Промишленост

Подкрепа за възобновяемата енергия: Бъдещето изглежда светло за съхранението на енергия

Подкрепа за възобновяемата енергия: Бъдещето изглежда светло за съхранението на енергия


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Зона за изпитване на високо напрежение и зона за тестване на трансформатори от външната страна на лабораторията за съхранение на енергия (ESL), залив 3 в Инструмента за интеграция на енергийни системи (ESIF) в Националната лаборатория за възобновяема енергия. [Източник на изображението: Денис Шрьодер / NREL]

Съхранението на енергия все повече се превръща в жизненоважна част от внедряването на технологии за възобновяема енергия, най-вече поради прекъсващия характер на някои системи от възобновяеми енергийни източници, особено вятърна и слънчева, които рядко генерират енергия, когато е най-търсена. По този начин ролята на съхранението на енергия е да се противопостави на дисбалансите, причинени от това прекъсване.

Понастоящем комуналните услуги използват инсталации с базово натоварване, за да поддържат доставките. Много от тях са въглищни и ядрени централи и те се поддържат от инсталации за проследяване на натоварването или „колоездене“, които обикновено са природен газ или водноелектрически централи.

Съхранената енергия има предимството да бъде достъпна по-бързо от турбина, която се захранва, съхранява излишната енергия и я освобождава, когато е необходимо. Досега доминиращата форма на съхранение на енергия е била изпомпвана хидро, въз основа на резервоари, където водата преминава през генератори, които преобразуват енергийния потенциал в електричество. Когато търсенето е ниско, излишният капацитет за генериране се използва за изпомпване на вода от по-ниско ниво към по-висок резервоар. Когато търсенето се увеличи, водата се изпуска обратно в долния резервоар, преминавайки през турбина, която генерира електричество. Този подход е най-свързан със страни като Норвегия, части от САЩ и Уелс. В Норвегия помпеното хранилище има моментна мощност от 25-30 GW, която може да бъде разширена до 60 GW.

Понастоящем най-малко 140 GW широкомащабно съхранение на енергия са инсталирани в електрически мрежи по целия свят, като по-голямата част от тях (99 процента) се състои от изпомпвана хидроенергия (PSH), а останалата част се състои от смес от батерии, компресирани съхранение на въздушна енергия (CAES), маховици и водород. Декарбонизацията на електроенергийния сектор ще изисква приблизително 310 GW допълнително свързано към мрежата съхранение на електроенергия в САЩ, Европа, Китай и Индия, според Energy Technology Perspectives (ETP) 2014.

Въпреки това се водят все по-големи глобални дискусии за това, първо, при кои конкретни обстоятелства съхранението на енергия всъщност е необходимо за подпомагане на интеграцията на възобновяеми енергийни източници и, второ, какви видове технологии за съхранение на енергия вероятно ще видим, за да се реализира чрез научноизследователска и развойна дейност процес до комерсиализация.

Например по отношение на първия въпрос Амори Ловинс от Института на Скалистите планини в Колорадо, САЩ, твърди, че съхранението на енергия всъщност може да не е необходимо.

Освен това, въпреки всички критики към слънцето и вятъра от някои четвърти от енергийния сектор, проучване на учени от Станфордския университет през март 2014 г. установи, че вятърната енергия всъщност може да произведе достатъчно излишно електричество, за да поддържа до 72 часа съхранявана енергия.

Вятърната ферма в Рио Гранде ду Сул в Бразилия [Източник на изображението: Едуардо Фонсека, Flickr]

Това означава, че вятърната индустрия би могла лесно да се справи с тридневните затишания при наличието на вятър и следователно би могла едновременно да расте и да се поддържа с помощта на акумулиране на енергия. Необходима е обаче повече работа за слънчевата енергия, тъй като някои слънчеви технологии, като кристален силиций, растат толкова бързо, че се превръщат в нетни енергийни поглътители, като по същество консумират повече енергия, отколкото връщат на мрежата. Проучването в Станфорд показа, че повечето фотоволтаични технологии могат да си позволят само до 24 часа съхранение, но това все още означава, че слънчевите фотоволтаични системи могат да бъдат използвани с достатъчно място за съхранение, за да доставят електричество през нощта.

