Vergleich der Vor- und Nachteile verschiedener
Energiespeichersysteme
1, mechanische Energiespeicherung. Die mechanische Energiespeicherung umfasst hauptsächlich Pumpspeicherung, Druckluft-Energiespeicherung und Schwungrad-Energiespeicherung.
(1) Pumpspeicherung: Wenn das Netz durch die Nutzung von überschüssigem Strom als flüssiges Energiemedium Wasser vom tiefgelegenen Reservoir zum hochgelegenen Reservoir transportiert, wird die Netzspitzenlast des hochgelegenen Reservoirwassers zurück zum tiefer gelegenen Reservoir gefördert Bei der Stromerzeugung durch Turbinengeneratoren beträgt der Wirkungsgrad im Allgemeinen etwa 75 %, allgemein bekannt als 4 von 3, mit täglicher Anpassungskapazität für Spitzenlast und Backup.
Mängel: schwierige Lage und Abhängigkeit vom Gelände; Der Investitionszyklus ist lang und der Verlust ist hoch, einschließlich Entleerungs- und Speicherverlust + Leitungsverlust; Zum jetzigen Zeitpunkt wird es auch durch Chinas Strompreispolitik eingeschränkt, und mehr als 80 % der Pump- und Speicherkapazitäten Chinas lagen im vergangenen Jahr in der Sonne.
(2) Druckluft-Energiespeicher (CAES): Der Druckluft-Energiespeicher dient dazu, den verbleibenden Strom des Stromnetzes zu nutzen, wenn die Last niedrig ist. Er wird vom Motor angetrieben, um den Luftkompressor anzutreiben. Die Luft wird in den geschlossenen Großraum gedrückt. Kapazität einer unterirdischen Höhle als Gasspeicherkammer. Wenn die Stromerzeugung des Systems nicht ausreicht, wird die komprimierte Luft durch den Wärmetauscher und die Verbrennung mit Öl oder Erdgas gemischt und zur Stromerzeugung in die Gasturbine geleitet. Es gibt mehr ausländische Studien, die Technologie ist ausgereift und China ist etwas spät dran, als hätte der Akademiker Lu Qiang mehr Forschung zu diesem Aspekt, was ist Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung und so weiter.
Druckluftspeicher verfügen außerdem über eine Peaking-Funktion, die für große Windparks geeignet ist, da die durch Windenergie erzeugte mechanische Arbeit den Kompressor direkt in Rotation versetzen kann, wodurch die Zwischenumwandlung in Strom reduziert und so die Effizienz verbessert wird.
Nachteile: Ein großer Nachteil ist die geringe Effizienz. Der Grund dafür ist, dass die Temperatur der Luft steigt, wenn sie komprimiert wird, und die Temperatur sinkt, wenn die Luft entspannt und expandiert wird. Bei der Druckluftverarbeitung geht ein Teil der Energie als Wärme verloren und muss vor der Expansion wieder erhitzt werden. Als Wärmequelle zum Erwärmen der Luft wird üblicherweise Erdgas verwendet, was zu einer geringeren Energiespeichereffizienz führt. Weitere denkbare Nachteile sind die Notwendigkeit großer Gasspeicher, bestimmte geologische Bedingungen und die Abhängigkeit von der Verbrennung fossiler Brennstoffe.
(3) Schwungrad-Energiespeicherung: Hierbei wird ein sich mit hoher Geschwindigkeit drehendes Schwungrad verwendet, um Energie in Form von kinetischer Energie zu speichern. Wenn Energie benötigt wird, verlangsamt sich das Schwungrad und gibt die gespeicherte Energie frei. Die einzige Technologie der Schwungrad-Energiespeicherung ist im Wesentlichen inländisch (aber der Abstand zum Ausland beträgt mehr als 10 Jahre). Die Schwierigkeit besteht darin, neue Produkte mit unterschiedlichen Funktionen für unterschiedliche Verwendungszwecke zu entwickeln, daher ist die Schwungrad-Energiespeicher-Stromversorgung eine hochentwickelte Technologie. Es handelt sich um ein technisches Produkt, aber die ursprüngliche Innovation reicht nicht aus, was es schwieriger macht, die nationale Unterstützung für die wissenschaftliche Forschung zu erhalten. Die Energiedichte ist nicht hoch genug, die Selbstentladungsrate ist hoch, z. B. wenn der Ladevorgang beendet wird, wird die Energie innerhalb weniger bis Dutzende Stunden erschöpft sein. Nur für einige Marktsegmente geeignet, beispielsweise für hochwertige unterbrechungsfreie Stromversorgungen.
