Die weltweit vorhandenen Energiespeichersysteme lassen sich in fünf Hauptkategorien einteilen

Wenn es um Energiespeicherung geht, fällt es leicht, an Batterien zu denken, aber die vorhandene Batterietechnologie ist schwierig, die Anforderungen der Energiespeicherung auf Netzebene zu erfüllen. Laut dem Marktforschungsunternehmen PikeResearch ist der Markt für Energiespeicher riesig und es wird erwartet, dass zwischen 2011 und 2021 122 Milliarden US-Dollar für globale Energiespeicherprojekte ausgegeben werden. In dem großen Energiespeichersystem werden auch die am weitesten verbreiteten Pumpspeicher- und Druckluftspeicherspeicher sowie andere traditionelle Energiespeichermethoden kontinuierlich verbessert und innoviert. Caixinenergy empfiehlt heute einen Artikel, in dem aktuelle globale Energiespeichertechnologien und ihre Auswirkungen auf das Stromnetz analysiert werden.

Die vorhandenen Energiespeichersysteme sind hauptsächlich in fünf Kategorien unterteilt: mechanische Energiespeicherung, elektrische Energiespeicherung, elektrochemische Energiespeicherung, thermische Energiespeicherung und chemische Energiespeicherung. Derzeit macht der Pumpspeicher mit einer installierten Gesamtleistung von 127 GW den höchsten Anteil der Welt aus, was 99% der gesamten Energiespeicherkapazität entspricht, gefolgt von einem Druckluftspeicher mit 440 MW und einer Natriumschwefelbatterie mit 316 MW.

Bestehende Energiespeichersysteme auf der ganzen Welt

1. Mechanischer Energiespeicher

Der mechanische Energiespeicher umfasst hauptsächlich Pumpspeicher, Druckluftspeicher und Schwungradspeicher.

Pumpspeicher: (1) das überschüssige Stromnetz, wenn Elektrizität als flüssiges Wasser aus dem unteren Speichermedienmedium verwendet wird, um das Gelände des Reservoirs zu ziehen, hohes Gelände bei Spitzenlast des Stromnetzes in einem Reservoirwasser zurück in das Reservoir unter dem Beim Antrieb von Turbinengeneratoren liegt der Wirkungsgrad bei etwa 75%, allgemein bekannt als 4 von 3, die Fähigkeit zur täglichen Regelung, die zum Laden und Ablegen verwendet wird.

Nachteile: schwierige Standortauswahl und Abhängigkeit von der Topographie; Großer Investitionszyklus, hoher Verlust, einschließlich Pumpspeicherverlust + Leitungsverlust; Gegenwärtig wird es auch durch Chinas Strompreispolitik eingeschränkt. Im vergangenen Jahr sonnten sich mehr als 80% der chinesischen Stromspeicher und -pumpen in der Sonne. Im vergangenen August hat die nationale Entwicklungs- und Reformkommission eine Richtlinie zur Speicherung und zum Pumpen von Elektrizität erlassen.

(2) der Druckluftenergiespeicher (CAES): Druckluftenergiespeicher ist die Verwendung des Stromnetzes Last ist schwach Batterie, der Motor treibt den Luftkompressor, Luftdruck in den luftdichten großen unterirdischen Kavernengasspeicher, wenn das System Ist ein Mangel an Elektrizität, wird die Druckluft durch den Wärmetauscher mit Öl- oder Erdgasverbrennung gemischt, die Gasturbinenstromerzeugung importiert. Ausländische Forschung ist mehr, Technologie ist ausgereift, unser Land beginnt etwas spät, es scheint, dass Akademiker Lu Qiang mehr in dieser Hinsicht Forschung ist, was kaltes Strom-Couplet produziert und so weiter.

Der Druckluftspeicher hat auch eine Spitzenregulierungsfunktion, die für große Windparks geeignet ist, da die durch Windenergie erzeugte mechanische Arbeit die Kompressordrehung direkt antreiben kann, wodurch die Zwischenumwandlung in Elektrizität verringert und somit die Effizienz verbessert wird.

