Криогенное хранилище энергии
Криогенное хранение энергии ( CES ) — это использование низкотемпературных ( криогенных ) жидкостей, таких как жидкий воздух или жидкий азот, для хранения энергии. [1] [2] Эта технология в основном используется для крупномасштабного хранения электроэнергии . Вслед за сетевыми демонстрационными установками в настоящее время в Великобритании строится коммерческая электростанция мощностью 250 МВтч, а в США планируется построить хранилище мощностью 400 МВтч.
Сетевое хранилище энергии
[ редактировать ]
Процесс
[ редактировать ]Когда оно дешевле (обычно ночью), электричество используется для охлаждения воздуха из атмосферы до -195 °C с использованием цикла Клода до точки, где он сжижается. Жидкий воздух, занимающий тысячную часть объема газа, можно длительное время хранить в большой вакуумной колбе при атмосферном давлении . В периоды высокого спроса на электроэнергию жидкий воздух под высоким давлением закачивается в теплообменник , который действует как котел. Воздух из атмосферы при температуре окружающей среды или горячая вода из промышленного источника тепла используются для нагрева жидкости и превращения ее обратно в газ. Массовое увеличение объема и давления в результате этого используется для приведения в движение турбины для выработки электроэнергии. [3]
Эффективность
[ редактировать ]В отдельности этот процесс эффективен только на 25%. Это увеличивается примерно до 50% при использовании низкосортного холодильного склада, такого как большой гравийный слой, для улавливания холода, образующегося при испарении криогена. [4] Холод повторно используется во время следующего цикла охлаждения. [3]
Эффективность еще больше увеличивается при использовании в сочетании с электростанцией или другим источником низкопотенциального тепла , которое в противном случае было бы потеряно в атмосферу. Highview Power заявляет, что КПД передачи переменного тока туда и обратно составляет 70% при использовании источника отходящего тепла при температуре 115 °C. [5] IMechE (Институт инженеров-механиков) согласен с тем , что эти оценки для завода промышленного масштаба реалистичны. [6] Однако это число не было проверено и подтверждено независимыми профессиональными учреждениями.
Преимущества
[ редактировать ]Система основана на проверенной технологии, безопасно применяется во многих промышленных процессах и не требует для изготовления особо редких элементов или дорогостоящих комплектующих. Доктор Тим Фокс, руководитель отдела энергетики в IMechE, говорит: «В нем используются стандартные промышленные компоненты, что снижает коммерческий риск; он прослужит десятилетия и его можно починить с помощью гаечного ключа». [7]
Приложения
[ редактировать ]Экономика
[ редактировать ]Эта технология экономически выгодна только в том случае, если оптовая цена на электроэнергию сильно меняется с течением времени. Обычно это происходит там, где трудно изменить выработку электроэнергии в ответ на изменение спроса. Таким образом, эта технология дополняет растущие источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, и обеспечивает более широкое проникновение таких возобновляемых источников энергии в энергетический баланс. Он менее полезен там, где электроэнергия в основном вырабатывается за счет диспетчерской генерации , например, угольных или газовых тепловых электростанций или гидроэлектростанций.
Криогенные установки также могут предоставлять сетевые услуги, включая балансировку сети, поддержку напряжения, частотную характеристику и синхронную инерцию. [8]
Локации
[ редактировать ]В отличие от других технологий хранения энергии в масштабе сети, которые требуют определенных географических площадей, таких как горные резервуары ( гидроаккумулирующие гидроэлектростанции ) или подземные соляные пещеры ( аккумулирование энергии на сжатом воздухе ), криогенная установка по хранению энергии может быть расположена практически где угодно. [9]
Для достижения наибольшей эффективности криогенную установку следует располагать вблизи источника низкопотенциального тепла, которое в противном случае было бы потеряно в атмосферу. Зачастую это тепловая электростанция, которая, как можно ожидать, также будет производить электроэнергию в периоды пикового спроса и самых высоких цен. совместное размещение с источником неиспользованного холода, например, с установкой по регазификации СПГ. Преимуществом также является [10]
Демонстраторы в масштабе сетки
[ редактировать ]Великобритания
[ редактировать ]В апреле 2014 года правительство Великобритании объявило, что выделило Viridor и Highview Power 8 миллионов фунтов стерлингов на финансирование следующего этапа демонстрации. [11] Образовавшаяся демонстрационная установка в масштабе сети на Pilsworth полигоне Landfill в Бери, Большой Манчестер , Великобритания , начала работу в апреле 2018 года. [12] Конструкция была основана на исследованиях Бирмингемского центра хранения криогенной энергии (BCCES), связанного с Бирмингемским университетом, и имеет хранилище емкостью до 15 МВтч и может генерировать пиковую мощность 5 МВт (т.е. при полной зарядке хватает на три часов при максимальной производительности) и рассчитан на срок эксплуатации 40 лет.
