مقارنة بين مزايا وعيوب أنظمة تخزين الطاقة

المختلفة 1، تخزين الطاقة الميكانيكية يشمل تخزين الطاقة الميكانيكية بشكل أساسي تخزين الضخ وتخزين طاقة الهواء المضغوط وتخزين طاقة دولاب الموازنة.

(1) التخزين بالضخ: عندما تستخدم الشبكة الكهرباء الزائدة كمياه سائلة للطاقة من الخزان المنخفض إلى الخزان المرتفع، فإن الحمل الأقصى للشبكة من مياه الخزان المرتفع يعود إلى الخزان السفلي لتعزيز توليد الطاقة من المولد التوربيني، تبلغ الكفاءة بشكل عام حوالي 75٪، والمعروفة باسم 4 من 3، مع قدرة التعديل اليومية، لذروة الحمل والنسخ الاحتياطي.

العيوب: صعوبة الموقع، واعتماده على التضاريس؛ دورة الاستثمار كبيرة، والخسارة عالية، بما في ذلك خسارة التصريف والتخزين + خسارة الخط؛ وفي هذه المرحلة، أصبحت الطاقة مقيدة أيضاً بسياسة أسعار الكهرباء في الصين، وكان أكثر من 80% من عمليات الضخ والتخزين في الصين في العام الماضي تحت الشمس.

(2) تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES): تخزين طاقة الهواء المضغوط هو استخدام الكهرباء المتبقية من نظام الطاقة عندما يكون الحمل منخفضًا، مدفوعًا بالمحرك لتشغيل ضاغط الهواء، ويتم ضغط الهواء في الحجم الكبير المغلق. كهف تحت الأرض بسعة كغرفة تخزين الغاز، عندما يكون نظام توليد الطاقة غير كافٍ، يتم خلط الهواء المضغوط بالزيت أو الغاز الطبيعي من خلال المبادل الحراري والاحتراق، في توربينات الغاز لتوليد الطاقة. هناك المزيد من الدراسات الأجنبية، والتكنولوجيا ناضجة، وبدأت الصين متأخرة قليلاً، كما لو أن الأكاديمي لو تشيانغ لديه المزيد من الأبحاث حول هذا الجانب، ما هو التوليد المشترك للطاقة الباردة وما إلى ذلك.

يحتوي تخزين الهواء المضغوط أيضًا على وظيفة الذروة، وهي مناسبة لمزارع الرياح واسعة النطاق، لأن العمل الميكانيكي الناتج عن طاقة الرياح يمكن أن يدفع الضاغط مباشرة إلى الدوران، مما يقلل التحويل الوسيط إلى كهرباء، وبالتالي تحسين الكفاءة.

العيوب: أحد العوائق الرئيسية هو انخفاض الكفاءة. والسبب هو أن درجة حرارة الهواء ترتفع عند ضغطه، وتنخفض درجة الحرارة عندما يتحرر الهواء ويتمدد. في عملية الهواء المضغوط، يتم فقدان بعض الطاقة على شكل حرارة ويجب إعادة تسخينها قبل التمدد. وعادة ما يستخدم الغاز الطبيعي كمصدر للحرارة لتسخين الهواء، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة تخزين الطاقة. ومن العيوب الأخرى التي يمكن تصورها الحاجة إلى وحدات تخزين غاز كبيرة، وظروف جيولوجية معينة، والاعتماد على حرق الوقود الأحفوري.

(3) تخزين طاقة دولاب الموازنة: هو استخدام دولاب الموازنة الدوار عالي السرعة لتخزين الطاقة على شكل طاقة حركية، وعند الحاجة إلى الطاقة، تتباطأ دولاب الموازنة وتطلق الطاقة المخزنة. التكنولوجيا الوحيدة لتخزين طاقة دولاب الموازنة هي في الأساس محلية (لكن الفجوة مع الدول الأجنبية تزيد عن 10 سنوات)، وتتمثل الصعوبة في تطوير منتجات جديدة بوظائف مختلفة وفقًا لاستخدامات مختلفة، وبالتالي فإن مصدر طاقة تخزين طاقة دولاب الموازنة مرتفع- منتج تقني ولكن الابتكار الأصلي غير كافٍ، مما يزيد من صعوبة الحصول على دعم تمويل البحث العلمي الوطني. كثافة الطاقة ليست عالية بما فيه الكفاية، معدل التفريغ الذاتي مرتفع، مثل إيقاف الشحن، سيتم استنفاد الطاقة خلال بضع إلى عشرات الساعات. مناسب فقط لبعض قطاعات السوق، مثل مصادر الطاقة غير المنقطعة عالية الجودة.

