व्यावसायिक ऊर्जा संचय विहंगावलोकन
By hoppt
कार्बन न्यूट्रॅलिटीसाठी अक्षय ऊर्जा हा दीर्घकालीन योजनेचा एक आवश्यक भाग आहे. नियंत्रित करण्यायोग्य आण्विक संलयन, अंतराळ खाणकाम आणि अल्पकालीन व्यावसायिक मार्ग नसलेल्या जलविद्युत संसाधनांचा मोठ्या प्रमाणावर परिपक्व विकास याकडे दुर्लक्ष करून, पवन ऊर्जा आणि सौर ऊर्जा सध्या सर्वात आशादायक अक्षय ऊर्जा स्रोत आहेत. तरीही, ते वारा आणि प्रकाश स्रोतांद्वारे मर्यादित आहेत. ऊर्जा साठवण हा भविष्यातील ऊर्जेच्या वापराचा एक आवश्यक भाग असेल. हा लेख आणि त्यानंतरच्या लेखांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर व्यावसायिक ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञानाचा समावेश असेल, प्रामुख्याने अंमलबजावणी प्रकरणांवर लक्ष केंद्रित केले जाईल.
अलिकडच्या वर्षांत, ऊर्जा संचयन प्रणालीच्या जलद बांधकामामुळे काही भूतकाळातील डेटा यापुढे उपयुक्त ठरला आहे, जसे की "संकुचित वायु ऊर्जा संचयन 440MW च्या एकूण स्थापित क्षमतेसह दुसऱ्या क्रमांकावर आहे, आणि सोडियम-सल्फर बॅटरी तिसऱ्या क्रमांकावर आहे, एकूण क्षमतेच्या स्केलसह. 440 MW. 316MW" इ. शिवाय, Huawei ने 1300MWh क्षमतेसह जगातील "सर्वात मोठ्या" ऊर्जा साठवण प्रकल्पावर स्वाक्षरी केल्याची बातमी जबरदस्त आहे. तथापि, विद्यमान डेटानुसार, 1300MWh हा जागतिक स्तरावर सर्वात महत्त्वाचा ऊर्जा संचय प्रकल्प नाही. मध्यवर्ती सर्वात मोठा ऊर्जा साठवण प्रकल्प पंप केलेल्या स्टोरेजचा आहे. क्षार ऊर्जा संचयन सारख्या भौतिक ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञानासाठी, इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा संचयनाच्या बाबतीत, 1300MWh हा सर्वात महत्त्वाचा प्रकल्प नाही (ही सांख्यिकीय कॅलिबरची बाब असू शकते). मॉस लँडिंग एनर्जी स्टोरेज सेंटरची सध्याची क्षमता 1600MWh पर्यंत पोहोचली आहे (दुसऱ्या टप्प्यात 1200MWh, दुसऱ्या टप्प्यात 400MWh). तरीही, Huawei च्या एंट्रीने स्टेजवर ऊर्जा स्टोरेज इंडस्ट्री स्पॉटलाइट केली आहे.
सध्या, व्यावसायिक आणि संभाव्य ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञान यांत्रिक ऊर्जा साठवण, थर्मल ऊर्जा संचयन, विद्युत ऊर्जा संचयन, रासायनिक ऊर्जा संचयन आणि विद्युत रासायनिक ऊर्जा संचयन मध्ये वर्गीकृत केले जाऊ शकते. भौतिकशास्त्र आणि रसायनशास्त्र मूलत: सारखेच आहेत, म्हणून आपण त्या काळासाठी आपल्या पूर्ववर्तींच्या विचारसरणीनुसार त्यांचे वर्गीकरण करूया.
