Tích trữ năng lượng tăng lên
Jon Wellinghoff cho biết anh không còn lo lắng về việc mất điện nữa.
“Thực ra, tôi vừa mua một chiếc xe điện, và bây giờ tôi có 100 kw lưu trữ trong nhà để xe của mình, và tôi cũng có hai chiếc Tesla Powerwall. Vì vậy, trong ngôi nhà của tôi không bao giờ đạt đỉnh hơn 3 kW, giờ tôi đã có gấp 15 hoặc 20 lần mức đỉnh mà tôi có thể lưu trữ, ”cựu chủ tịch Ủy ban Điều tiết Năng lượng Liên bang (FERC) nói về ngôi nhà của mình ở Berkeley, California, Hoa Kỳ.
Công nghệ pin dòng chảy, trong đó năng lượng hóa học được cung cấp bởi hai thành phần hóa học hòa tan trong chất lỏng và được lưu trữ trong các bồn chứa riêng biệt được bơm qua hệ thống pin, là một công nghệ đầy hứa hẹn, nhưng vẫn chưa trưởng thành, cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng lưới. Nó có thể mở rộng quy mô dễ dàng, sử dụng vật liệu phong phú / chi phí thấp hơn và an toàn hơn nhiều công nghệ pin thế hệ hiện tại. Hình trên, một nhà khoa học đang nghiên cứu thiết kế pin dòng chảy tại một trong những phòng thí nghiệm tạo mẫu của PNNL.
Wellinghoff cho biết những chiếc xe điện như Ford Mustang Mark E của anh đã là một yếu tố giúp pin ở quy mô lưới trở nên rẻ hơn, hiệu quả hơn và được các tiện ích sử dụng trong nhiều ứng dụng ngày càng tăng.
“Có một số tiến bộ công nghệ đang diễn ra và các quy trình sản xuất đang được sắp xếp hợp lý. Sản xuất đang tăng lên, vì vậy bạn đang thấy lợi thế theo quy mô. Hiện nay có nhu cầu lớn hơn về pin, ”Wellinghoff giải thích.
Khả năng lưu trữ năng lượng của pin đang mở ra nhiều giá trị hơn cho các tiện ích so với trước đây.
“Họ có thể xếp chồng giá trị với các dịch vụ mà họ cung cấp cho lưới điện. Họ muốn sử dụng pin trong [PJM Interconnection] để hỗ trợ volt / VAR. Đó là một ứng dụng mới để lưu trữ năng lượng và nó từng được thực hiện độc quyền bởi các máy phát điện, ”Wellinghoff lưu ý.
Pin dòng nước hoàn toàn hữu cơ của PNNL sử dụng hai chất điện phân rẻ tiền và sẵn có, một chất chứa metyl viologen và một chất khác có 4-HO-TEMPO.
Mở khóa giá trị
Wellinghoff không phải là người duy nhất nhìn thấy những điều lớn lao phía trước để tích trữ năng lượng.
Khi được hỏi ai muốn mua vào kho lưu trữ năng lượng ngày nay, Jason Burwen, Giám đốc điều hành tạm thời của Hiệp hội Lưu trữ Năng lượng Hoa Kỳ (ESA) - một nhóm thương mại đại diện cho tất cả các hình thức lưu trữ năng lượng - cho biết: “Tất cả mọi người. Năm năm trước, nó chủ yếu là các nhà sản xuất điện độc lập. Giờ đây, đó là các tiện ích được quy định, các vòng lặp tư duy tương lai nhỏ hơn, tất cả các loại tiện ích. "
Cơ sở Launchpad lưu trữ lưới trị giá 75 triệu đô la của DOE tại PNNL, được hiển thị ở đây trong bản vẽ kiến trúc khái niệm, sẽ hợp nhất khả năng R&D trên phạm vi rộng dưới một mái nhà để đẩy nhanh sự phát triển của các công nghệ lưu trữ năng lượng lưới thế hệ tiếp theo, bao gồm khả năng thử nghiệm các thiết kế pin mới trong điều kiện vận hành lưới điện thực tế. DOE gần đây đã phê duyệt dự án thiết kế và xây dựng, có thể bắt đầu vào cuối năm nay.
Burwen nói rằng, mặc dù California sẽ vẫn dẫn đầu trong thời điểm hiện tại, các tiện ích và chuồng trại nhỏ hơn ở những nơi như Arizona, Colorado, Indiana và Idaho đang thực hiện những bước quan trọng đầu tiên trong việc lưu trữ năng lượng ở giai đoạn dự án.