2 ، تخزين الطاقة الكهربائية (1) تخزين طاقة المكثف الفائق: يتم استخدام هيكل الطبقة الكهربائية المزدوجة المكون من قطب كهربائي مسامي من الكربون المنشط والكهارل للحصول على سعة كهربائية كبيرة. على عكس البطاريات، التي تستخدم التفاعلات الكيميائية، فإن عملية شحن وتفريغ المكثفات الفائقة هي دائمًا عملية فيزيائية. وقت شحن قصير، عمر خدمة طويل، خصائص درجة حرارة جيدة، توفير الطاقة وحماية البيئة الخضراء. لا تحتوي المكثفات الفائقة على أشياء معقدة للغاية، أي شحن المكثف، والباقي يتعلق بالمواد، والاتجاه الحالي للبحث هو ما إذا كانت المساحة صغيرة والسعة أكبر. لا يزال تطوير المكثفات الفائقة سريعًا جدًا، والمكثفات الفائقة الجديدة القائمة على مواد الجرافين ساخنة جدًا.

العيوب: بالمقارنة مع البطاريات، فإن كثافة الطاقة فيها تؤدي إلى تخزين طاقة منخفض نسبيًا لنفس الوزن، مما يؤدي بشكل مباشر إلى ضعف عمر البطارية ويعتمد على ولادة مواد جديدة، مثل الجرافين.

(2) تخزين الطاقة فائقة التوصيل (SMES): أجهزة مصنوعة من الموصلات الفائقة المقاومة للصفر لتخزين الطاقة الكهربائية. يتضمن نظام تخزين الطاقة فائق التوصيل بشكل أساسي مخطط التوصيل الفائق ونظام درجة الحرارة المنخفضة ونظام تنظيم الطاقة ونظام المراقبة. يعد تطوير تكنولوجيا المواد فائقة التوصيل أولوية قصوى لتكنولوجيا تخزين الطاقة فائقة التوصيل، ويمكن تقسيم المواد فائقة التوصيل تقريبًا إلى مواد فائقة التوصيل ذات درجة حرارة منخفضة، ومواد فائقة التوصيل ذات درجة حرارة عالية، ومواد فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة.

العيوب: التكلفة العالية لتخزين الطاقة فائقة التوصيل (المواد وأنظمة التبريد المبردة) تجعل تطبيقها محدودًا للغاية. مع محدودية الموثوقية والاقتصاد، لا يزال التطبيق التجاري بعيدًا.

3. تخزين الطاقة الكهروكيميائية

(1) بطارية الرصاص الحمضية: هي بطارية يتكون قطبها الكهربائي بشكل أساسي من الرصاص وأكسيده، ويكون إلكتروليتها عبارة عن محلول حمض الكبريتيك. في الوقت الحاضر، يتم استخدامه على نطاق واسع في العالم، يمكن أن يصل عمر الدورة إلى حوالي 1000 مرة، ويمكن أن تصل الكفاءة إلى 80%-90%، وأداء التكلفة مرتفع، وغالبًا ما يستخدم في مصدر الطاقة للحوادث أو مصدر الطاقة الاحتياطية. لنظام الطاقة.

العيوب: إذا كان التفريغ العميق والسريع للطاقة العالية، ستنخفض السعة المتاحة. ويتميز بكثافة طاقة منخفضة وعمر افتراضي قصير. زادت بطاريات الرصاص الحمضية من دورة حياتها بشكل كبير هذا العام عن طريق إضافة مواد كربونية فائقة النشاط إلى اللوحة السلبية لبطاريات الألومينات.

(2) بطارية ليثيوم أيون: هي فئة من معدن الليثيوم أو سبائك الليثيوم كمواد قطبية سالبة، ويتم استخدام محلول إلكتروليت غير مائي للبطارية. تستخدم بشكل رئيسي في الأجهزة المحمولة المحمولة، يمكن أن تصل كفاءتها إلى أكثر من 95%، ويمكن أن يصل وقت التفريغ إلى بضع ساعات، ويمكن أن يصل عدد الدورات إلى 5000 مرة أو أكثر، والاستجابة سريعة، هي البطارية العملية في مشهد الطاقة، الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر. في السنوات الأخيرة، تم أيضًا ترقية التكنولوجيا بشكل مستمر، ولمواد الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية مجموعة متنوعة من التطبيقات.

تنقسم بطاريات الليثيوم ذات الطاقة السائدة في السوق إلى ثلاث فئات: بطاريات حمض الليثيوم الكوبالت وبطاريات حمض الليثيوم المنغنيز وبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد . الأول لديه كثافة طاقة عالية، لكن السلامة أسوأ قليلاً، والأخير على العكس من ذلك، السيارات الكهربائية المحلية مثل BYD، والتي يستخدم معظمها حاليًا بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد. ولكن يبدو أن الأجانب يلعبون ببطاريات الليثيوم الثلاثية وبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد؟

بطاريات الليثيوم والكبريت تكون أيضًا ساخنة جدًا، مع الكبريت كقطب موجب ومعدن الليثيوم كقطب سلبي، ويمكن أن تصل كثافة الطاقة النوعية النظرية إلى 2600 وات ساعة/كجم، ويمكن أن تصل كثافة الطاقة الفعلية إلى 450 وات ساعة/كجم. ومع ذلك، كيفية تحسين عمر دورة شحن وتفريغ البطارية بشكل كبير، يعد استخدام السلامة أيضًا مشكلة كبيرة.

