe na manufaa tena, kama vile "hifadhi ya nishati ya hewa iliyoshinikizwa iliyoshika nafasi ya pili ikiwa na uwezo uliowekwa wa 440MW, na betri za sodiamu-sulfuri zilishika nafasi ya tatu, na kiwango cha jumla cha uwezo. ya MW 440. 316MW" n.k. Aidha, habari kwamba Huawei imetia saini mradi "mkubwa zaidi" wa hifadhi ya nishati na 1300MWh ni nyingi sana. Walakini, kulingana na data iliyopo, 1300MWh sio mradi muhimu zaidi wa kuhifadhi nishati ulimwenguni. Mradi mkubwa wa kati wa uhifadhi wa nishati ni wa uhifadhi wa pumped. Kwa teknolojia halisi za uhifadhi wa nishati kama vile uhifadhi wa nishati ya chumvi, katika kesi ya uhifadhi wa nishati ya kielektroniki, 1300MWh sio mradi muhimu zaidi (inaweza pia kuwa suala la kiwango cha takwimu). Uwezo wa sasa wa Kituo cha Kuhifadhi Nishati ya Moss Landing umefikia 1600MWh (pamoja na 1200MWh katika awamu ya pili, 400MWh katika awamu ya pili). Bado, kuingia kwa Huawei kumeangazia tasnia ya uhifadhi wa nishati kwenye jukwaa.

Hivi sasa, teknolojia za kibiashara na zinazowezekana za uhifadhi wa nishati zinaweza kugawanywa katika uhifadhi wa nishati ya mitambo, uhifadhi wa nishati ya joto, uhifadhi wa nishati ya umeme, uhifadhi wa nishati ya kemikali, na uhifadhi wa nishati ya kielektroniki. Fizikia na kemia kimsingi ni sawa, kwa hivyo wacha tuziainishe kulingana na mawazo ya watangulizi wetu kwa wakati huu.

1. Uhifadhi wa nishati ya mitambo / uhifadhi wa mafuta na uhifadhi wa baridi

Hifadhi ya kusukuma:

Kuna mabwawa mawili ya juu na ya chini, yanayosukuma maji hadi kwenye hifadhi ya juu wakati wa kuhifadhi nishati na kutiririsha maji kwenye hifadhi ya chini wakati wa kuzalisha umeme. Teknolojia imekomaa. Kufikia mwisho wa 2020, uwezo uliowekwa wa kimataifa wa uwezo wa kuhifadhi pampu ulikuwa kilowati milioni 159, uhasibu kwa 94% ya jumla ya uwezo wa kuhifadhi nishati. Kwa sasa, nchi yangu imeweka jumla ya kilowati milioni 32.49 za vituo vya kuhifadhi umeme vya pampu; kiwango kamili cha vituo vya umeme vya pampu vinavyojengwa ni kilowati milioni 55.13. Saizi ya zote zilizojengwa na zinazojengwa ni za kwanza ulimwenguni. Uwezo uliowekwa wa kituo cha kuhifadhi nishati unaweza kufikia maelfu ya MW, uzalishaji wa umeme wa kila mwaka unaweza kufikia kWh bilioni kadhaa, na kasi ya kuanza nyeusi inaweza kuwa kwa mpangilio wa dakika chache. Kwa sasa, kituo kikubwa zaidi cha kuhifadhi nishati kinachofanya kazi nchini China, Hebei Fengning Pumped Storage Power Station, kina uwezo uliosakinishwa wa kilowati milioni 3.6 na uwezo wa kuzalisha umeme kwa mwaka wa kWh bilioni 6.6 (kinachoweza kunyonya kWh bilioni 8.8 ya nguvu ya ziada, na ufanisi wa takriban 75%). Wakati wa kuanza nyeusi dakika 3-5. Ingawa hifadhi ya pampu kwa ujumla inachukuliwa kuwa na hasara za uteuzi mdogo wa tovuti, mzunguko mrefu wa uwekezaji, na uwekezaji mkubwa, bado ni teknolojia iliyokomaa zaidi, uendeshaji salama zaidi, na njia za kuhifadhi nishati za gharama ya chini zaidi. Utawala wa Kitaifa wa Nishati umetoa Mpango wa Maendeleo wa Muda wa Kati na wa Muda Mrefu wa Hifadhi ya Pumped (2021-2035).