- यांत्रिक ऊर्जा साठवण / थर्मल स्टोरेज आणि कोल्ड स्टोरेज
पंप केलेले स्टोरेज:
वरचे आणि खालचे असे दोन जलाशय आहेत, ऊर्जा साठवणुकीदरम्यान वरच्या जलाशयात पाणी उपसणे आणि वीजनिर्मितीदरम्यान खालच्या जलाशयात पाणी सोडणे. तंत्रज्ञान परिपक्व आहे. 2020 च्या अखेरीस, पंप केलेल्या साठवण क्षमतेची जागतिक स्थापित क्षमता 159 दशलक्ष किलोवॅट होती, जी एकूण ऊर्जा साठवण क्षमतेच्या 94% आहे. सध्या, माझ्या देशाने एकूण 32.49 दशलक्ष किलोवॅटचे पंप केलेले स्टोरेज पॉवर स्टेशन कार्यान्वित केले आहेत; निर्माणाधीन पंप स्टोरेज पॉवर स्टेशनचे पूर्ण प्रमाण 55.13 दशलक्ष किलोवॅट आहे. बिल्ट आणि अंडर कन्स्ट्रक्शन दोन्हीचे स्केल जगात प्रथम क्रमांकावर आहे. एनर्जी स्टोरेज पॉवर स्टेशनची स्थापित क्षमता हजारो मेगावॅटपर्यंत पोहोचू शकते, वार्षिक वीज निर्मिती कित्येक अब्ज kWh पर्यंत पोहोचू शकते आणि ब्लॅक स्टार्ट गती काही मिनिटांच्या क्रमाने असू शकते. सध्या, चीनमध्ये कार्यरत असलेले सर्वात मोठे ऊर्जा साठवण ऊर्जा केंद्र, हेबेई फेंगनिंग पंप्ड स्टोरेज पॉवर स्टेशन, 3.6 दशलक्ष किलोवॅटची स्थापित क्षमता आणि वार्षिक ऊर्जा निर्मिती क्षमता 6.6 अब्ज kWh आहे (जे 8.8 अब्ज kWh अतिरिक्त वीज शोषू शकते, सुमारे 75% च्या कार्यक्षमतेसह). काळा प्रारंभ वेळ 3-5 मिनिटे. जरी पंप केलेल्या स्टोरेजमध्ये सामान्यतः मर्यादित साइट निवड, दीर्घ गुंतवणूक चक्र आणि महत्त्वपूर्ण गुंतवणूकीचे तोटे मानले जात असले तरी, तरीही ते सर्वात परिपक्व तंत्रज्ञान, सर्वात सुरक्षित ऑपरेशन आणि सर्वात कमी किमतीचे ऊर्जा साठवण साधन आहे. नॅशनल एनर्जी अॅडमिनिस्ट्रेशनने पंप्ड स्टोरेजसाठी (२०२१-२०३५) मध्यम आणि दीर्घकालीन विकास योजना जारी केली आहे.
2025 पर्यंत, पंप केलेल्या स्टोरेजचे एकूण उत्पादन प्रमाण 62 दशलक्ष किलोवॅटपेक्षा जास्त असेल; 2030 पर्यंत, पूर्ण उत्पादन स्केल सुमारे 120 दशलक्ष किलोवॅट्स असेल; 2035 पर्यंत, नवीन उर्जेच्या उच्च प्रमाणात आणि मोठ्या प्रमाणात विकासाच्या गरजा पूर्ण करणारा आधुनिक पंप स्टोरेज उद्योग तयार केला जाईल.
हेबेई फेंगनिंग पंप्ड स्टोरेज पॉवर स्टेशन - लोअर जलाशय
कॉम्प्रेस्ड एअर एनर्जी स्टोरेज:
जेव्हा विजेचा भार कमी असतो, तेव्हा हवा संकुचित केली जाते आणि विजेद्वारे साठवली जाते (सामान्यतः भूगर्भातील मीठ गुंफा, नैसर्गिक गुंफा इ. मध्ये ठेवली जाते). जेव्हा विजेचा वापर शिगेला पोहोचतो, तेव्हा वीज निर्माण करण्यासाठी जनरेटर चालविण्यासाठी उच्च-दाब हवा सोडली जाते.
संकुचित हवा ऊर्जा साठवण
कॉम्प्रेस्ड एअर एनर्जी स्टोरेज हे साधारणपणे पंप केलेल्या स्टोरेजनंतर GW-स्केल मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा साठवणुकीसाठी दुसरे सर्वात योग्य तंत्रज्ञान मानले जाते. तरीही, ते पंप केलेल्या स्टोरेजपेक्षा अधिक कठोर साइट निवड परिस्थिती, उच्च गुंतवणूक खर्च आणि ऊर्जा संचयन कार्यक्षमता याद्वारे मर्यादित आहे. कमी, संकुचित वायु ऊर्जा संचयनाची व्यावसायिक प्रगती मंद आहे. या वर्षाच्या सप्टेंबरपर्यंत (2021), माझ्या देशाचा पहिला मोठ्या प्रमाणात कॉम्प्रेस्ड एअर एनर्जी स्टोरेज प्रोजेक्ट - जिआंगसू जिंतान सॉल्ट केव्ह कॉम्प्रेस्ड एअर एनर्जी स्टोरेज नॅशनल टेस्ट प्रात्यक्षिक प्रकल्प, नुकताच ग्रीडशी जोडला गेला आहे. प्रकल्पाच्या पहिल्या टप्प्याची स्थापित क्षमता 60MW आहे, आणि वीज रूपांतरण कार्यक्षमता सुमारे 60% आहे; प्रकल्पाचे दीर्घकालीन बांधकाम स्केल 1000MW पर्यंत पोहोचेल. ऑक्टोबर 2021 मध्ये, माझ्या देशाने स्वतंत्रपणे विकसित केलेली पहिली 10 मेगावॅट प्रगत कॉम्प्रेस्ड एअर एनर्जी स्टोरेज सिस्टीम बिजी, गुइझोऊ येथील ग्रीडशी जोडली गेली. असे म्हणता येईल की कॉम्पॅक्ट एअर एनर्जी स्टोरेजचा व्यावसायिक रस्ता नुकताच सुरू झाला आहे, परंतु भविष्य आशादायक आहे.