Друго предимство на вятъра е, че възвръщаемостта на инвестициите от енергия (EROI) е много по-добра от тази на слънчевата енергия, като вятърната турбина може да генерира достатъчно електроенергия в рамките на няколко месеца, за да върне цялата енергия, необходима за нейното изграждане. При слънчевата енергия времето за изплащане е по-скоро две години.

Още по-обнадеждаващ е фактът, че ако се окаже, че е необходимо съхранение на енергия, в момента се разработват всевъзможни нови технологии, много от които изглеждат наистина много обещаващи.

В допълнение към тези нови технологии има няколко много интересни иновативни идеи, представени от редица високо опитни хора в сектора. Вземете например блога на анонимния шотландски учен, който се застъпва за уникално решение за съхранение, което би съхранявало енергия от слънчева и вятърна енергия, използвайки пълни с водород торбички под вода.

Шотландският учен твърди, че фотоволтаичните панели могат да бъдат монтирани на платформи или поотделно, или на точки в пространствата между турбините във вятърните паркове. Фотоволтаичните панели ще се държат над нивото на водата, но под нивото, на което тяхното присъствие би пречило на вятърния поток. Тогава водородният газ ще се използва за съхраняване на енергията, генерирана от платформите за възобновяема енергия.

Силно интригуващата концепция за съхранение на енергия от вятърна, слънчева и водородна енергия на шотландския учен (Изображение: Scottish Scientist)

Начинът, по който би работил, е следният. Излишъкът от вятърна и слънчева електрическа енергия ще бъде изпратен по подводен кабел за захранване на подводна електролиза с висока мощност, който след това ще бъде използван за получаване на сгъстен водород. Това ще се съхранява в подводни надуваеми газови торбички, за да се тръби от газовия плик нагоре към платформата, където ще захранва газови турбинни генератори или водородни горивни клетки, генерирайки електричество при поискване при всякакви метеорологични условия.

Въздушните повдигащи торбички вече се използват при гмуркане и спасяване и се предлагат в обем до 50 кубически метра. Следователно, твърди шотландският учен, трябва да е възможно да се направят много по-големи газови торби или да се монтират множество газови торбички заедно.

Този подход се извършва много по-добре в по-дълбоките морета, тъй като налягането на водата е пропорционално на дълбочината, като по този начин позволява водородът да се компресира по-плътно. Това би позволило повече водород и повече енергия да се съхраняват в надуваемите газови торбички. Междувременно кислородът от процеса на електролиза може или просто да излезе на балончета, или да се съхрани, така че да увеличи ефективността на системата, като същевременно намали страничните продукти от изгарянето на азотен оксид, произведени от водородните генератори.

Подводната електролиза ще трябва да използва персонализиран електролитен разтвор, за да произвежда кислород като аноден газ, тъй като директната електролиза на морската вода произвежда хлорен газ в анода. Това е отровно и трудно се изхвърля. Следователно концентрираният електролитен разтвор ще трябва да бъде отделен от морската вода чрез полупропусклива мембрана, позволявайки на чистата вода да премине през нея чрез осмоза от разредената морска вода.

Предвид натиска, упражняван от морето под водата, няма да има нужда от съд за задържане под високо налягане на електролита, както се изисква от системите за електролиза под високо налягане, работещи на повърхността. Полупропускливата мембрана би била достатъчна, за да запази съдържащия се електролитен разтвор.

Шотландският учен предполага, че офшорната слънчева енергия може да бъде разположена край западното крайбрежие на Африка, между Канарските острови и островите Капер Верде. Друга потенциална зона за разгръщане на тази система може да бъде някъде около Испания или в Средиземно море. Електричеството ще се транспортира от тези райони чрез подводни междусистемни връзки, както при офшорните вятърни паркове.

Дълбоки морета, необходими за съхранение на водород, да речем на дълбочина над 4000 метра, могат да бъдат открити най-вече в определени райони на Атлантическия океан, на югозапад от Бискайския залив. Въз основа на това, шотландският учен твърди, че една област, особено подходяща за този тип операции, може да бъде точно на запад и югозапад от Канарските острови и на север от островите Кабо Верде. Това обаче може да не е достатъчно близо за доставка на Западна Европа, като се имат предвид разходите за по-дълги междусистемни кабели.