Kufikia 2025, kiwango cha jumla cha uzalishaji wa hifadhi ya pumped itakuwa zaidi ya kilowati milioni 62; ifikapo 2030, kiwango kamili cha uzalishaji kitakuwa karibu kilowati milioni 120; ifikapo 2035, tasnia ya kisasa ya uhifadhi wa pumped ambayo inakidhi mahitaji ya kiwango cha juu na maendeleo makubwa ya nishati mpya itaundwa.

Hebei Fengning Pumped Storage Power Station - Hifadhi ya Chini

Hifadhi ya nishati ya hewa iliyobanwa:

Wakati mzigo wa umeme ni mdogo, hewa inasisitizwa na kuhifadhiwa na umeme (kawaida hufanyika kwenye mapango ya chumvi ya chini ya ardhi, mapango ya asili, nk). Wakati matumizi ya umeme yanapoongezeka, hewa yenye shinikizo kubwa hutolewa ili kuendesha jenereta kuzalisha umeme.

uhifadhi wa nishati ya hewa iliyoshinikizwa

Hifadhi ya nishati ya hewa iliyobanwa kwa ujumla inachukuliwa kuwa teknolojia ya pili inayofaa zaidi kwa uhifadhi wa kiwango kikubwa cha nishati ya GW baada ya uhifadhi wa pampu. Bado, inadhibitiwa na masharti yake magumu zaidi ya uteuzi wa tovuti, gharama kubwa ya uwekezaji, na ufanisi wa uhifadhi wa nishati kuliko uhifadhi wa pumped. Chini, maendeleo ya kibiashara ya hifadhi ya nishati ya hewa iliyobanwa ni ya polepole. Hadi Septemba mwaka huu (2021), mradi mkubwa wa kwanza wa nchi yangu wa kuhifadhi nishati ya hewa iliyobanwa - Mradi wa Maonyesho ya Jaribio la Kitaifa la Hifadhi ya Nishati ya Hewa ya Jiangsu Jintan, umeunganishwa kwenye gridi ya taifa. Uwezo uliowekwa wa awamu ya kwanza ya mradi ni 60MW, na ufanisi wa uongofu wa nguvu ni kuhusu 60%; ujenzi wa muda mrefu wa mradi utafikia 1000MW. Mnamo Oktoba 2021, mfumo wa kwanza wa MW 10 wa hali ya juu wa kuhifadhi nishati ya hewa iliyobanwa uliotengenezwa na nchi yangu uliunganishwa kwenye gridi ya taifa huko Bijie, Guizhou. Inaweza kusema kwamba barabara ya kibiashara ya hifadhi ya nishati ya hewa ya kompakt imeanza, lakini siku zijazo zinaahidi.

Mradi wa uhifadhi wa nishati ya hewa uliobanwa wa Jintan.

Uhifadhi wa nishati ya chumvi iliyoyeyuka:

Uhifadhi wa nishati ya chumvi iliyoyeyushwa, kwa ujumla pamoja na uzalishaji wa nishati ya jua, huzingatia mwanga wa jua na kuhifadhi joto katika chumvi iliyoyeyuka. Wakati wa kuzalisha umeme, joto la chumvi iliyoyeyuka hutumiwa kuzalisha umeme, na wengi wao hutoa mvuke ili kuendesha jenereta ya turbine.

uhifadhi wa joto wa chumvi iliyoyeyuka

Walipiga kelele Hi-Tech Dunhuang 100MW iliyoyeyushwa ya mnara wa chumvi kituo cha nishati ya jua katika kituo kikubwa zaidi cha nishati ya jua cha Uchina. Mradi wa Delingha 135 MW CSP wenye uwezo mkubwa uliowekwa umeanza kujengwa. Wakati wake wa kuhifadhi nishati unaweza kufikia saa 11. Jumla ya uwekezaji wa mradi huo ni yuan bilioni 3.126. Imepangwa kuunganishwa rasmi kwenye gridi ya taifa kabla ya Septemba 30, 2022, na inaweza kuzalisha takriban kWh milioni 435 za umeme kila mwaka.

Kituo cha CSP cha Dunhuang

Teknolojia za uhifadhi wa nishati ya mwili ni pamoja na uhifadhi wa nishati ya flywheel, uhifadhi wa nishati ya uhifadhi wa baridi, nk.