العيوب: هناك أسعار مرتفعة (4 يوان / ساعة)، ويؤدي الشحن الزائد إلى التدفئة والحرق ومشاكل السلامة الأخرى، وتحتاج إلى حماية مشحونة.

(3) بطارية كبريت الصوديوم: وهي بطارية ثانوية تحتوي على معدن الصوديوم كقطب سالب، والكبريت كقطب موجب، وأنبوب السيراميك كغشاء إلكتروليتي. يمكن أن تصل الدورة إلى 4500 مرة، ووقت التفريغ هو 6-7 ساعات، وكفاءة الدورة 75%، وكثافة الطاقة عالية، ووقت الاستجابة سريع. في الوقت الحاضر، تم بناء أكثر من 200 محطة طاقة لتخزين الطاقة في اليابان وألمانيا وفرنسا والولايات المتحدة وأماكن أخرى، والتي تستخدم بشكل أساسي لتسوية الأحمال وتحويل الذروة وتحسين جودة الطاقة.

العيوب: بسبب استخدام الصوديوم السائل، يعمل في درجات حرارة عالية، سهل الاحتراق. وفي حالة انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، فإنها تحتاج إلى مولد ديزل للمساعدة في الحفاظ على درجة الحرارة المرتفعة، أو للمساعدة في تلبية شروط تبريد البطارية.

(4) بطارية التدفق: بطارية عالية الأداء تستخدم إلكتروليتات موجبة وسالبة للفصل والتدوير على التوالي. قوة البطارية وطاقتها غير مرتبطتين، وتعتمد الطاقة المخزنة على حجم خزان التخزين، بحيث يمكنها تخزين الطاقة لمدة تصل إلى بضع ساعات إلى بضعة أيام، بسعة تصل إلى ميغاواط. تحتوي هذه البطارية على عدد من الأنظمة، مثل نظام كروم الحديد ونظام بروم الزنك ونظام بروم متعدد كبريتيد الصوديوم وجميع أنظمة الفاناديوم، والتي تعتبر بطارية الفاناديوم الأكثر شهرة.

العيوب: حجم البطارية كبير جدًا؛ البطارية لديها متطلبات عالية على درجة الحرارة المحيطة. ارتفاع الأسعار (قد تكون هذه ظاهرة قصيرة المدى)؛ النظام معقد (وهو عبارة عن مضخة وخط أنابيب، وهو ليس بسيطًا مثل البطاريات غير المتدفقة مثل الليثيوم) ويعاني تخزين طاقة البطارية من مشاكل بيئية أكثر أو أقل.



4، تخزين الطاقة الحرارية: في نظام تخزين الطاقة الحرارية، يتم تخزين الطاقة الحرارية في وسط الحاوية المعزولة، والتي يمكن تحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربائية عند الحاجة، ويمكن أيضًا استخدامها مباشرة ولم يعد يتم تحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربائية طاقة. يمكن تقسيم تخزين الطاقة الحرارية إلى تخزين حرارة معقول وتخزين حرارة كامن. يمكن أن تكون الحرارة المخزنة في تخزين الطاقة الحرارية كبيرة، لذا يمكن استخدامها في توليد الطاقة المتجددة.

العيوب: تخزين الطاقة الحرارية يتطلب مجموعة متنوعة من وسائط العمل الحرارية الكيميائية ذات درجة الحرارة العالية، ومناسبات التطبيق محدودة نسبيًا.

5، تخزين الطاقة الكيميائية تخزين الطاقة الكيميائية: استخدام الهيدروجين أو الغاز الطبيعي الاصطناعي كحامل طاقة ثانوي، واستخدام الكهرباء الزائدة لإنتاج الهيدروجين، يمكنك استخدام الهيدروجين مباشرة كحامل للطاقة، ويمكنك أيضًا التفاعل مع ثاني أكسيد الكربون إلى الغاز الطبيعي الاصطناعي (الميثان)، الهيدروجين أو الغاز الطبيعي الاصطناعي بالإضافة إلى توليد الطاقة، هناك طرق أخرى لاستخدامها مثل النقل. وتحرص ألمانيا على الترويج لهذه التكنولوجيا ولديها مشاريع تجريبية قيد التنفيذ.

العيوب: كفاءة الدورة الكاملة منخفضة، وكفاءة إنتاج الهيدروجين 40% فقط، وكفاءة الغاز الطبيعي الاصطناعي أقل من 35%.