Nachteile: Ein großer Nachteil ist die geringe Effizienz. Der Grund ist, dass die Temperatur der Luft steigt, wenn sie komprimiert wird, und abnimmt, wenn sie sich ausdehnt. In Druckluft geht ein Teil der Energie als Wärme verloren und muss erneut erwärmt werden, bevor sie sich ausdehnen kann. Erdgas wird normalerweise als Wärmequelle zum Erhitzen von Luft verwendet, was zu einer Verringerung der Energiespeichereffizienz führt. Es ist auch denkbar, dass große Gasspeicher, bestimmte geologische Bedingungen und die Abhängigkeit von der Verbrennung fossiler Brennstoffe erforderlich sind.

(3) Schwungrad-Energiespeicher: Er verwendet ein rotierendes Hochgeschwindigkeitsschwungrad, um Energie in Form von kinetischer Energie zu speichern. Wenn Energie benötigt wird, verlangsamt sich das Schwungrad und gibt die gespeicherte Energie ab. Energiespeichertechnologien für Schwungräder sind in China grundsätzlich verfügbar (der Abstand zum Ausland beträgt jedoch mehr als 10 Jahre). Die Schwierigkeit liegt in der Entwicklung neuer Produkte mit unterschiedlichen Funktionen je nach USES. Daher ist die Stromversorgung mit Schwungrad-Energiespeichern ein High-Tech-Produkt, aber ihre ursprüngliche Innovation reicht nicht aus, was es schwierig macht, die Unterstützung nationaler wissenschaftlicher Forschungsfonds zu erhalten.

Nachteile: Geringe Energiedichte, hohe Selbstentladungsrate, z. B. Unterbrechung des Ladevorgangs, Energie wird innerhalb weniger bis Dutzend Stunden verbraucht. Nur für einige Marktsegmente geeignet, z. B. hochwertige unterbrechungsfreie Stromversorgung.

2. Speicher für elektrische Energie

(1) Superkondensator-Energiespeicher: Eine Doppelschichtstruktur aus porösen Aktivkohleelektroden und Elektrolyten wird verwendet, um eine extrem große elektrische Kapazität zu erhalten. Im Gegensatz zu Batterien, die chemische Reaktionen verwenden, ist der Lade- und Entladevorgang von Superkondensatoren immer ein physikalischer Vorgang. Kurze Ladezeit, lange Lebensdauer, gute Temperatureigenschaften, Energieeinsparung und Umweltschutz. Ultrakondensatoren, dh das Laden von Kondensatoren, sind nicht allzu kompliziert, und der Rest ist das Problem der Materialien. Derzeit ist die Forschungsrichtung, ob die Fläche klein und die Kapazität größer ist. Die Entwicklung von Superkondensatoren ist immer noch sehr schnell. Gegenwärtig sind die neuen Arten von Superkondensatoren auf der Basis von Graphenmaterialien sehr beliebt.

ElonMusk, der Geschäftsführer von Tesla, sagte bereits 2011, dass Batterien in konventionellen Elektroautos veraltet seien und dass neue Autos mit Superkondensatoren sie in Zukunft ersetzen würden.

Nachteile: Im Vergleich zu Batterien führt die Energiedichte zu einem relativ geringen Energiespeicher bei gleichem Gewicht, was direkt zu einer schlechten Batterielebensdauer führt und von der Schaffung neuer Materialien wie Graphen abhängt.

(2) Supraleitender Energiespeicher (SMES): Geräte, die elektrische Energie unter Verwendung der Nullwiderstandseigenschaft von Supraleitern speichern. Das supraleitende Energiespeichersystem umfasst im Allgemeinen eine supraleitende Spule, ein Kryosystem, ein Leistungsregelungssystem und ein Überwachungssystem. Die Entwicklung der supraleitenden Materialtechnologie hat bei den Prioritäten der supraleitenden Energiespeichertechnologie Priorität. Supraleitende Materialien können grob in supraleitende Niedertemperaturmaterialien, supraleitende Hochtemperaturmaterialien und supraleitende Materialien bei Raumtemperatur unterteilt werden.

Nachteile: Die hohen Kosten für supraleitende Energiespeicher (Materialien und kryogene Kühlsysteme) begrenzen deren Verwendung. Aufgrund der Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit ist die kommerzielle Anwendung noch weit entfernt.