2, elektrische Energiespeicherung (1) Superkondensator-Energiespeicherung: Die doppelte elektrische Schichtstruktur bestehend aus einer porösen Aktivkohleelektrode und einem Elektrolyten wird verwendet, um eine große elektrische Kapazität zu erhalten. Im Gegensatz zu Batterien, die chemische Reaktionen nutzen, ist der Lade- und Entladevorgang von Superkondensatoren immer ein physikalischer Prozess. Kurze Ladezeit, lange Lebensdauer, gute Temperatureigenschaften, Energieeinsparung und grüner Umweltschutz. Superkondensatoren haben keine allzu komplizierten Dinge, nämlich das Aufladen des Kondensators, und der Rest ist eine Frage des Materials. Die aktuelle Forschungsrichtung besteht darin, ob die Fläche klein und die Kapazität größer ist. Die Entwicklung von Superkondensatoren geht immer noch sehr schnell voran und die neuen Superkondensatoren auf Basis von Graphenmaterialien sind sehr heiß.
Nachteile: Im Vergleich zu Batterien führt ihre Energiedichte zu einer relativ geringen Energiespeicherung bei gleichem Gewicht, was direkt zu einer schlechten Batterielebensdauer führt und die Entstehung neuer Materialien wie Graphen erfordert.
(2) Supraleitende Energiespeicher (SMES): Geräte aus widerstandslosen Supraleitern zur Speicherung elektrischer Energie. Das supraleitende Energiespeichersystem umfasst hauptsächlich ein supraleitendes Diagramm, ein Niedertemperatursystem, ein Leistungsregulierungssystem und ein Überwachungssystem. Die Entwicklung der Technologie für supraleitende Materialien ist die oberste Priorität der supraleitenden Energiespeichertechnologie. Supraleitende Materialien können grob in supraleitende Materialien für niedrige Temperaturen, supraleitende Materialien für hohe Temperaturen und supraleitende Materialien für Raumtemperatur unterteilt werden.
Nachteile: Die hohen Kosten der supraleitenden Energiespeicherung (Materialien und kryogene Kühlsysteme) machen ihre Anwendung sehr begrenzt. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit ist eine kommerzielle Anwendung noch in weiter Ferne.
3. Elektrochemischer Energiespeicher
(1)
Blei-Säure-Batterie: Es handelt sich um eine Batterie, deren Elektrode hauptsächlich aus Blei und dessen Oxid besteht und deren Elektrolyt eine Schwefelsäurelösung ist. Derzeit ist es weltweit weit verbreitet, die Zyklenlebensdauer kann etwa das 1000-fache erreichen, der Wirkungsgrad kann 80–90 % erreichen, die Kostenleistung ist hoch und es wird häufig in der Unfallstromversorgung oder Notstromversorgung eingesetzt des Energiesystems.
Nachteile: Bei tiefer, schneller Hochleistungsentladung verringert sich die verfügbare Kapazität. Es zeichnet sich durch eine geringe Energiedichte und eine kurze Lebensdauer aus. Blei-Säure-Batterien haben ihre Zyklenlebensdauer in diesem Jahr erheblich verlängert, indem der negativen Platte von Aluminatbatterien superaktive Kohlenstoffmaterialien hinzugefügt wurden.
(2) Lithium-Ionen-Batterie: ist eine Klasse von Lithiummetall oder Lithiumlegierung als negatives Elektrodenmaterial, die Verwendung einer nichtwässrigen Elektrolytlösung der Batterie. Wird hauptsächlich in tragbaren Mobilgeräten verwendet, seine Effizienz kann mehr als 95 % erreichen, die Entladezeit kann bis zu ein paar Stunden betragen, die Anzahl der Zyklen kann bis zu 5000 Mal oder mehr betragen, die Reaktion ist schnell, der praktische Akku ist im Lieferumfang enthalten die Energielandschaft, die derzeit am häufigsten genutzt wird. In den letzten Jahren wurde auch die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt und positive und negative Elektrodenmaterialien finden vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
Die gängigen Lithium-Leistungsbatterien auf dem Markt sind in drei Kategorien unterteilt: Lithium-Kobalt-Säure-Batterien, Lithium-Mangan-Säure-Batterien und
Lithium-Eisenphosphat-Batterien . Ersteres hat eine hohe Energiedichte, aber die Sicherheit ist etwas schlechter, letzteres hingegen sind heimische Elektrofahrzeuge wie BYD, von denen die meisten derzeit Lithium-Eisenphosphat-Batterien verwenden. Aber es scheint, dass Ausländer ternäre Lithiumbatterien und Lithiumeisenphosphatbatterien spielen?