जिंतन कॉम्प्रेस्ड एअर एनर्जी स्टोरेज प्रकल्प.
वितळलेले मीठ ऊर्जा साठवण:
वितळलेले मीठ ऊर्जा साठवण, सामान्यत: सौर औष्णिक उर्जा निर्मितीसह एकत्रित, सूर्यप्रकाश केंद्रित करते आणि वितळलेल्या मीठामध्ये उष्णता साठवते. वीज निर्माण करताना, वितळलेल्या मिठाच्या उष्णतेचा वापर वीज निर्माण करण्यासाठी केला जातो आणि त्यापैकी बहुतेक टर्बाइन जनरेटर चालविण्यासाठी वाफ निर्माण करतात.
वितळलेले मीठ उष्णता साठवण
त्यांनी चीनच्या सर्वात मोठ्या सौर थर्मल पॉवर स्टेशनमध्ये हाय-टेक डुनहुआंग 100MW वितळलेल्या सॉल्ट टॉवर सोलर थर्मल पॉवर स्टेशनचा जयजयकार केला. देलिंगा 135 मेगावॅट सीएसपी प्रकल्पाच्या मोठ्या स्थापित क्षमतेचे बांधकाम सुरू झाले आहे. त्याची ऊर्जा साठवण वेळ 11 तासांपर्यंत पोहोचू शकते. प्रकल्पाची एकूण गुंतवणूक 3.126 अब्ज युआन आहे. हे 30 सप्टेंबर 2022 पूर्वी अधिकृतपणे ग्रीडशी जोडले जाण्याची योजना आहे आणि ते दरवर्षी सुमारे 435 दशलक्ष kWh वीज निर्माण करू शकते.
Dunhuang CSP स्टेशन
भौतिक ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञानामध्ये फ्लायव्हील ऊर्जा साठवण, शीतगृह ऊर्जा साठवण इ.
- विद्युत ऊर्जा साठवण:
सुपरकॅपॅसिटर: त्याच्या कमी उर्जेची घनता (खाली पहा) आणि गंभीर स्व-डिस्चार्जद्वारे मर्यादित, हे सध्या फक्त वाहन ऊर्जा पुनर्प्राप्ती, तात्काळ शिखर शेव्हिंग आणि व्हॅली फिलिंगच्या छोट्या श्रेणीमध्ये वापरले जाते. शांघाय यंगशान डीपवॉटर पोर्ट हे वैशिष्ट्यपूर्ण ऍप्लिकेशन्स आहेत, जेथे 23 क्रेन पॉवर ग्रिडवर लक्षणीय परिणाम करतात. पॉवर ग्रिडवर क्रेनचा प्रभाव कमी करण्यासाठी, बॅकअप स्त्रोत म्हणून 3MW/17.2KWh सुपरकॅपेसिटर ऊर्जा संचयन प्रणाली स्थापित केली आहे, जी सतत 20s वीज पुरवठा प्रदान करू शकते.
सुपरकंडक्टिंग एनर्जी स्टोरेज: वगळले
- इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा साठवण:
हा लेख खालील श्रेणींमध्ये व्यावसायिक इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा संचयनाचे वर्गीकरण करतो:
लीड-ऍसिड, लीड-कार्बन बॅटरी
फ्लो बॅटरी
लिथियम-आयन बॅटर्‍या, सोडियम-आयन बॅटर्‍यांसह मेटल-आयन बॅटरी इ.
