Uzun vadeli enerji depolama hakkında bilgi

Küresel güç sisteminin karbonsuzlaştırma süreci hızlandıkça, rüzgar enerjisi ve fotovoltaik gibi yeni enerji kaynaklarının kurulu kapasitesi ve güç oranı artmaya devam etmekte ve güç sisteminde güvenilir güç desteğine olan talep artmaya devam etmektedir. Son yıllarda, uzun vadeli enerji depolama halkın gözüne girmeye başladı ve hızla teknoloji araştırmalarında ve sermaye yatırımlarında bir patlamayı tetikledi, uzun vadeli enerji depolama kamuoyunun gözüne girmeye başladı ve hızla teknoloji araştırmalarında ve sermaye yatırımlarında bir patlamayı tetikledi.

Uzun vadeli enerji depolama nedir?

Şimdiye kadar, uzun vadeli enerji depolama hala yeni bir şey ve dünya çapında uzun vadeli enerji depolama için birleşik bir tanım yok. Son yıllarda, uzun vadeli enerji depolaması kamuoyunun gözüne girmeye başladı ve hızla teknoloji araştırması ve sermaye yatırımında bir patlamayı tetikledi. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Sandia Ulusal Laboratuvarı tarafından yayınlanan "Sorun Özeti - Uzun süreli enerji depolaması", uzun vadeli enerji depolamasının sürekli deşarj süresi 4 saatten az olmayan bir enerji depolama teknolojisi olduğuna inanmaktadır. Son iki yıl içinde ABD Enerji Bakanlığı, uzun süreli enerji depolamayı 10 saatten az olmayan sürekli deşarj süresine ve 15-20 yıllık hizmet ömrüne sahip enerji depolama teknolojileri olarak tanımlayan uzun süreli enerji depolamanın desteklenmesine ilişkin bir rapor yayınlayacaktır. Daha fazla akademisyen dergilerde uzun vadeli enerji depolamayı günden mevsime yayılan enerji depolama teknolojisi olarak tanımlayan makaleler yayınlamıştır. Halihazırda Çin'de büyük ölçekte inşa edilmekte olan 2 saatlik enerji depolama sisteminden ayırt etmek için, bazı uygulayıcılar 4 saat veya daha uzun süreli enerji depolama teknolojilerini de uzun vadeli enerji depolama olarak sınıflandırmaktadır.

Neden uzun vadeli enerji depolama geliştirilmeli?

Bu soru için öncelikle enerji depolamanın neden geliştirildiği ile başlamalıyız. Enerji depolaması olmayan bir güç sistemi nispeten istikrarsızdır. Bununla birlikte, şu anda, esas olarak termik güce dayalı güç sistemi hala güvenilir güç desteğine sahiptir, çünkü talep üzerine üretilen termik güç, güç sisteminin çalışmasını sağlar. Bununla birlikte, gelecekte karbondioksit emisyonu azaltma politikasının derinlemesine uygulanmasıyla, oldukça değişken yenilenebilir enerji kaynaklarının (çoğunlukla güneş ve rüzgar enerjisi) oranı belirli bir ölçüde artacak ve rüzgar ve ışığın olmadığı gecelerde elektrik yetersiz kalacaktır. Güç sisteminin güvenilirliğini artırmak için, destekleyici enerji depolamanın geliştirilmesi zorunludur. Peki, neden uzun vadeli enerji depolama geliştirelim? Örneğin, hidroelektrik santrali rezervuarın depolama kapasitesini sadece iki saat için düzenlerse, gecenin ikinci yarısı yine karanlıkta geçecektir; rezervuarın depolama kapasitesi on saat için yeterli olsa bile, ertesi günün güneşli olması için dua etmeliyiz. Ya da rüzgârlı, rüzgârsız bulutlu gün iki ya da üç gün sürerse, daha büyük bir rezervuar, yani uzun vadeli enerji depolaması hazırlamamız gerekir. Elbette geleceğin güç sisteminde rüzgâr dışında başka güç kaynakları da olacak. Enerji üretiminin tamamlayıcı özellikleri göz önüne alındığında, uygun bir süreye sahip uzun vadeli bir enerji depolamasıyla birleştiğinde, güç sistemi tüm yıl boyunca endişesiz olabilen, tamamen düzenlenmiş bir hidroelektrik santrali haline gelecektir. Sektör uzmanları, 2040 yılına kadar dünya genelinde 85-140 milyar kWh uzun süreli enerji depolamanın kullanılacağını öngörmektedir.

Çin'de hangi uzun vadeli enerji depolama teknolojileri kullanılıyor?

Teknoloji türüne bağlı olarak, uzun vadeli enerji depolama mekanik, elektrokimyasal, termal depolama ve kimyasal olarak sınıflandırılabilir. Daha sonra, Çin'de yaygın olarak kullanılan pompajlı hidro depolama, sıvı akışlı piller, erimiş tuz termal depolama ve sıkıştırılmış hava enerji depolama gibi birkaç uzun vadeli enerji depolama teknolojisini tanıtacağız.

