Криогенный накопитель энергии - Cryogenic energy storage

Криогенный накопитель энергии (CES) - это использование низкой температуры (криогенный ) жидкости, такие как жидкий воздух или же жидкий азот для хранения энергии.[1][2] Технология в основном используется для крупномасштабное хранилище электроэнергии. Следом за демонстрационными установками в масштабе энергосистемы, в настоящее время в Великобритании строится коммерческая установка мощностью 250 МВт, а в США планируется построить склад на 400 МВт.

Хранение энергии в сети

Процесс

Когда это дешевле (обычно ночью), электричество используется для охлаждения воздуха до -195 ° C с помощью Клод Цикл до точки разжижения. Жидкий воздух, занимающий одну тысячную объема газа, может долго удерживаться в большом термос в атмосферное давление. Во времена высокий спрос на электроэнергию, жидкий воздух под высоким давлением закачивается в теплообменник, который действует как бойлер. Воздух из атмосферы с температурой окружающей среды или горячая вода из промышленного источника тепла используется для нагрева жидкости и превращения ее обратно в газ. Значительное увеличение объема и давления из-за этого используется для турбина для выработки электроэнергии.[3]

Эффективность

По отдельности эффективность процесса составляет только 25%, но при использовании низкосортного холодильника, такого как большой гравийный слой, этот показатель увеличивается примерно до 50% для улавливания холода, образующегося при испарении криогена. Холод повторно используется во время следующего цикла охлаждения.[3]

Эффективность еще больше увеличивается при использовании в сочетании с электростанция или другой источник низкопотенциальное тепло в противном случае это было бы потеряно для атмосферы. Мощность Highview заявляет, что эффективность двустороннего обхода переменного тока в переменный составляет 70%, при использовании другого отходящее тепло источник при 115 ° C.[4] В IMechE (Институт инженеров-механиков) соглашается, что эти оценки для завода промышленного масштаба реалистичны.[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. Доктор 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 бывает там, где трудно изменить генерацию в ответ на меняющийся спрос. Таким образом, эта 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 управляемая генерация, например, тепловые электростанции, работающие на угле или газе, или гидроэлектростанции.

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, требующих определенных географических регионов, таких как 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 СПГ. регазификация Удобство также является преимуществом.[9]

Демонстраторы в масштабе сетки

объединенное Королевство

В апреле 2014 года правительство Великобритании объявило о выделении 8 миллионов фунтов стерлингов Виридор и Мощность Highview для финансирования следующего этапа демонстрации.[10] В результате получился демонстрационный завод в масштабе сети на Пилсворт Свалка в г. Бери, Большой Манчестер, Великобритания, начал работу в апреле 2018 года.[11] Конструкция была основана на исследовании Бирмингемского центра криогенного хранения энергии (BCCES), связанного с Бирмингемским университетом, и имеет емкость до 15 МВтч и может генерировать пиковую мощность 5 МВт (так что при полной зарядке хватает на три часов 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 для помощи Такома Пауэр партнер с Praxair построить воздушный накопитель энергии мощностью 15/450 МВт · ч. В нем будет храниться до 850 000 галлонов жидкого азота, чтобы помочь сбалансировать энергетические нагрузки.[12]

Коммерческие заводы

объединенное Королевство

В октябре 2019 года Highview Power объявила, что планирует построить коммерческий завод мощностью 50/250 МВт в Кэррингтоне на севере Англии.[13][14]Строительство началось в ноябре 2020 года,[15][8]с коммерческой вводом в эксплуатацию на 2022 год.[7]При мощности 250 МВт / ч установка соответствует емкости крупнейшей в мире литий-ионной батареи. Шлюз хранения энергии объект в Калифорнии.[16]

Соединенные Штаты

В декабре 2019 года Highview объявила о планах строительства электростанции мощностью 50 МВт в северном Вермонте, где предлагаемый объект будет способен хранить восемь часов энергии для емкости хранения 400 МВтч.[17]

История

Транспорт

И жидкий воздух, и жидкий азот экспериментально использовались для питания автомобилей. Автомобиль с воздушным приводом под названием Жидкий воздух был построен между 1899 и 1902 годами, но в то время он не мог конкурировать по эффективности с другими двигателями.[18]

Совсем недавно жидкий азот был построен. Питер Дирман, изобретатель гаража в Хартфордшире, Великобритания, который первоначально разработал автомобиль с воздушным приводом, затем применил эту технологию в качестве сетевое хранилище энергии [5] В Двигатель Дирмана отличается от прежних конструкций двигателей с азотом тем, что азот нагревается путем объединения его с теплообменной жидкостью внутри цилиндра двигателя.[19][20]