Lithium-Schwefel-Batterien sind ebenfalls sehr heiß, mit Schwefel als positiver Elektrode und Lithiummetall als negativer Elektrode, und die theoretische spezifische Energiedichte kann 2600 Wh/kg und die tatsächliche Energiedichte 450 Wh/kg erreichen. Allerdings ist es auch ein großes Problem, die Lebensdauer des Batterielade- und -entladezyklus erheblich zu verbessern und die Sicherheit zu nutzen.
Nachteile: Es gibt hohe Preise (4 Yuan/Wh), eine Überladung führt zu Erwärmung, Verbrennung und anderen Sicherheitsproblemen, es muss ein Schutz berechnet werden.
(3) Natrium-Schwefel-Batterie: Es handelt sich um eine Sekundärbatterie mit metallischem Natrium als negativer Elektrode, Schwefel als positiver Elektrode und einem Keramikrohr als Elektrolytmembran. Der Zyklus kann 4500 Mal erreichen, die Entladezeit beträgt 6–7 Stunden, der Zykluswirkungsgrad beträgt 75 %, die Energiedichte ist hoch und die Reaktionszeit ist schnell. Derzeit wurden in Japan, Deutschland, Frankreich, den Vereinigten Staaten und anderen Orten mehr als 200 solcher Energiespeicherkraftwerke gebaut, die hauptsächlich zum Lastausgleich, zur Spitzenverschiebung und zur Verbesserung der Stromqualität eingesetzt werden.
Nachteile: Aufgrund der Verwendung von flüssigem Natrium läuft es bei hohen Temperaturen und kann leicht verbrennen. Und wenn das Stromnetz ausfällt, ist ein Dieselgenerator erforderlich, um die hohe Temperatur aufrechtzuerhalten oder die Bedingungen für die Kühlung der Batterie zu erfüllen.
(4) Durchflussbatterie: eine Hochleistungsbatterie, die positive und negative Elektrolyte zur Trennung bzw. Zirkulation nutzt. Die Leistung und Energie der Batterie korrelieren nicht und die gespeicherte Energie hängt von der Größe des Speichertanks ab, sodass dieser Energie für einige Stunden bis einige Tage mit einer Kapazität von bis zu MW speichern kann. Diese Batterie verfügt über eine Reihe von Systemen, wie zum Beispiel ein Eisen-Chrom-System, ein Zink-Brom-System, ein Natriumpolysulfid-Brom-System und ein All-Vanadium-System, wobei Vanadium-Batterien am beliebtesten sind.
Nachteile: Das Batterievolumen ist zu groß; Die Batterie stellt hohe Anforderungen an die Umgebungstemperatur. Hohe Preise (dies kann ein kurzfristiges Phänomen sein); Das System ist komplex (es besteht aus einer Pumpe und einer Rohrleitung, was nicht so einfach ist wie eine nicht durchfließende Batterie wie Lithium). Die Speicherung von Batterieenergie weist mehr oder weniger Umweltprobleme auf.
4, Wärmeenergiespeicher: Im Wärmeenergiespeichersystem wird die Wärmeenergie im Medium des Isolierbehälters gespeichert, die bei Bedarf wieder in elektrische Energie umgewandelt werden kann, aber auch direkt genutzt und nicht mehr wieder in elektrische Energie umgewandelt werden kann Energie. Wärmeenergiespeicher lassen sich in sensible Wärmespeicher und Latentwärmespeicher unterteilen. Die in thermischen Energiespeichern gespeicherte Wärme kann groß sein, sodass sie zur Erzeugung erneuerbarer Energien genutzt werden kann.
Nachteile: Die Speicherung thermischer Energie erfordert eine Vielzahl chemischer thermischer Arbeitsmedien mit hoher Temperatur und die Anwendungsmöglichkeiten sind relativ begrenzt.
5, chemische Energiespeicherung. Chemische Energiespeicherung: die Verwendung von Wasserstoff oder synthetischem Erdgas als sekundärer Energieträger, die Verwendung von überschüssigem Strom zur Herstellung von Wasserstoff, Sie können Wasserstoff direkt als Energieträger verwenden, Sie können auch mit Kohlendioxid reagieren Synthetisches Erdgas (Methan), Wasserstoff oder synthetisches Erdgas Neben der Stromerzeugung gibt es auch andere Nutzungsmöglichkeiten wie den Transport. Deutschland fördert die Technologie gerne und betreibt Demonstrationsprojekte.
Nachteile: Der Wirkungsgrad des gesamten Zyklus ist gering, der Wirkungsgrad der Wasserstoffproduktion beträgt nur 40 % und der Wirkungsgrad von synthetischem Erdgas beträgt weniger als 35 %.