2. Uhifadhi wa nishati ya umeme:

Supercapacitor: Imezuiliwa na msongamano wake wa chini wa nishati (rejelea hapa chini) na kujiondoa kwa ukali, kwa sasa inatumika tu katika anuwai ndogo ya uokoaji wa nishati ya gari, kunyoa kilele papo hapo, na kujaza mabonde. Programu za kawaida ni Shanghai Yangshan Deepwater Port, ambapo korongo 23 huathiri kwa kiasi kikubwa gridi ya nishati. Ili kupunguza athari za korongo kwenye gridi ya umeme, mfumo wa hifadhi ya nishati ya 3MW/17.2KWh supercapacitor husakinishwa kama chanzo mbadala, ambacho kinaweza kutoa usambazaji wa umeme kwa miaka 20 mfululizo.

Hifadhi ya nishati inayofanya kazi kwa kiwango kikubwa: imeachwa

3. Uhifadhi wa nishati ya kielektroniki:

Nakala hii inaainisha uhifadhi wa nishati ya kielektroniki katika kategoria zifuatazo:

Asidi ya risasi, betri za kaboni

betri ya mtiririko

Betri za chuma-ioni, ikiwa ni pamoja na betri za lithiamu-ioni, betri za sodiamu, nk.

Betri za Metali-Sulphur/Oksijeni/Hewa Zinazoweza Kuchajiwa

nyingine

Betri za asidi ya risasi na kaboni: Kama teknolojia iliyokomaa ya uhifadhi wa nishati, betri za asidi ya risasi hutumiwa sana katika uanzishaji wa gari, usambazaji wa nishati ya chelezo kwa mitambo ya kituo cha mawasiliano cha msingi, n.k. Baada ya elektrodi hasi ya Pb ya betri ya asidi ya risasi. Imechangiwa na nyenzo za kaboni, betri ya kaboni ya risasi inaweza kuboresha kwa ufanisi tatizo la kutokwa zaidi. Kulingana na ripoti ya mwaka ya 2020 ya Tianneng, Mradi wa Gridi ya Serikali ya Zhicheng (Kituo Kidogo cha Jinling) 12MW/48MWh wa kuhifadhi nishati ya kaboni iliyokamilishwa na kampuni hiyo ndio kituo cha kwanza cha nishati ya kaboni ya risasi katika Mkoa wa Zhejiang na hata nchi nzima.

Betri ya mtiririko: Betri ya mtiririko kwa kawaida huwa na kioevu kilichohifadhiwa kwenye chombo kinachopita kupitia elektrodi. Malipo na kutokwa hukamilishwa kupitia membrane ya kubadilishana ioni; rejea takwimu hapa chini.

Utaratibu wa mtiririko wa betri

Kwa upande wa betri yenye uwakilishi zaidi ya aina zote za vanadium, mradi wa Guodian Longyuan, wa 5MW/10MWh, uliokamilishwa na Taasisi ya Dalian ya Fizikia ya Kemikali na Hifadhi ya Nishati ya Dalian Rongke, ulikuwa mfumo mpana zaidi wa uhifadhi wa nishati ya betri ya kila aina ya vanadium katika dunia wakati huo, ambayo kwa sasa inajengwa Mfumo mkubwa wa uhifadhi wa nishati ya betri ya redox ya kiwango kikubwa cha anadium hufikia 200MW/800MWh.

Betri ya chuma-ioni: teknolojia inayokua kwa kasi zaidi na inayotumika sana ya uhifadhi wa nishati ya kielektroniki. Miongoni mwao, betri za lithiamu-ioni hutumiwa kwa kawaida katika matumizi ya umeme, betri za nguvu, na maeneo mengine, na maombi yao katika hifadhi ya nishati pia yanaongezeka. Ikiwa ni pamoja na miradi ya awali ya Huawei inayoendelea kujengwa inayotumia hifadhi ya nishati ya betri ya lithiamu-ion, mradi mkubwa zaidi wa kuhifadhi nishati ya betri ya lithiamu-ion uliojengwa hadi sasa ni kituo cha kuhifadhi nishati cha Moss Landing kinachojumuisha Awamu ya I 300MW/1200MWh na Awamu ya Pili 100MW/400MWh, a jumla ya 400MW/1600MWh.