Соединенные Штаты
[ редактировать ]В 2019 году Фонд чистой энергии Министерства торговли штата Вашингтон объявил, что предоставит грант, чтобы помочь Tacoma Power стать партнером Praxair в строительстве установки по хранению энергии на жидком воздухе мощностью 15 МВт / 450 МВтч. Он будет хранить до 850 000 галлонов жидкого азота, чтобы помочь сбалансировать энергетические нагрузки. [13]
Коммерческие заводы
[ редактировать ]Великобритания
[ редактировать ]В октябре 2019 года Highview Power объявила, что планирует построить коммерческую электростанцию мощностью 50 МВт/250 МВтч в Кэррингтоне, Большой Манчестер . [14] [15] Строительство началось в ноябре 2020 года. [16] [9] коммерческая эксплуатация запланирована на 2022 год. [8] Мощность электростанции в 250 МВт будет соответствовать мощности крупнейшей в мире существующей литий-ионной батареи — хранилища энергии Gateway Energy Storage в Калифорнии. [17] В ноябре 2022 года Highview Power заявила, что они все еще пытаются собрать деньги «на строительство электростанции в Кэррингтоне мощностью 30 мегаватт и способной хранить 300 мегаватт-часов электроэнергии», ввод в эксплуатацию запланирован на «конец 2024 года». [18]
Соединенные Штаты
[ редактировать ]В декабре 2019 года Highview объявила о планах построить электростанцию мощностью 50 МВт в северном Вермонте, при этом предлагаемый объект сможет хранить восемь часов энергии с емкостью хранения 400 МВтч. [19]
Чили
[ редактировать ]В июне 2021 года Highview объявила, что разрабатывает электростанцию мощностью 50 МВт/500 МВтч в регионе Атакама в Чили. [20]
История
[ редактировать ]Транспорт
[ редактировать ]И жидкий воздух, и жидкий азот экспериментально использовались для питания автомобилей. Автомобиль с жидкостным двигателем под названием Liquid Air был построен между 1899 и 1902 годами, но в то время он не мог конкурировать по эффективности с другими двигателями. [21]
Совсем недавно автомобиль на жидком азоте был построен . Питер Дирман, изобретатель гаража из Хартфордшира, Великобритания, который первоначально разработал автомобиль с жидкостным пневматическим двигателем, а затем применил эту технологию для использования в качестве накопителя энергии в сети. [6] Двигатель Дирмана отличается от предыдущих конструкций азотных двигателей тем, что азот нагревается за счет объединения его с теплообменной жидкостью внутри цилиндра двигателя. [22] [23]
Пилоты по хранению электроэнергии
[ редактировать ]В 2010 году технология была опробована на электростанции в Великобритании. [24] Накопитель мощностью 300 кВт, 2,5 МВтч. [25] пилотная криогенная энергетическая система, разработанная исследователями из Университета Лидса и Highview Power [26] который использует жидкий воздух (с удаленными CO 2 и водой, поскольку они становятся твердыми при температуре хранения) в качестве накопителя энергии и низкопотенциальное отходящее тепло для повышения теплового повторного расширения воздуха, работающий на биомассе мощностью 80 МВт. электростанция в Слау , Великобритания, с 2010 по 2014 год, когда она была переведена в университет Бирмингема. [6] [25] [27] Эффективность составляет менее 15% из-за используемых аппаратных компонентов с низким КПД, но инженеры рассчитывают на эффективность около 60 процентов для следующего поколения CES, основываясь на опыте эксплуатации этой системы.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Победитель выставки CES в области энергетики и окружающей среды 2011 года» . Инженер . 2011-12-02. Архивировано из оригинала 3 октября 2015 г. Проверено 25 октября 2012 г.
- ^ Ребекка Бойл (11 августа 2010 г.). «Энергосистема может удовлетворить внезапные потребности в энергии, сохраняя энергию в виде жидкого кислорода» . Попски .
- ^ Jump up to: а б "Процесс" . сайт компании . Highview Power Storage . Проверено 7 октября 2012 г.