3. Elektrochemischer Energiespeicher

(1) Blei-Säure-Batterie: Es handelt sich um eine Batterie, deren Elektrode hauptsächlich aus Blei und seinen Oxiden besteht und deren Elektrolyt die Schwefelsäurelösung ist. Gegenwärtig ist es weltweit weit verbreitet, mit einer etwa 1000-fachen Zykluslebensdauer, einem Wirkungsgrad von 80-90% und einer hohen Kostenleistung. Es wird häufig in der Notstromversorgung oder im Standby-Netzteil des Stromversorgungssystems verwendet.

Nachteile: Wenn die Tiefe, schnelle Leistungsentladung, verfügbare Kapazität abnimmt. Es zeichnet sich durch geringe Energiedichte und kurze Lebensdauer aus. Blei-Säure-Batterien haben in diesem Jahr ihre Lebensdauer verbessert, indem sie ihren Negativplatten superaktive Kohlenstoffmaterialien hinzugefügt haben.

(2) Lithium-Ionen-Batterie: Es handelt sich um eine Art Batterie mit Lithiummetall oder Lithiumlegierung als negativem Elektrodenmaterial und nichtwässriger Elektrolytlösung. Hauptsächlich in tragbaren Mobilgeräten verwendet, kann sein Wirkungsgrad mehr als 95% erreichen, die Entladezeit kann mehrere Stunden erreichen, die Anzahl der Zyklen kann 5000 oder mehr erreichen, die Reaktion ist schnell, ist die Batterie der derzeit praktischsten Batterie mit der höchsten Energie am meisten genutzt. In den letzten Jahren wurde die Technologie verbessert, und es gibt viele Anwendungen von Anoden- und Kathodenmaterialien.

Es gibt drei Haupttypen von Power-lithium-batterien auf dem Markt: Lithium-Cobalt-Säure-Batterien, Lithium-Mangan-Säure-Batterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Ersteres hat eine hohe Energiedichte, ist aber weniger sicher. Im Gegenteil, inländische Elektroautos wie BYD verwenden derzeit hauptsächlich Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Aber es scheint, dass Ausländer drei Lithiumbatterien und lithiumeisenphosphatbatterien spielen?

Lithium-Schwefel-Batterie ist auch sehr beliebt, ist das Schwefelelement als positiver Pol, Lithiummetall als negativer Pol einer Batterie, seine theoretische als Energiedichte kann 2600wh / kg erreichen, die tatsächliche Energiedichte kann 450wh / kg erreichen. Es ist jedoch auch ein großes Problem, wie die Lebensdauer und die Sicherheit der Batterie verbessert werden können.

Nachteile: Zum Schutz müssen hohe Preise (4 Yuan / Wh), Überladung, die zu Heizung, Verbrennung und anderen Sicherheitsproblemen führt, berechnet werden.

(3) Natriumschwefelbatterie: Es handelt sich um eine Sekundärbatterie mit Metallnatrium als negativer Elektrode, Schwefel als positiver Elektrode und Keramikrohr als Elektrolytmembran. Der Zyklus kann 4500-mal erreicht werden, die Entladezeit 6-7 Stunden, der Wirkungsgrad des Zyklusumlaufs 75%, die hohe Energiedichte und die schnelle Reaktionszeit. Derzeit gibt es in Japan, Deutschland, Frankreich und den USA mehr als 200 solcher Energiespeicherkraftwerke, die hauptsächlich zur Nivellierung, Lastverschiebung und Verbesserung der Stromqualität eingesetzt werden.

Nachteile: Aufgrund des flüssigen Natriums bei hohen Temperaturen leicht zu verbrennen. Und falls das Netz keinen Strom mehr hat, werden Dieselgeneratoren benötigt, um die Temperaturen hoch zu halten oder die Batterien kühl zu halten.

(4) Flüssigkeitsbatterie: Eine Art hochleistungsbatterie, die positive und negative Elektrolyte verwendet, um getrennt zu trennen und zu zirkulieren. Die Leistung der Batterie hängt nicht mit der Energie zusammen. Die gespeicherte Energie hängt von der Größe des Speichertanks ab, sodass sie stunden- bis tagelang mit einer Kapazität von bis zu MW gespeichert werden kann. Diese Batterie hat viele Systeme, wie Eisen-Chrom-System, Zink-Brom-System, Natrium-Polysulfid-Brom-System und alle Vanadium-System, Vanadium-Batterie ist die beliebteste.