Pompajlı hidro depolama

Pompalı depolamanın üst ve alt olmak üzere iki rezervuarı vardır. Enerji depolama için su, yerçekimsel potansiyel enerjiye dönüştürülen elektrik enerjisi ile üst rezervuara pompalanır; enerji üretimi için su, türbini çalıştırmak üzere alt rezervuara bırakılır ve yerçekimsel potansiyel enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Pompaj depolamalı enerji santralleri büyük bir inşaat ölçeğine ve uzun bir inşaat süresine sahiptir, ancak güç sistemine daha fazla enerji verebilir. Şu anda, pompaj depolamalı enerji santrallerinin bireysel kapasitesi 300.000 ila 400.000 kilovat, toplam kurulu kapasitesi 300.000 ila 3.600.000 kilovattır ve depolama süresi genellikle 4-10 saattir.

Sıvı akışlı batarya

Sıvı akışlı akü, elektrolit ve elektrik yığınının ayrı ayrı yerleştirilmesini ifade eder ve tersinir kimyasal reaksiyon, pozitif ve negatif elektrolit, elektrik ve kimyasal enerjinin karşılıklı dönüşümünü gerçekleştirmek için elektrik yığınından aktığında meydana gelir. Sıvı akışlı bataryanın yapım döngüsü kısadır ve yığının veya elektrolitin kapasitesi ayarlanarak güç üretimi ve enerji depolama kapasitesi artırılabilir. Akış bataryasının mevcut kurulu kapasitesi 10-100MW'tır ve enerji depolama süresi genellikle 2-6 saattir.

Erimiş Tuz Termal Depolama

Erimiş tuz termal depolama, erimiş tuzu ısıtarak enerji depolama sağlar. Enerji salınımı sürecinde, yüksek sıcaklıktaki erimiş tuz ısı değişimi, enerji üretimi için buhar türbinlerini çalıştırmak üzere yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı buhar üretir. Erimiş tuz enerji depolaması büyük ölçeklidir ve uzun bir hizmet ömrüne sahiptir ve bu aşamada esas olarak CSP enerji santrallerinde kullanılmaktadır. Şu anda, erimiş tuz depolamanın kurulu kapasitesi 10-100MW'tır ve depolama süresi genellikle 5-15 saattir.

Basınçlı hava ile uzun süreli enerji depolama

Basınçlı havanın uzun süreli enerji depolamasında genellikle yüksek basınçlı havayı depolamak için tuz mağaraları veya konteynerler kullanılır. Enerji depolama işlemi sırasında, kompresör havayı sıkıştırır ve depolar, elektrik enerjisini iç hava enerjisine dönüştürür; enerjiyi serbest bırakırken, yüksek basınçlı hava türbini elektrik üretmek için çalıştırır ve iç hava enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Basınçlı hava uzun vadeli enerji depolama santrali, mekanik uzun vadeli enerji depolama teknolojisine ait olan uzun bir inşaat döngüsüne ve yüksek güvenliğe sahiptir. Şu anda, basınçlı hava enerji depolama güç istasyonunun kurulu kapasitesi 10-300 MW'tır ve enerji depolama süresi genellikle 4-10 saattir. Buna ek olarak, haftalar hatta mevsimler boyunca kimyasal enerji depolamak amacıyla hidrojen depolamak için tuz mağaraları veya konteynerler kullanılabilir.

Başka hangi garip uzun vadeli enerji depolama teknolojileri var?

Demir-hava bataryası enerji depolama, sıcak kaya enerji depolama, karbondioksit bataryası enerji depolama, erimiş alüminyum enerji depolama gibi uzun vadeli enerji depolamanın birçok ileri teknolojisi hala Ar-Ge ve gösterimin erken aşamasındadır.

Demir-hava pillerinin uzun süreli enerji depolaması

Demir-hava pili, temel prensibi demirin tersine çevrilebilir oksidasyonuna (paslanmasına) dayanan bir tür metal-hava pilidir. Demir-hava pili boşaldığında, havadaki oksijen demirin paslanmasına neden olur; şarj edildiğinde, pas bir elektrik akımının etkisiyle demire indirgenir. Bu süreçten yayılan tek madde oksijendir. Teknolojiyi icat eden Form Energy şirketi, pilleri kullanan bir enerji depolama sisteminin mevcut fosil yakıtlı enerji santralleriyle karşılaştırılabilir bir maliyetle 100 saate kadar deşarj olabileceğini iddia ediyor.

