Comparación de ventajas y desventajas de varios sistemas de almacenamiento de energía

1, almacenamiento de energía mecánico El almacenamiento de energía mecánico incluye principalmente almacenamiento por bombeo, almacenamiento de energía por aire comprimido y almacenamiento de energía por volante.

(1) Almacenamiento por bombeo: cuando la red utiliza el exceso de electricidad como medio de energía líquida agua desde el depósito bajo al depósito alto, la carga máxima de la red del agua del depósito alto regresa al depósito inferior para promover En la generación de energía del generador de turbina, la eficiencia es generalmente de alrededor del 75%, comúnmente conocida como 4 de 3, con capacidad de ajuste diario, para carga máxima y respaldo.

Desventajas: difícil ubicación y dependencia del terreno; El ciclo de inversión es grande y la pérdida es alta, incluida la pérdida por drenaje y almacenamiento + pérdida de línea; En esta etapa, también está restringido por la política de precios de la electricidad de China, y más del 80% del bombeo y almacenamiento de China el año pasado se realizó al sol.

(2) Almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES): el almacenamiento de energía de aire comprimido consiste en utilizar la electricidad restante del sistema de energía cuando la carga es baja, impulsado por el motor para accionar el compresor de aire, el aire se presiona en el recinto grande cerrado. Cueva subterránea de capacidad como cámara de almacenamiento de gas, cuando la generación de energía del sistema es insuficiente, el aire comprimido se mezcla con petróleo o gas natural a través del intercambiador de calor y la combustión, en la turbina de gas para la generación de energía. Hay más estudios extranjeros, la tecnología está madura y China empezó a llegar un poco tarde, como si el académico Lu Qiang tuviera más investigaciones sobre este aspecto, qué es la cogeneración de energía fría, etc.

El almacenamiento de aire comprimido también tiene una función de pico, que es adecuada para parques eólicos a gran escala, porque el trabajo mecánico generado por la energía eólica puede hacer que el compresor gire directamente, reduciendo la conversión intermedia a electricidad y mejorando así la eficiencia.

Desventajas: Un inconveniente importante es la baja eficiencia. La razón es que la temperatura del aire aumenta cuando se comprime y la temperatura disminuye cuando el aire se libera y se expande. En el proceso del aire comprimido, parte de la energía se pierde en forma de calor y debe recalentarse antes de la expansión. El gas natural se suele utilizar como fuente de calor para calentar el aire, lo que da como resultado una menor eficiencia de almacenamiento de energía. Otras desventajas imaginables son la necesidad de grandes unidades de almacenamiento de gas, determinadas condiciones geológicas y la dependencia de la quema de combustibles fósiles.

(3) Almacenamiento de energía del volante: es el uso de un volante giratorio de alta velocidad para almacenar energía en forma de energía cinética, y cuando se necesita energía, el volante desacelera y libera la energía almacenada. La única tecnología de almacenamiento de energía del volante es básicamente nacional (pero la brecha con países extranjeros es de más de 10 años), la dificultad es desarrollar nuevos productos con diferentes funciones según los diferentes usos, por lo que la fuente de alimentación del almacenamiento de energía del volante es un alto- producto tecnológico pero la innovación original es insuficiente, lo que hace más difícil obtener el apoyo financiero nacional para la investigación científica. La densidad de energía no es lo suficientemente alta y la tasa de autodescarga es alta; por ejemplo, al detener la carga, la energía se agotará en unas pocas o docenas de horas. Sólo apto para algunos segmentos del mercado, como los sistemas de alimentación ininterrumpida de alta calidad.

2, almacenamiento de energía eléctrica (1) Almacenamiento de energía de supercondensador: la estructura de doble capa eléctrica compuesta por un electrodo poroso de carbón activado y un electrolito se utiliza para obtener una gran capacidad eléctrica. A diferencia de las baterías, que utilizan reacciones químicas, el proceso de carga y descarga de los supercondensadores es siempre un proceso físico. Tiempo de carga corto, larga vida útil, buenas características de temperatura, ahorro de energía y protección ambiental ecológica. Los supercondensadores no tienen cosas demasiado complicadas, es decir, la carga del condensador, y el resto es una cuestión de materiales, y la dirección actual de la investigación es si el área es pequeña y la capacitancia es mayor. El desarrollo de supercondensadores sigue siendo muy rápido y los nuevos supercondensadores basados ​​​​en materiales de grafeno están muy de moda.

Desventajas: en comparación con las baterías, su densidad de energía conduce a un almacenamiento de energía relativamente bajo para el mismo peso, lo que conduce directamente a una duración deficiente de la batería y depende del nacimiento de nuevos materiales, como el grafeno.

(2) Almacenamiento de energía superconductora (SMES): dispositivos fabricados con resistencia cero de superconductores para almacenar energía eléctrica. El sistema de almacenamiento de energía superconductor incluye principalmente un diagrama superconductor, un sistema de baja temperatura, un sistema de regulación de energía y un sistema de monitoreo. El desarrollo de la tecnología de materiales superconductores es la máxima prioridad de la tecnología de almacenamiento de energía superconductora. Los materiales superconductores se pueden dividir aproximadamente en materiales superconductores de baja temperatura, materiales superconductores de alta temperatura y materiales superconductores a temperatura ambiente.

Desventajas: El elevado coste del almacenamiento de energía superconductor (materiales y sistemas de refrigeración criogénicos) hace que su aplicación sea muy limitada. Limitada por su fiabilidad y economía, su aplicación comercial aún está lejos.