- ^ Чен, Ю; Фэн, Хуан; Лю, Руй; Чен, Цзинъюй; Цзян, Чжаоминь; Ю, Чэнбяо; Чен, Сяоюань; Шен, Боян; Фу, Линь (2023). «Гибридная фотоэлектрически-жидкостная система хранения энергии воздуха для глубокой декарбонизации» . Энергетические науки и инженерия . 11 (2): 621–636. дои : 10.1002/ese3.1349 . S2CID 253754740 . Проверено 5 марта 2023 г.
- ^ «Криоэнергетическая система» . сайт компании . Highview Power Storage . Проверено 7 октября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с Роджер Харрабин, аналитик BBC по окружающей среде (01 октября 2012 г.). «Жидкий воздух «даёт надежду на сохранение энергии» » . Новости BBC, Наука и окружающая среда . Би-би-си . Проверено 2 октября 2012 г.
- ^ «Жидкий воздух «даёт надежду на сохранение энергии» » . Новости Би-би-си . 2 октября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Джуниор Айлс (сентябрь 2020 г.). «Действительно крутое хранилище» (PDF) . «Энергетическая индустрия таймс» . 13 (5): 15. ISSN 1757-7365 . Проверено 7 ноября 2020 г. .
- ^ Jump up to: а б «Highview Power открывает новые возможности для создания долговременного хранилища энергии с криобатареей мощностью 250 МВт» . Новости и объявления компании . Хайвью Пауэр . Проверено 7 ноября 2020 г. .
- ^ «Нестандартные применения (отходящее тепло/отходной холод)» . Хайвью Пауэр . Проверено 7 ноября 2020 г. .
- ^ «Поддержка инноваций в области хранения энергии на 8 миллионов фунтов стерлингов» .
- ^ «Растения» . сайт компании . Хайвью Пауэр . Проверено 5 июня 2018 г.
- ^ «Коммерция объявляет о выделении грантов государственного Фонда чистой энергии на сумму 10,6 миллиона долларов на модернизацию энергосистемы» . Департамент торговли штата Вашингтон . 16 апреля 2019 г. Проверено 6 мая 2019 г.
- ^ «Как жидкий воздух может помочь сохранить свет включенным» . Новости Би-би-си . 22 октября 2019 г. Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ «Highview Power разработает несколько криогенных систем хранения энергии в Великобритании и построит крупнейшую в Европе систему хранения» . Высокая мощность просмотра . Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ Роджер, Харрабин (6 ноября 2020 г.). «Энергетическая станция Великобритании будет использовать жидкий воздух» . Новости Би-би-си . Проверено 7 ноября 2020 г. .
- ^ Клендер, Джоуи (21 августа 2020 г.). «Tesla отказывается от короны за самую большую батарею в мире »
- ^ Гарри Демпси (16 ноября 2022 г.). «Британская группа планирует построить первую крупномасштабную установку по хранению энергии в жидком воздухе» . Файнэншл Таймс .
- ^ Данигелис, Алисса (19 декабря 2019 г.). «Первая система длительного хранения энергии в жидком воздухе запланирована для США» . Лидер по охране окружающей среды и энергетике . Проверено 20 декабря 2019 г.
- ^ «Highview Enlasa разрабатывает установку для хранения энергии на жидком воздухе мощностью 50 МВт/500 МВтч в регионе Атакама, Чили» . Хайвью Пауэр. 10 июня 2021 года. Архивировано из оригинала 10 октября 2021 года . Проверено 10 октября 2021 г.
- ^ «Энергетическая сеть жидкого воздуха» . Энергетическая сеть жидкого воздуха (LAEN). 2015.
- ^ Райли Лейно (22 октября 2012 г.). «Революционная идея: автомобиль будущего может работать на азотном двигателе» . Технологии и финансы (на финском языке). Архивировано из оригинала 1 сентября 2013 г. Проверено 25 октября 2012 г.
- ^ «Технология» . Двигательная компания Дирман. 2012. Архивировано из оригинала 22 октября 2012 г.
- ^ «Хранение электроэнергии» (PDF) . Институт инженеров-механиков. Май 2012 года . Проверено 22 октября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Дариус Снекус (06 декабря 2011 г.). «После сделки с Германией на долгое время появится система хранения энергии в жидком воздухе» . www.rechargenews.com . Проверено 25 октября 2012 г.
- ^ «Проект по хранению энергии получил крупную награду» . Университет Лидса . 06.12.2011. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 25 октября 2012 г.
- ^ «Хранение энергии в жидком воздухе: поддержка веб-трансляции низкоуглеродной электрической сети» . scpro.streamuk.com . Архивировано из оригинала 24 декабря 2013 года . Проверено 6 июня 2022 г.