रिचार्ज करण्यायोग्य मेटल-सल्फर/ऑक्सिजन/एअर बॅटरीज
इतर
लीड-ऍसिड आणि लीड-कार्बन बॅटर्‍या: परिपक्व ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञान म्हणून, कार स्टार्टअप्स, कम्युनिकेशन बेस स्टेशन पॉवर प्लांट्ससाठी बॅकअप पॉवर सप्लाय इत्यादींमध्ये लीड-ऍसिड बॅटरी मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जातात. लीड-ऍसिड बॅटरीच्या Pb नकारात्मक इलेक्ट्रोड नंतर कार्बन सामग्रीसह डोप केलेले आहे, लीड-कार्बन बॅटरी ओव्हर-डिस्चार्ज समस्या प्रभावीपणे सुधारू शकते. Tianneng च्या 2020 च्या वार्षिक अहवालानुसार, कंपनीने पूर्ण केलेला स्टेट ग्रिड झिचेंग (जिनलिंग सबस्टेशन) 12MW/48MWh लीड-कार्बन ऊर्जा साठवण प्रकल्प हे झेजियांग प्रांतातील आणि अगदी संपूर्ण देशातील पहिले सुपर-लार्ज लीड-कार्बन ऊर्जा साठवण वीज केंद्र आहे.
फ्लो बॅटरी: फ्लो बॅटरीमध्ये सामान्यतः इलेक्ट्रोडमधून वाहणाऱ्या कंटेनरमध्ये साठवलेले द्रव असते. चार्ज आणि डिस्चार्ज आयन एक्सचेंज झिल्लीद्वारे पूर्ण केले जातात; खालील आकृतीचा संदर्भ घ्या.
फ्लो बॅटरी योजनाबद्ध
अधिक प्रातिनिधिक ऑल-व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरीच्या दिशेने, गुओडियन लॉन्गयुआन, 5MW/10MWh प्रकल्प, डेलियन इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल फिजिक्स आणि डॅलियन रोन्ग्के एनर्जी स्टोरेज यांनी पूर्ण केला, ही सर्वात व्यापक ऑल-व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली होती. त्यावेळचे जग, जे सध्या बांधकामाधीन आहे मोठ्या प्रमाणातील ऑल-व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली 200MW/800MWh पर्यंत पोहोचते.
मेटल-आयन बॅटरी: सर्वात वेगाने वाढणारी आणि सर्वात जास्त प्रमाणात वापरली जाणारी इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञान. त्यापैकी, लिथियम-आयन बॅटरी सामान्यतः ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स, पॉवर बॅटरी आणि इतर फील्डमध्ये वापरल्या जातात आणि ऊर्जा संचयनात त्यांचा वापर देखील वाढत आहे. लिथियम-आयन बॅटरी ऊर्जा संचयनाचा वापर करणार्‍या बांधकामाधीन मागील Huawei प्रकल्पांसह, आतापर्यंत बांधलेला सर्वात मोठा लिथियम-आयन बॅटरी ऊर्जा संचयन प्रकल्प म्हणजे फेज I 300MW/1200MWh आणि फेज II 100MW/400MWh, मॉस लँडिंग एनर्जी स्टोरेज स्टेशन. एकूण 400MW/1600MWh.
लिथियम-आयन बॅटरी
लिथियम उत्पादन क्षमता आणि खर्चाच्या मर्यादेमुळे, तुलनेने कमी उर्जा घनतेसह सोडियम आयन बदलणे परंतु मुबलक साठ्यामुळे किंमत कमी होणे अपेक्षित आहे, हा लिथियम-आयन बॅटरीसाठी विकासाचा मार्ग बनला आहे. त्याचे तत्त्व आणि प्राथमिक साहित्य लिथियम-आयन बॅटरीसारखेच आहे, परंतु अद्याप त्याचे मोठ्या प्रमाणावर औद्योगिकीकरण झालेले नाही. , विद्यमान अहवालांमध्ये कार्यान्वित केलेल्या सोडियम-आयन बॅटरी ऊर्जा संचयन प्रणालीचे प्रमाण फक्त 1MWh चे आहे.
अॅल्युमिनियम-आयन बॅटरीमध्ये उच्च सैद्धांतिक क्षमता आणि मुबलक साठ्याची वैशिष्ट्ये आहेत. लिथियम-आयन बॅटरी बदलण्याची ही एक संशोधन दिशा आहे, परंतु कोणतेही स्पष्ट व्यावसायिकीकरण मार्ग नाही. एका भारतीय कंपनीने अलीकडेच जाहीर केले आहे की ती पुढील वर्षी अॅल्युमिनियम-आयन बॅटरीच्या उत्पादनाचे व्यावसायिकीकरण करेल आणि 10MW ऊर्जा साठवण युनिट तयार करेल. चला थांबा आणि पाहूया.