Burwen giải thích: “Khi những tiện ích đó loại bỏ công suất hóa thạch cũ, họ coi việc lưu trữ năng lượng bằng năng lượng tái tạo là cung cấp khả năng thay thế. "Florida có pin 490 MW dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong năm nay."
Thông thường, bước đầu tiên trong nghiên cứu phát triển công nghệ pin thế hệ tiếp theo là xác định các vật liệu và hóa chất mới đầy hứa hẹn từ vô số sự kết hợp tiềm năng, có thể giống như mò kim đáy bể. Ở trên, một nhà nghiên cứu PNNL sử dụng thiết bị Thử nghiệm thông lượng cao (HTE) để phân tích hiệu quả hàng nghìn tổ hợp hóa học tiềm năng cho các thiết kế pin mới.Burwen nói: “Điều đang giảm là chi phí cung cấp pin cho xe cộ, và pin điện lưới có thể hoạt động hiệu quả,” Burwen nói. "Hiện có nhiều người chơi hơn vào không gian."Theo Burwen, giá di động cho pin đã giảm 90% trong thập kỷ qua và, khi sản xuất tăng lên, hiệu ứng quy mô kinh tế đang tự cảm nhận được.
Điều này dẫn đến các công ty tiện ích và các nhà khai thác lưới điện nghĩ đến việc sử dụng pin theo những cách mà trước đây không khả thi về mặt kinh tế.
Burwen nói: “Vì vậy, trong khi pin lưới chỉ cung cấp các dịch vụ phụ trợ cách đây 6 năm, bạn đang thấy chúng được triển khai để góp phần đảm bảo nguồn tài nguyên đầy đủ. “Tôi nhận thấy giá trị ngày càng tăng khi có quyền lực cao hơn trong tài sản của bạn. Vì vậy, ngay cả khi bạn thấy, ví dụ: pin 2 giờ, nó có thể là pin năng lượng cao và nó sẽ hoạt động trong 4 giờ dung lượng, nhưng nó có tùy chọn để xả nhiều năng lượng trong một giờ, Nếu cần thiết. Đây là những tài sản cực kỳ linh hoạt và có thể định cấu hình. ”
Công nghệ trưởng thành
Pin ngày nay cung cấp đủ tính linh hoạt để hữu ích trong nhiều ứng dụng khác nhau và việc lưu trữ năng lượng hiện có thể bổ sung cho các loại dự án khác nhau.
“Vì vậy, câu hỏi trở thành, bạn cần loại khả năng nào? Bạn muốn loại giá trị nào? ” Burwen hỏi. “Sự tương đồng ở đây là điện thoại thông minh đang cạnh tranh với cái gì? Đường đất? Mọi người sẽ không ước tính rằng điện thoại thông minh sẽ cạnh tranh với tất cả các thiết bị điện tử tiêu dùng về cơ bản. "
“Khi bạn thêm dung lượng lưu trữ vào hỗn hợp của mình, mọi thứ sẽ trở nên linh hoạt hơn. Bạn có thể tăng dung lượng lưu trữ của một mạch truyền tải mà không cần phải xây dựng nhiều cơ sở vật chất mới. Vì vậy, thật dễ dàng để nghĩ về nó như một đối thủ cạnh tranh, nhưng những gì nó thực sự là, là một người dẫn dắt và một đối tác, ”Burwen nói.Dự trữ năng lượng thậm chí còn trưởng thành đến mức nó có thể thay thế cho việc xây dựng tài sản phát điện mới hoặc xây dựng nâng cấp lưới điện.
Trong khi Lithium-ion (Li-ion) là công nghệ pin chiếm ưu thế cho các ứng dụng quy mô lưới, các nhà máy điện hóa khác được trình bày là có lợi thế về vòng đời hoặc thời lượng so với Li-ion. Khi được hỏi công nghệ pin nào là tốt nhất, Burwen nói: “Tôi yêu tất cả các con của mình” và sẽ không nói cái nào tốt hơn cái kia. Tuy nhiên, ông đã nói rằng mỗi cái đều có ưu và khuyết điểm.
Theo Vince Sprenkle, cố vấn cấp cao về lưu trữ năng lượng tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL), một số nhà hóa học pin có thể thách thức Li-ion trong tương lai và trong hầu hết các trường hợp, chúng đang được thiết kế với mục đích lưu trữ năng lượng quy mô lưới. Các hóa chất pin này bao gồm:
1. Các thành phần năng lượng và năng lượng của ắc quy dòng oxy hóa khử độc lập và nằm giống như một chiếc ô tô - trong đó động cơ là ngăn xếp ắc quy dòng cung cấp năng lượng và bình xăng là chất điện phân của ắc quy dòng cung cấp phạm vi hoặc thời lượng xả, dựa trên bao nhiêu nhiên liệu trong thùng. Theo Sprenkle, việc tách các thành phần này mang lại tính linh hoạt cao hơn, vì vậy chúng có thể được điều chỉnh cho phù hợp với các mục đích sử dụng cụ thể tùy thuộc vào lượng điện năng và thời lượng pin cần thiết và theo tỷ lệ nào.
