Криогенное накопление 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 демонстрационными установками в масштабе энергосистемы в настоящее время строится коммерческая установка мощностью 250 МВт в Великобритании, а в США планируется построить склад на 400 МВт.
Сетевое хранилище энергии
Процесс
Когда это дешевле (обычно ночью), электричество используется для охлаждения воздуха от атмосферы до -195 ° C с использованием цикла Клода до точки, в которой он превращается в жидкость. Жидкий воздух, занимающий одну тысячную объема газа, можно долго удерживать в большой вакуумной колбе при атмосферном давлении . В периоды высокого спроса на электроэнергию жидкий воздух под высоким давлением перекачивается в теплообменник , который действует как бойлер. Воздух из атмосферы с температурой окружающей среды или горячая вода от промышленного источника тепла используется для нагрева жидкости и превращения ее обратно в газ. Значительное увеличение объема и давления из-за этого используется для приведения в действие турбины для выработки электроэнергии. [3]
Эффективность
Изолированный процесс имеет эффективность только 25%, но этот показатель увеличивается примерно до 50% при использовании низкосортного холодильника, такого как большой слой гравия, для улавливания холода, образующегося при испарении криогена. Холод повторно используется во время следующего цикла охлаждения. [3]
Эффективность дополнительно повышается при использовании вместе с электростанцией или другим источником низкопотенциального тепла , которое в противном случае было бы потеряно в атмосферу. Highview Power заявляет, что КПД от переменного тока к переменному току составляет 70%, при использовании другого источника отработанного тепла при 115 ° C. [4] IMechE (Институт инженеров - механиков) соглашается с тем , что эти оценки для промышленного масштаба завода являются реалистичными. [5] Однако это число не было проверено или подтверждено независимыми профессиональными учреждениями.
Преимущества
Система основана на проверенной технологии, безопасно используется во многих промышленных процессах и не требует для производства каких-либо особо редких элементов или дорогих компонентов. Д-р Тим Фокс, глава отдела энергетики IMechE, говорит: «В нем используются стандартные промышленные компоненты, что снижает коммерческий риск; он прослужит десятилетия, и его можно починить гаечным ключом». [6]
Приложения
Экономика
Технология экономична только там, где оптовые цены на электроэнергию со временем сильно меняются. Обычно это происходит там, где трудно изменить генерацию в ответ на меняющийся спрос. Таким образом, данная технология дополняет растущие источники энергии, такие как ветер и солнце, и позволяет более широко использовать такие возобновляемые источники энергии в структуре энергетики. Это менее полезно там, где электричество в основном обеспечивается за счет диспетчерской генерации , такой как угольные или газовые тепловые электростанции, или гидроэлектроэнергия.
Криогенные установки также могут предоставлять сетевые услуги, включая балансировку сети, поддержку напряжения, частотную характеристику и синхронную инерцию. [7]
Локации
В отличие от других технологий хранения энергии в масштабе энергосистемы, которые требуют определенных географических регионов, например, горные водохранилища ( гидроаккумулирующая энергия ). или подземные соляные пещеры ( CAES ), криогенный накопитель энергии может быть расположен практически где угодно. [8]
Для достижения максимальной эффективности криогенная установка должна быть расположена рядом с источником низкопотенциального тепла, которое в противном случае было бы потеряно в атмосферу. Часто это будет тепловая электростанция, которая, как ожидается, также будет вырабатывать электроэнергию в периоды пикового спроса и самых высоких цен. Размещение с источником неиспользованного холода, например, с установкой регазификации СПГ , также является преимуществом. [9]
Демонстраторы в масштабе сетки
Великобритания
В апреле 2014 года правительство Великобритании объявило, что выделило 8 миллионов фунтов стерлингов компаниям Viridor и Highview Power для финансирования следующего этапа демонстрации. [10] Получившаяся в результате демонстрационная установка в масштабе сети на полигоне Pilsworth Landfill в Бери, Большой Манчестер , Великобритания , была введена в эксплуатацию в апреле 2018 года. [11] Проект был основан на исследованиях Бирмингемского центра криогенного хранения энергии (BCCES), связанных с Университета Бирмингема, и имеет хранилище емкостью до 15 МВтч, может генерировать пиковую мощность 5 МВт (так что при полной зарядке длится три часа при максимальной мощности) и рассчитан на срок эксплуатации 40 лет.