Sıcak kaya uzun süreli enerji depolama

Depolama teknolojisi şirketi, GridScale olarak adlandırılan, elektrik enerjisini taşta ısı şeklinde depolayacak bir teknoloji üzerinde çalışıyor. GridScale enerji depolaması, molozla doldurulmuş bir veya daha fazla çelik tank setinden oluşuyor. Kırılmış kaya, bezelye büyüklüğüne kadar ezilmiş bazalt kayasıdır ve tekrarlanan ısıtmaya dayanabilir. Doldurma ve boşaltma, termal enerjiyi soğuk taşlarla dolu bir depodan sıcak taşlarla dolu bir depoya pompalayan bir kompresör ve türbin sistemi aracılığıyla yapılır. Soğuk kavanozdaki taşlar soğurken, sıcak kavanoz daha da ısınır ve 600 santigrat dereceye kadar sıcaklıklara ulaşır. Enerji taşta günlerce depolanabilir ve şebeke tarafından elektriğe ihtiyaç duyulduğunda, termal enerji türbinler aracılığıyla sıcak tanktan soğuk tanka geri döndürülerek elektrik üretilir. Bu, düşük enerji kayıpları nedeniyle verimli bir uzun vadeli enerji depolama çözümüdür ve depolama tanklarının sayısı gerekli depolama süresi ve kapasitesine göre seçilebilir.

Karbondioksit pillerinin uzun süreli enerji depolaması

İtalyan Energy Dome, karbondioksit bataryalarının hızlı tepki veren, ucuz şebeke ölçeğinde enerji depolama sağlayabileceğini iddia ediyor. Prensibi, sıkıştırılmış hava uzun vadeli enerji depolama sistemine benzemektedir. Jeneratör karbondioksiti sıkıştırarak sıvı hale getirip depoluyor ve sıkıştırılmış gazın ürettiği atık ısıyı saklıyor; elektrik şebekesini desteklemesi gerektiğinde sıvı karbondioksit, ikinci türbin setini çalıştırmak için önceden depolanmış atık ısıyla birlikte buharlaştırılıyor. Elektrik üretilir ve karbondioksit gazı hava yastığına geri gönderilir. Energy Dome'a göre, tam boyutlu karbondioksit bataryası 25 megawatt'a kadar kapasiteye sahip ve 4 ila 24 saatlik optimum şarj/deşarj döngüsüyle 100 ila 200 megawatt saat enerji depoluyor, bu da onu günlük ve gündüz döngüleri için ideal hale getiriyor; dönüşüm verimliliği 75 %'ye ulaşıyor, batarya ömrünün yaklaşık 25 yıl olması bekleniyor ve seviyelendirilmiş maliyet (LCOS) birkaç yıl içinde $50-60/MWh kadar düşük olabilir. Energy Dome, teknolojisini sıkıştırılmış hava enerji depolama (CAES) ve sıvı hava enerji depolama (LAES) ile karşılaştırmış ve karbondioksit pillerin CAES'in 10 ila 30 katı enerji depolama yoğunluğuna sahip olduğu, ancak LAES'in yalnızca üçte ikisine sahip olduğu sonucuna varmıştır, Ancak düşük sıcaklık gerektirmez ve ortam sıcaklığında depolanabilir.

Erimiş alüminyumdan uzun süreli enerji depolama

İsveçli Azelio şirketinin deneysel teknolojisi, erimiş alüminyumdan uzun vadeli enerji depolama, Fas'ta 580 MW'lık bir güneş enerjisi kompleksine kuruldu (510 MW CSP ve 70 MW PV). Teknoloji, termal depolama ortamı olarak geri dönüştürülmüş alüminyum alaşımından yapılmış bir faz değişim malzemesi kullanmakta, bir şekilde geri dönüştürülmüş alüminyumu dirençli bir ısıtıcı aracılığıyla 600°C'ye ısıtmak için elektrik kullanmakta, diğer bir şekilde ise sistem tarafından üretilen ısı ile alüminyum alaşımını eriten ve böylece enerjiyi ısı olarak depolayan konsantre bir güneş termal sistemi kullanmaktadır. Enerjinin serbest bırakılması gerektiğinde, alaşım soğur ve yeniden katılaşır ve serbest kalan ısı, ısı transfer yağı kullanılarak elektrik üretmek için motora gönderilir. 65°C sıcaklıktaki atık ısı da endüstriyel kullanıcılara veya yerel bölgesel ısıtma sistemlerine satılabilir. Erimiş Alüminyum Uzun Vadeli Enerji Depolama Sistemi Azelio'ya göre süreç, hem elektrik hem de atık ısı kullanıldığında yüzde 90'lık bir gidiş-dönüş verimliliğine sahip; teknoloji 13 saate kadar elektrik depolamaya olanak tanıyor, modüler olarak kurulabiliyor ve talep üzerine, sıcak veya soğuk havalarda ısı sağlayabiliyor. Tüm iklim koşullarında kullanılabiliyor ve sistem ömrünün 30 yıla kadar çıkması bekleniyor. Aynı zamanda, şema 100 kilowatt'tan 100 megawatt'a kadar ölçeklendirilebilir ve geri dönüştürülmüş alüminyum depolama ortamı, zaman içinde kapasite azalmadan tekrar tekrar kullanılabilir. Sonuç olarak, giderek daha fazla şirket uzun vadeli enerji depolama teknolojisi araştırma ve geliştirme ve rekabet yoluna katılıyor. Bununla birlikte, uzun vadeli enerji depolamanın geleceği hala sürekli keşif ve araştırmaya ihtiyaç duymaktadır.