2. Hệ thống natri nhiệt độ cao sử dụng chất điện phân gốm để di chuyển natri giữa anot kim loại nóng chảy và natri sunfua hoặc niken kim loại halogenua. Hệ thống natri-lưu huỳnh đã được chứng minh là cung cấp năng lượng đầy đủ trong 7 giờ. Hệ thống clorua kim loại niken cung cấp thời gian xả linh hoạt từ 3 giờ đến 10 giờ. Vì sử dụng các kim loại nóng chảy nên cần nhiệt độ cao. Điều này mang lại lợi thế là hữu ích trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt sẽ làm cho pin thông thường kém hiệu quả hơn.
3. Pin natri-ion có thể được chế tạo trong các nhà máy tương tự như Li-ion, nhưng hoán đổi Lithium lấy natri để có lợi ích về chi phí và chuỗi cung ứng dễ bảo trì hơn. Sprenkle cho biết việc sử dụng vật liệu rẻ hơn để chế tạo về cơ bản cùng một loại pin có thể cắt giảm khoảng 70% chi phí.
4. Pin kẽm , như kẽm niken (Ni-Zn) hoặc kẽm mangan điôxít, đang ở các giai đoạn phát triển khác nhau, với nhiều tiến bộ hơn trong hóa học Ni-Zn. Sprenkle cho biết những ưu điểm là năng lượng cụ thể cao hơn và chi phí thấp hơn cũng như vận hành an toàn.
Pin dòng chảy và các công nghệ khác có thể cho phép các hệ thống thời lượng dài hơn cuối cùng có hiệu quả về chi phí trong hơn 100 giờ nhưng vẫn sẽ gặp thách thức với năng lượng chuyển dịch theo mùa do tự phóng điện, Sprenkle nói. Tự phóng điện, xảy ra ở nhiệt độ cao hơn, là khi pin có các phản ứng hóa học bên trong làm giảm điện tích được lưu trữ mà không được sử dụng. Điều kiện môi trường xung quanh như nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu quả khứ hồi của hệ thống lưu trữ năng lượng hoàn chỉnh.“Việc tăng cường phát điện tái tạo và nhu cầu cải thiện khả năng phục hồi của lưới điện đang thúc đẩy các giải pháp lưu trữ có thể cung cấp năng lượng theo ngày, tuần và thậm chí theo mùa. Sprenkle giải thích các loại pin thông thường, chẳng hạn như Li-ion, có thể không phù hợp nhất cho các ứng dụng này vì chi phí tăng lên đáng kể khi thời lượng xả ngày càng tăng.
Đối với câu hỏi về tuổi thọ sử dụng xung quanh công nghệ pin, Sprenkle cho biết điều này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng đúng công nghệ cho ứng dụng phù hợp. Ví dụ, pin Li-ion xuống cấp nhanh hơn khi được duy trì ở trạng thái sạc cao, trong khi điều ngược lại là đúng với pin axit-chì. Sạc ở tốc độ cao có thể làm hỏng các chất hóa học dựa trên Li-ion và kẽm, trong khi một số thiết kế tế bào axit-chì thích tốc độ sạc cao.
Wellinghoff nói rằng, trong khi lĩnh vực chuyên môn của anh ấy là chính sách và thị trường năng lượng - và anh ấy “chỉ biết đủ về điện hóa là nguy hiểm” - anh ấy hoài nghi về các công nghệ mới hơn chưa cho thấy chúng có thể chiếm thị phần lớn trên thị trường pin. .
“Có nhiều ngành hóa học khác ngoài Lithium, điều đó đúng. Tôi vẫn chưa thấy ai là người chiến thắng rõ ràng, đột phá, ”Wellinghoff nói. “Vanadium đã xuất hiện được một thời gian, nhưng nó vẫn đang đấu tranh để giành được bất kỳ loại thị phần đáng kể nào.”
Ông nói thêm rằng nhiều người trong ngành nghĩ rằng việc lưu trữ pin chỉ là nơi lưu trữ tiện ích quy mô lớn phía trước đồng hồ, nhưng việc lưu trữ sau đồng hồ cũng nên được xem xét.