3. Almacenamiento de energía electroquímica

(1) Batería de plomo-ácido: Es una batería cuyo electrodo está compuesto principalmente de plomo y su óxido, y cuyo electrolito es una solución de ácido sulfúrico. En la actualidad, se usa ampliamente en el mundo, el ciclo de vida puede alcanzar aproximadamente 1000 veces, la eficiencia puede alcanzar el 80% -90%, el rendimiento de costos es alto y a menudo se usa en el suministro de energía para accidentes o en el suministro de energía de respaldo. del sistema eléctrico.

Desventajas: si se realiza una descarga profunda y rápida de alta potencia, la capacidad disponible disminuirá. Se caracteriza por una baja densidad de energía y una vida útil corta. Las baterías de plomo-ácido han aumentado mucho su ciclo de vida este año al agregar materiales de carbono superactivo a la placa negativa de las baterías de aluminato.

(2) Batería de iones de litio: es una clase de metal de litio o aleación de litio como material de electrodo negativo, el uso de una solución electrolítica no acuosa de la batería. Utilizada principalmente en dispositivos móviles portátiles, su eficiencia puede alcanzar más del 95%, el tiempo de descarga puede ser de hasta unas pocas horas, el número de ciclos puede ser de hasta 5000 veces o más, la respuesta es rápida, es la batería práctica en el panorama energético, el más utilizado en la actualidad. En los últimos años, la tecnología también se ha mejorado continuamente y los materiales de electrodos positivos y negativos tienen una variedad de aplicaciones.

Las principales baterías de litio del mercado se dividen en tres categorías: baterías de litio y ácido de cobalto, baterías de litio y ácido de manganeso y baterías de litio y fosfato de hierro . El primero tiene una alta densidad energética, pero la seguridad es ligeramente peor, el segundo, por el contrario, los vehículos eléctricos domésticos como BYD, la mayoría de los cuales actualmente utilizan baterías de fosfato de hierro y litio. ¿Pero parece que los extranjeros están jugando con baterías ternarias de litio y baterías de fosfato de hierro y litio?

Las baterías de litio-azufre también son muy calientes, con azufre como electrodo positivo y litio metálico como electrodo negativo, y la densidad de energía específica teórica puede alcanzar 2600wh/kg, y la densidad de energía real puede alcanzar 450wh/kg. Sin embargo, cómo mejorar en gran medida la vida útil del ciclo de carga y descarga de la batería, el uso de la seguridad también es un gran problema.

Desventajas: Hay precios altos (4 yuanes /wh), la sobrecarga provoca calentamiento, quemaduras y otros problemas de seguridad, es necesario cobrar protección.

(3) Batería de azufre y sodio: es una batería secundaria con sodio metálico como electrodo negativo, azufre como electrodo positivo y un tubo cerámico como diafragma de electrolito. El ciclo puede alcanzar 4500 veces, el tiempo de descarga es de 6 a 7 horas, la eficiencia del ciclo es del 75 %, la densidad de energía es alta y el tiempo de respuesta es rápido. En la actualidad, se han construido más de 200 centrales eléctricas de almacenamiento de energía de este tipo en Japón, Alemania, Francia, Estados Unidos y otros lugares, que se utilizan principalmente para nivelar cargas, cambiar picos y mejorar la calidad de la energía.

Desventajas: Debido al uso de sodio líquido, que funciona a altas temperaturas, es fácil de quemar. Y si la red se queda sin energía, se necesita un generador diésel para ayudar a mantener la temperatura alta o para ayudar a cumplir las condiciones para enfriar la batería.

(4) Batería de flujo: una batería de alto rendimiento que utiliza electrolitos positivos y negativos para separarse y circular respectivamente. La potencia y la energía de la batería no están correlacionadas, y la energía almacenada depende del tamaño del tanque de almacenamiento, por lo que puede almacenar energía desde unas pocas horas hasta unos días, con una capacidad de hasta Mw. Esta batería tiene varios sistemas, como el sistema de hierro-cromo, el sistema de zinc-bromo, el sistema de polisulfuro-bromo de sodio y todos los sistemas de vanadio, de los cuales la batería de vanadio es la más popular.

Desventajas: el volumen de la batería es demasiado grande; La batería tiene altos requisitos en cuanto a temperatura ambiente. Precios elevados (esto puede ser un fenómeno a corto plazo); El sistema es complejo (es una bomba y una tubería, que no es tan simple como una batería sin flujo como la de litio). El almacenamiento de energía en baterías tiene más o menos problemas ambientales.



4, almacenamiento de energía térmica: en el sistema de almacenamiento de energía térmica, la energía térmica se almacena en el medio del contenedor aislado, que se puede convertir nuevamente en energía eléctrica cuando sea necesario, y también se puede usar directamente y ya no volver a convertirse en energía eléctrica. energía. El almacenamiento de energía térmica se puede dividir en almacenamiento de calor sensible y almacenamiento de calor latente. El calor almacenado en el almacenamiento de energía térmica puede ser grande, por lo que puede utilizarse en la generación de energía renovable.

Desventajas: el almacenamiento de energía térmica requiere una variedad de medios de trabajo térmicos químicos de alta temperatura y las ocasiones de aplicación son relativamente limitadas.

5, almacenamiento de energía química Almacenamiento de energía química: el uso de hidrógeno o gas natural sintético como portador de energía secundario, el uso de exceso de electricidad para producir hidrógeno, puede usar hidrógeno directamente como portador de energía, también puede reaccionar con dióxido de carbono en Gas natural sintético (metano), hidrógeno o gas natural sintético además de la generación de energía, existen otras formas de utilizarlo como el transporte. Alemania está interesada en promover esta tecnología y tiene proyectos de demostración en funcionamiento.

Desventajas: la eficiencia del ciclo completo es baja, la eficiencia de la producción de hidrógeno es solo del 40% y la eficiencia del gas natural sintético es inferior al 35%.