Пилоты по хранению электроэнергии

В 2010 году технология была апробирована на электростанции в Великобритании.[21]Емкость накопителя 300 кВт, 2,5 МВтч[22] пилотная криогенная энергетическая система, разработанная исследователями Университет Лидса и Highview Power[23] который использует жидкий воздух (с CO
2 и воду, удаленную, поскольку они станут твердыми при температуре хранения) в качестве накопителя энергии, и низкопотенциальное отработанное тепло для увеличения теплового повторного расширения воздуха, работающего на электростанции, работающей на биомассе мощностью 80 МВт в Slough, Великобритания, с 2010 по 2014 год, когда он был переведен в университет Бирмингема.[5][22][24] Эффективность составляет менее 15% из-за используемых аппаратных компонентов с низким КПД, но инженеры на основе опыта эксплуатации этой системы нацелены на эффективность около 60% для следующего поколения CES.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Победитель 2011 года в области энергетики и окружающей среды - CES». Инженер. 2011-12-02. Получено 2012-10-25.
  2. ^ Ребекка Бойл (11.08.2010). «Сеть может удовлетворить внезапные потребности в энергии, сохраняя энергию в виде жидкого кислорода». Попши.
  3. ^ а б "Процесс". вебсайт компании. Highview Power Storage. Получено 2012-10-07.
  4. ^ «Криоэнергетическая система». вебсайт компании. Highview Power Storage. Получено 2012-10-07.
  5. ^ а б c Роджер Харрабин, аналитик BBC Environment (2012-10-01). «Жидкий воздух» дает надежду на сохранение энергии'". BBC News, Наука и окружающая среда. BBC. Получено 2012-10-02.
  6. ^ https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-19785689
  7. ^ а б Junior Isles (сентябрь 2020 г.). «Действительно крутое хранилище» (PDF). ВРЕМЯ ЭНЕРГЕТИКИ. Том 13, (№ 5): 15. ISSN  1757-7365. Получено 7 ноября 2020.CS1 maint: лишняя пунктуация (связь)
  8. ^ а б «Highview Power открывает новые возможности для долговременного накопления энергии CRYOBattery 250 МВт / ч». Новости и объявления компании. Мощность Highview. Получено 7 ноября 2020.
  9. ^ «Нестандартные применения (отходящее тепло / отходящий холод)». Мощность Highview. Получено 7 ноября 2020.
  10. ^ https://www.gov.uk/government/news/8-million-boost-for-energy-storage-innovation
  11. ^ "Растения". вебсайт компании. Мощность Highview. Получено 2018-06-05.
  12. ^ «Коммерс объявляет о выделении 10,6 млн долларов грантов государственного фонда чистой энергии на модернизацию сети». Департамент торговли штата Вашингтон. 2019-04-16. Получено 2019-05-06.
  13. ^ «Как жидкий воздух помогает не гасить свет». Новости BBC. Получено 23 октября 2019.
  14. ^ «Highview Power для разработки нескольких криогенных хранилищ энергии в Великобритании и создания крупнейшей системы хранения в Европе». Мощность Highview. Получено 23 октября 2019.
  15. ^ Роджер, Харрабин. «Энергетическая установка Великобритании, использующая жидкий воздух». Новости BBC. Получено 7 ноября 2020.
  16. ^ Клендер, Джоуи (21 августа 2020 г.). «Tesla уступает корону за самую большую в мире батарею».
  17. ^ Данигелис, Алисса (19.12.2019). «Первая долговременная система хранения энергии на жидком воздухе, запланированная для США». Лидер в области окружающей среды и энергетики. Получено 2019-12-20.
  18. ^ «Энергетическая сеть жидкого воздуха». Энергетическая сеть жидкого воздуха (LAEN). 2015 г.
  19. ^ Райли Лейно (2012-10-22). "Идея муллиставы: Tulevaisuuden auto voi kulkea typpimoottorilla". Текникка и Талус (на финском). Архивировано из оригинал на 2013-09-01. Получено 2012-10-25.
  20. ^ "Технология". Компания Dearman Engine. 2012. Архивировано с оригинал на 2012-10-22.
  21. ^ «Электрохранилище» (PDF). Институт инженеров-механиков. Май 2012 г.. Получено 2012-10-22.
  22. ^ а б Дариус Сниецкус (06.12.2011). «Жидкостный воздушный накопитель энергии установлен на большое время после сделки с Германией». www.rechargenews.com. Получено 2012-10-25.
  23. ^ «Проект хранения энергии получил главную награду». Университет Лидса. 2011-12-06. Получено 2012-10-25.
  24. ^ http://scpro.streamuk.com/uk/player/Default.aspx?wid=14941&ptid=1061&t=0[постоянная мертвая ссылка ]