Соединенные Штаты
В 2019 году Фонд чистой энергии Министерства торговли штата Вашингтон объявил, что предоставит грант, чтобы помочь Tacoma Power стать партнером Praxair в строительстве завода по хранению жидкой воздушной энергии мощностью 15 МВт / 450 МВт-ч. Он будет хранить до 850 000 галлонов жидкого азота, чтобы помочь сбалансировать энергетические нагрузки. [12]
Коммерческие заводы
Великобритания
В октябре 2019 года Highview Power объявила, что планирует построить коммерческую установку мощностью 50/250 МВт в Кэррингтоне на севере Англии. [13] [14] Строительство началось в ноябре 2020 года [15] [8], коммерческая эксплуатация запланирована на 2022 год. [7] При мощности 250 МВтч установка соответствует емкости крупнейшей в мире существующей литий-ионной батареи Gateway Energy. Склад в Калифорнии. [16]
Соединенные Штаты
В декабре 2019 года Highview объявила о планах строительства электростанции мощностью 50 МВт в северном Вермонте с предложенным объектом, способным хранить восемь часов энергии, с емкостью хранения 400 МВтч. [17]
История
Транспорт
И жидкий воздух, и жидкий азот экспериментально использовались для питания автомобилей. Автомобиль с жидкостным воздухом под названием Liquid Air был построен между 1899 и 1902 годами, но в то время он не мог конкурировать по эффективности с другими двигателями. [18]
Совсем недавно был построен автомобиль на жидком азоте . Питер Дирман, изобретатель гаража в Хартфордшире, Великобритания, который первоначально разработал автомобиль с воздушным двигателем, а затем применил эту технологию в качестве хранилища энергии в сети [5] Двигатель Дирмана отличается от прежних конструкций двигателей с азотом тем, что азот нагревается за счет объединения это с теплоносителем внутри цилиндра двигателя. [19] [20]
Пилоты по хранению электроэнергии
В 2010 году технология была опробована на электростанции в Великобритании. [21] Пилотная криогенная энергетическая система мощностью 300 кВт, 2,5 МВтч [22], разработанная исследователями из Университета Лидса и компании Highview Power [23], в которой используется жидкий воздух (с CO
2и вода, удаленная, поскольку они станут твердыми при температуре хранения) в качестве накопителя энергии, и низкопотенциальные отходы тепла для увеличения теплового повторного расширения воздуха, работавшие на электростанции, работающей на биомассе мощностью 80 МВт в Слау , Великобритания, с 2010 по 2014, когда он был переведен в университет Бирмингема. [5] [22] [24] КПД составляет менее 15% из-за используемых аппаратных компонентов с низким КПД, но инженеры на основе опыта эксплуатации этой системы планируют КПД около 60% для следующего поколения CES. В 2021 году казахстанская инжиниринговая компания КГНТ получила патент на технологию CryoEnergyPowerPlant. ( https://www.instagram.com/p/CK3f1h9BdVC/?igshid=b6vv960x8vj0 ). Технологии патента вполне достаточно для применения в качестве универсального инструмента для сбора, хранения и выдачи больших объемов энергии по запросу. В качестве источника энергии может использоваться любая электростанция «зеленой» энергетики, в том числе солнечная.
Смотрите также
- Международная база данных по хранению энергии Министерства энергетики США
Рекомендации
- ^ "Победитель 2011 года в области энергетики и окружающей среды -CES" . Инженер . 2011-12-02 . Проверено 25 октября 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Ребекка Бойл (11.08.2010). «Сеть может удовлетворить внезапные потребности в энергии, сохраняя энергию в виде жидкого кислорода» . Попши .
- ^ а б «Процесс» . сайт компании . Highview Power Storage . Проверено 7 октября 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Криоэнергетическая система» . сайт компании . Highview Power Storage . Проверено 7 октября 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ а б в Роджер Харрабин, аналитик Би-би-си по окружающей среде (01.10.2012). «Жидкий воздух« дает надежду на накопление энергии » » . BBC News, Наука и окружающая среда . BBC . Проверено 2 октября 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-19785689
- ^ а б Junior Isles (сентябрь 2020 г.). «Действительно классное хранилище» (PDF) . The Energy Industry Times . 13 (5): 15. ISSN 1757-7365 . Дата обращения 7 ноября 2020 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ а б «Highview Power открывает новые возможности для долговременного накопления энергии CRYOBattery 250 МВт / ч» . Новости и объявления компании . Мощность Highview . Дата обращения 7 ноября 2020 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Нестандартные применения (отходящее тепло / отходящий холод)» . Мощность Highview . Дата обращения 7 ноября 2020 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ https://www.gov.uk/government/news/8-million-boost-for-energy-storage-innovation
- ^ «Растения» . сайт компании . Мощность Highview . Проверено 5 июня 2018 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Коммерс объявляет о выделении 10,6 млн долларов грантов государственного фонда чистой энергии на модернизацию сети» . Департамент торговли штата Вашингтон . 2019-04-16 . Проверено 6 мая 2019 .
- ^ «Как жидкий воздух помогает поддерживать свет» . BBC News . Проверено 23 октября 2019 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Highview Power для разработки нескольких криогенных хранилищ энергии в Великобритании и создания крупнейшей системы хранения в Европе» . Мощность Highview . Проверено 23 октября 2019 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Роджер, Харрабин. «Энергетическая установка Великобритании, использующая жидкий воздух» . BBC News . Дата обращения 7 ноября 2020 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Клендер, Джоуи (21 августа 2020 г.). «Tesla уступает корону за самую большую в мире батарею» .
- ^ Данигелис, Алисса (19.12.2019). «Первая долговременная система хранения энергии на жидком воздухе, запланированная для США» . Лидер в области окружающей среды и энергетики . Проверено 20 декабря 2019 .
- ^ "Энергетическая сеть жидкого воздуха" . Энергетическая сеть жидкого воздуха (LAEN). 2015 г.
- ^ Райли Лейно (2012-10-22). «Идея муллиставы: Tulevaisuuden auto voi kulkea typpimoottorilla» . Tekniikka & Talous (на финском). Архивировано из оригинала на 2013-09-01 . Проверено 25 октября 2012 .
- ^ «Технология» . Компания Dearman Engine. 2012. Архивировано из оригинала на 2012-10-22. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Хранение электроэнергии» (PDF) . Институт инженеров-механиков. Май 2012 . Проверено 22 октября 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ а б Дариус Сницкус (06.12.2011). «Жидкий воздушный накопитель энергии на долгое время после сделки с Германией» . www.rechargenews.com . Проверено 25 октября 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Проект хранения энергии получил главную награду» . Университет Лидса . 2011-12-06 . Проверено 25 октября 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ http://scpro.streamuk.com/uk/player/Default.aspx?wid=14941&ptid=1061&t=0 [ постоянная мертвая ссылка ]