Betri ya Lithium-Ion

Kwa sababu ya kizuizi cha uwezo wa uzalishaji wa lithiamu na gharama, kuchukua nafasi ya ayoni za sodiamu na msongamano mdogo wa nishati lakini akiba nyingi zinatarajiwa kupunguza bei imekuwa njia ya maendeleo ya betri za lithiamu-ioni. Kanuni yake na vifaa vya msingi ni sawa na betri za lithiamu-ioni, lakini bado haijafanywa viwanda kwa kiwango kikubwa. , mfumo wa hifadhi ya nishati ya betri ya sodiamu uliowekwa katika ripoti zilizopo umeona kiwango cha 1MWh pekee.

Betri za alumini-ion zina sifa za uwezo wa juu wa kinadharia na hifadhi nyingi. Pia ni mwelekeo wa utafiti kuchukua nafasi ya betri za lithiamu-ioni, lakini hakuna njia wazi ya uuzaji. Kampuni ya India ambayo imekuwa maarufu hivi majuzi ilitangaza kuwa itauza uzalishaji wa betri za alumini-ion kibiashara mwaka ujao na itaunda kitengo cha kuhifadhi nishati cha 10MW. Ngoja tusubiri tuone.

kusubiri na kuona

Betri za chuma-sulfuri/oksijeni/hewa zinazoweza kuchajiwa: ikiwa ni pamoja na lithiamu-sulfuri, lithiamu-oksijeni/hewa, sodiamu-sulfuri, betri za hewa za alumini, n.k., zenye msongamano mkubwa wa nishati kuliko betri za ioni. Mwakilishi wa sasa wa uuzaji ni betri za sodiamu-sulfuri. NGK kwa sasa ndiyo inayoongoza kwa kutoa mifumo ya betri ya sodiamu-sulfuri. Kiwango kikubwa ambacho kimeanza kutumika ni mfumo wa kuhifadhi nishati ya betri ya sodiamu na salfa ya 108MW/648MWh katika Umoja wa Falme za Kiarabu.

4. Uhifadhi wa nishati ya kemikali: Miongo kadhaa iliyopita, Schrödinger aliandika kwamba maisha yanategemea kupata entropy hasi. Lakini ikiwa hautegemei nishati ya nje, entropy itaongezeka, kwa hivyo maisha lazima yachukue madaraka. Uhai hupata njia yake, na kuhifadhi nishati, mimea hubadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya kemikali katika suala la kikaboni kupitia photosynthesis. Uhifadhi wa nishati ya kemikali umekuwa chaguo la asili tangu mwanzo. Uhifadhi wa nishati ya kemikali umekuwa njia dhabiti ya kuhifadhi nishati kwa wanadamu tangu Ilipotengeneza volti kuwa mafungu ya umeme. Bado, matumizi ya kibiashara ya uhifadhi wa nishati kwa kiasi kikubwa yameanza.

Hifadhi ya hidrojeni, methanoli, n.k.: Nishati ya haidrojeni ina faida bora zaidi za msongamano mkubwa wa nishati, usafi, na ulinzi wa mazingira na inachukuliwa kuwa chanzo bora cha nishati katika siku zijazo. Njia ya uzalishaji wa hidrojeni→ hifadhi ya hidrojeni→ seli ya mafuta tayari iko njiani. Kwa sasa, zaidi ya vituo 100 vya kujaza mafuta ya hidrojeni vimejengwa nchini mwangu, vikishika nafasi ya juu zaidi ulimwenguni, pamoja na kituo kikubwa zaidi cha kuongeza mafuta ya hidrojeni huko Beijing. Walakini, kwa sababu ya mapungufu ya teknolojia ya uhifadhi wa hidrojeni na hatari ya mlipuko wa hidrojeni, hifadhi ya hidrojeni isiyo ya moja kwa moja inayowakilishwa na methanoli inaweza pia kuwa njia muhimu kwa nishati ya siku zijazo, kama vile teknolojia ya "jua ya kioevu" ya timu ya Li Can katika Taasisi ya Dalian. wa Kemia, Chuo cha Sayansi cha China.

Betri za msingi za chuma-hewa: zinawakilishwa na betri za alumini-hewa zilizo na msongamano wa juu wa nishati ya kinadharia, lakini kuna maendeleo kidogo katika uuzaji. Phinergy, kampuni wakilishi iliyotajwa katika ripoti nyingi, ilitumia betri za anga za aluminium kwa magari yake. Maili elfu moja, suluhisho linaloongoza katika uhifadhi wa nishati ni betri za zinki-hewa zinazoweza kuchajiwa.