Неизбежно тази идея среща някои критики. Например, един от коментарите в блога предполага, че въздушните възглавници биха изтекли. Шотландският учен обаче твърди, че натискът извън торбата, който е същият като вътре, би предотвратил това. По същество единственият начин газовите молекули или атомите в случая на хелий да изтекат през въздушната възглавница би бил чрез дифузия, която изисква градиент на налягането за преодоляване на енергийната бариера. Същият коментар възразява, че противоналягането на водорода, който също се намира във водата, ще бъде много ниско и че тъй като молекулите на водорода са толкова малки, те ще дифузират през повечето материали.

В отговор на това, шотландски учен предполага, че експерименти с пълнени с водород водолазни торбички могат да бъдат използвани за оценка на тази възможност и за събиране на допълнителни данни. Друг коментар в блога отбелязва, че вече съществуват патенти за йонно заредени полимерни мембрани, които биха преодолели всички проблеми, свързани с дифузия на газ извън торбата. Освен това предизвикателствата, свързани със съхранението на водород, се решават чрез метални органични рамки (MOF), съединения, състоящи се от метални йони или клъстери, координирани към органични молекули, образуващи едно-, дву- или триизмерни структури, които могат да се използват за съхранение на газове като водород и въглероден диоксид.

Шотландският учен продължава да заявява, че разликата в налягането в стената на торбата ще варира от „изобщо няма, в долната част на газовия плик, до разликата в налягането на водата между по-високото налягане на водата в долната част на торбата до по-ниското налягане на водата и горната част на торбата, според разликата във височината при скорост от една атмосферна разлика на 10 метра. Така че за разлика от 5 метра височина между дъното и горната част на газовия чувал, разликата в налягането ще бъде 0,5 атмосфери в горната част на торбата. "

С други думи, градиентът на налягането би бил доста нисък.

Друг потенциален проблем би било разстоянието, на което трябва да се транспортира електричеството. Шотландският учен предполага, че това ще бъде преодоляно чрез развитието на преносни линии с още по-високо напрежение. Освен това интегрирането на слънчева PV с вятърни турбини и съхранение на енергия на отдалечено място също би направило възможно разработването на комбинирана система за производство на електроенергия, която сама по себе си би осигурила максималната мощност на преносната линия.

Дискусиите и дебатите около идеи като тази неизбежно ще продължат още много година. Тази дискусия по-специално обаче е илюстрация на иновативното мислене, което се случва в момента по отношение на съхранението на енергия, и това е просто водородът, който се обсъжда тук - има много други обещаващи идеи, които се изследват с помощта на цяла гама от различни подходи. Добавете всичко това и изглежда, че ще има много интересен пазар, развиващ се за технологии за съхранение на енергия през следващите години, ако все още няма.

Но нека разгледаме това малко по-подробно. Какво става вече там?

Съвсем наскоро, на 19 януарити тази година IHS обяви, че намаляването на разходите за батерии, заедно с правителствените програми за финансиране и търговете за комунални услуги, са довели до 45% увеличение на глобалния тръбопровод за съхранение на енергия през четвъртото тримесечие на 2015 г. (Q4) в сравнение с предходното тримесечие , достигайки 1.6 GW през Q4 2015.

Обявяването на няколко големи проекта в края на 2015 г. показва, че индустрията за съхранение започва да преминава от етап на научноизследователска и развойна дейност, включваща демонстрационни проекти, към търговски жизнеспособни проекти. Те включват поръчка от 90 MW от STEAG за първичния пазар на резерви в Германия и 75 MW поръчки, възложени от PG&E на редица компании, използващи различни утвърдени и нововъзникващи технологии.

IHS очаква през 2016 г. да бъдат въведени в експлоатация приблизително 900 MW глобални проекти за батерии, подкрепящи прогнозираното удвояване на глобално инсталираното съхранение на енергия, свързано с мрежата. От планираните инсталации, 45 процента от тях ще бъдат в САЩ, а други 20 процента в Япония.

За съжаление, това е наистина обширна тема, която по отношение на повечето технологии извън батериите и помпеното съхранение все още е в зародиш. Следователно един наистина изчерпателен преглед на това, което се случва в сектора за съхранение на енергия, ще заема още няколко страници. Ето защо, очаквайте още някои статии за съхранение на енергия преди твърде дълго, разглеждайки по-дълбоко ниво на някои от изследванията, които се провеждат там.


Гледай видеото: Щрихи от утрото - Какво е бъдещето на зелената енергия в Черноморския регион? (Ноември 2022).