Nachteile: Der Akku ist zu groß; Der Akku benötigt eine zu hohe Umgebungstemperatur. Hohe Preise (wahrscheinlich ein kurzfristiges Phänomen); Systeme sind komplex (Pumpen und Rohrleitungen sind nicht so einfach wie nicht flüssige Durchflussbatterien wie Lithium).

Batterieenergiespeicher haben mehr oder weniger Umweltprobleme.

4. Wärmespeicherung

Wärmespeicher: In einem Wärmespeichersystem wird Wärmeenergie in einem Medium in einem isolierten Gefäß gespeichert und bei Bedarf wieder in elektrische Energie umgewandelt oder kann direkt verwendet werden, ohne wieder in elektrische Energie umgewandelt zu werden. Wärmespeicher können in sensible Wärmespeicher und Latentwärmespeicher unterteilt werden. Wärmespeicher können viel Wärme speichern, sodass Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt werden kann.

Mängel: Speicherung von Wärmeenergie in einer Vielzahl chemischer thermischer Hochtemperatur-Arbeitsmedien, begrenzte Verwendungsmöglichkeiten.

5. Chemische Energiespeicherung

Energiespeicher der chemischen Klasse: Die Verwendung von Wasserstoff oder Synthesegas als sekundärer Energieträger, die Verwendung von überschüssiger Wasserstoffproduktion, kann direkt Wasserstoff als Energieträger verwenden, kann auch seine Reaktion mit Kohlendioxid zu Synthesegas (Methan), Wasserstoff und Wasserstoff sein Synthesegas kann außerdem zur Stromerzeugung, für andere Transportzwecke usw. verwendet werden. Deutschland will die Technologie fördern und hat Demonstrationsprojekte in Betrieb.

Nachteile: geringer Wirkungsgrad im gesamten Zyklus, Wirkungsgrad der Wasserstoffproduktion von nur 40%, Wirkungsgrad von synthetischem Erdgas von weniger als 35%.

Um aus der vorherigen Zusammenfassung zu zitieren:

PHS-Pumpspeicher; CAES-Druckluft; Blei-Säure-Batterie; NiCd: NiCd-Akku; NaS: Natriumschwefelbatterien; ZEBRA: Nickelchloridbatterien; Li-Ion: Lithiumbatterien; Brennstoffzelle: Brennstoffzelle; Metall-Luft: Metall-Luft-Batterie; VRB: Flüssigkeitsbatterie; ZnbBr: Flüssigkeitsstrombatterie; PSB: Flüssigkeitsstrombatterie; SolarFuel: Solarenergie-Brennstoffzelle; KMU: supraleitender Energiespeicher; Schwungrad: Schwungrad; Kondensator / Superkondensator: Kondensator / Superkondensator; Al-tes: Wasser- / Eiswärmespeicher / Kältesystem; CES: Niedertemperatur-Energiespeichersystem; Ht-tes: Wärmespeichersystem.

Im Allgemeinen konzentriert sich die aktuelle Forschung und Entwicklung hauptsächlich auf Ultrakondensatoren und Batterien (Lithiumbatterie, Flüssigkeitsstrombatterie). Durchbrüche bei Materialien sind der Schlüssel.

Wie sieht ein zuverlässiges Energiespeichernetz aus?

1. Unterstützung der Realisierung von Energie-Internet und intelligentem Stromnetz

Energiespeicher sind wichtige Geräte zur Realisierung einer bidirektionalen Energieinteraktion in Smart Grids. Ohne Energiespeicherung kommt ein komplettes Smart Grid nicht in Frage.

2. Verwenden Sie die Energiespeichertechnologie, um sich dem Test neuer Energie zu stellen

Der Hauptzweck besteht darin, die Ausgangsleistung der intermittierenden Erzeugung erneuerbarer Energie wie Windkraft und Sonnenenergie zu stabilisieren und zu stabilisieren und die Fähigkeit des Netzes zu verbessern, intermittierende erneuerbare Energie zu akzeptieren.

3. Reduzieren Sie die Unterschiede zwischen Gipfel und Tal und verbessern Sie die Auslastung der Geräte

Stromnetzunternehmen können mehr Spitzenlastvorteile erzielen, während die Spitzenlastregelung und der Versorgungsdruck verringert werden.

4. Verbessern Sie die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes und die Stromqualität

Notstromversorgung bereitstellen; Reduzieren Sie den Verlust, der durch verschiedene vorübergehende Probleme mit der Stromqualität verursacht wird.

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