थांब आणि पहा
रिचार्ज करण्यायोग्य मेटल-सल्फर/ऑक्सिजन/एअर बॅटर्‍या: लिथियम-सल्फर, लिथियम-ऑक्सिजन/हवा, सोडियम-सल्फर, रिचार्ज करण्यायोग्य अॅल्युमिनियम-एअर बॅटर्‍या इ., आयन बॅटरीपेक्षा जास्त ऊर्जा घनतेसह. व्यापारीकरणाचा वर्तमान प्रतिनिधी सोडियम-सल्फर बॅटरी आहे. NGK सध्या सोडियम-सल्फर बॅटरी सिस्टमचा अग्रगण्य पुरवठादार आहे. संयुक्त अरब अमिरातीमध्ये 108MW/648MWh सोडियम-सल्फर बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली कार्यरत आहे.
- रासायनिक ऊर्जा साठवण: दशकांपूर्वी, श्रोडिंगरने लिहिले की जीवन नकारात्मक एन्ट्रॉपी प्राप्त करण्यावर अवलंबून आहे. परंतु जर तुम्ही बाह्य ऊर्जेवर विसंबून राहिलो नाही तर एंट्रॉपी वाढेल, त्यामुळे जीवनाला सामर्थ्य मिळणे आवश्यक आहे. जीवनाचा मार्ग सापडतो आणि ऊर्जा साठवण्यासाठी वनस्पती प्रकाशसंश्लेषणाद्वारे सौर ऊर्जेला सेंद्रिय पदार्थातील रासायनिक उर्जेमध्ये रूपांतरित करतात. रासायनिक ऊर्जेची साठवणूक ही सुरुवातीपासूनच नैसर्गिक निवड आहे. रासायनिक ऊर्जा साठवण ही मानवांसाठी एक मजबूत ऊर्जा साठवण पद्धत आहे कारण याने व्होल्टचे इलेक्ट्रिक स्टॅक बनवले आहेत. तरीही, मोठ्या प्रमाणावर ऊर्जा साठवणुकीचा व्यावसायिक वापर नुकताच सुरू झाला आहे.
हायड्रोजन स्टोरेज, मिथेनॉल, इ.: हायड्रोजन ऊर्जेमध्ये उच्च ऊर्जा घनता, स्वच्छता आणि पर्यावरण संरक्षणाचे उत्कृष्ट फायदे आहेत आणि भविष्यातील एक आदर्श ऊर्जा स्त्रोत म्हणून मोठ्या प्रमाणावर ओळखले जाते. हायड्रोजन उत्पादन → हायड्रोजन स्टोरेज→ इंधन सेलचा मार्ग आधीच मार्गावर आहे. सध्या, माझ्या देशात 100 पेक्षा जास्त हायड्रोजन रिफ्यूलिंग स्टेशन तयार केले गेले आहेत, बीजिंगमधील जगातील सर्वात मोठ्या हायड्रोजन रिफ्यूलिंग स्टेशनसह जगातील शीर्षस्थानी आहेत. तथापि, हायड्रोजन साठवण तंत्रज्ञानाच्या मर्यादांमुळे आणि हायड्रोजन स्फोटाच्या जोखमीमुळे, मिथेनॉलद्वारे दर्शविलेले अप्रत्यक्ष हायड्रोजन संचयन देखील भविष्यातील ऊर्जेसाठी आवश्यक मार्ग असू शकते, जसे की डेलियन इन्स्टिट्यूटमधील ली कॅनच्या टीमचे "द्रव सूर्यप्रकाश" तंत्रज्ञान. रसायनशास्त्र, चीनी विज्ञान अकादमी.
मेटल-एअर प्राथमिक बॅटरी: उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा घनतेसह अॅल्युमिनियम-एअर बॅटरीद्वारे प्रस्तुत केले जाते, परंतु व्यापारीकरणामध्ये थोडीशी प्रगती झाली आहे. अनेक अहवालांमध्ये नमूद केलेल्या फिनर्जी या प्रातिनिधिक कंपनीने आपल्या वाहनांसाठी अॅल्युमिनियम-एअर बॅटरीचा वापर केला. एक हजार मैल, ऊर्जा साठवणातील अग्रगण्य उपाय म्हणजे रिचार्ज करण्यायोग्य झिंक-एअर बॅटरी.