Cơ hội đằng sau mét
Nói về ngôi nhà của mình ở Berkeley, nơi có bộ lưu trữ năng lượng cũng như các tấm pin mặt trời và một chiếc xe điện, Wellinghoff cho biết mảng công nghệ này mang lại những lợi ích tiềm năng cho các tiện ích mà ông với tư cách là một người tiêu dùng có thể không nghĩ đến.
“Tôi không mua nó để hỗ trợ lưới điện. Tôi đã mua nó để mang đến cửa hàng hoặc bảo vệ tôi khỏi mất điện, giống như chiếc mà chúng tôi đã có ở đây vào tháng 10 năm ngoái. Vì vậy, giá cả không quá quan trọng. Wellinghoff giải thích rằng giá được đưa vào một số mục đích sử dụng khác. “Vì vậy, nếu [nhà điều hành hệ thống độc lập ở California] nói rằng nếu bạn cung cấp một phần năng lượng dự trữ cho chúng tôi hàng tháng, tôi sẽ trả cho bạn 20 đô la Mỹ một tháng. Thật tuyệt. Tôi sẽ lấy."
Wellinghoff nói thêm rằng Đơn đặt hàng 2222 của FERC sẽ cho phép loại hình tham gia thị trường này. Chính sách này sẽ cho phép các nhà tổng hợp tài nguyên năng lượng phân tán (DER) hoạt động như những người tham gia thị trường và sử dụng các nguồn lực của họ theo cách phù hợp với các đặc điểm vật lý và hoạt động của họ.
Wellinghoff nói: “Đó là về những gì người tiêu dùng có thể có bộ nhớ phía sau đồng hồ đang sử dụng nó cho nhiều mục đích [như] lái xe xung quanh, đi siêu thị, bảo vệ bản thân khỏi mất điện. “Tôi có thể sẵn sàng sử dụng một phần tài nguyên của mình để bảo vệ lưới điện nếu tôi được bồi thường cho điều đó. Vì vậy, bạn nhận được nhiều hơn và nhiều công dụng cho tài sản khi nó ở sau đồng hồ đo. "
Sử dụng pin theo cách này đã được tiết kiệm chi phí nhờ những cải tiến của công nghệ pin trong hai thập kỷ qua.
Greg Dixon, Giám đốc điều hành của Voltus Inc., một công ty phần mềm chuyên đóng gói các DER cho khách hàng thương mại, công nghiệp, dân cư và tổ chức, cho biết pin đang trải qua một “chu kỳ lành mạnh” ngay bây giờ.
“Pin đang hoạt động theo cách mà năng lượng mặt trời đã có trong 20 năm qua. Mật độ, chi phí, khả năng tích hợp - mọi thứ đã và đang được cải thiện để biến nó thành một nguồn năng lượng rẻ hơn. Đó là một chu kỳ đạo đức: nhiều ứng dụng hơn, nhiều nhu cầu hơn, nhiều năng lực hơn, ”Dixon giải thích.
Dixon cũng đã đưa ra một so sánh về cách mà các nguồn tài nguyên này có thể được gộp lại với cách khoa học máy tính đã phát triển.
“Hãy nghĩ về máy tính trong những năm 70. Nó chỉ là máy tính lớn. Không có gì được nối mạng. Bây giờ, chúng tôi có mọi thứ được nối mạng; nó không là gì ngoài [đó]. Quyền lực cũng đang di chuyển theo hướng đó, ”Dixon nói.
Sử dụng pin mới
Dixon đã đồng ý với Burwen của ESA rằng tất cả các kích cỡ và loại tiện ích hiện nay đều đi vào pin.
“Bộ lưu trữ năng lượng pin là một đối tác nhảy múa tuyệt vời cho năng lượng tái tạo không liên tục. Chỉ là mọi tiện ích đang cố gắng sử dụng nhiều năng lượng tái tạo hơn. Câu trả lời đơn giản là tất cả đều như vậy, ”Dixon nói.
Jon Newman, liên kết ứng dụng thị trường tại Fluence Energy, một liên doanh của Siemens và AES Corp. đang phát triển các dự án lưu trữ năng lượng lớn ở hơn một chục quốc gia, cho biết thị trường lưu trữ năng lượng tiên tiến đang bị chi phối bởi nguồn điện độc lập người sản xuất có hợp đồng mua bán điện có thời hạn.
“Đó là nơi chúng tôi thấy hầu hết sự tăng trưởng, hầu hết các megawatt. Các tiện ích sở hữu trực tiếp các dự án đang trở nên khan hiếm hơn và chúng tôi xem đây là xu hướng sẽ tiếp tục ”, Newman nói.
Ông nói, khả năng đạt đỉnh linh hoạt của pin lưu trữ năng lượng đang tăng lên để thách thức các nhà máy đỉnh cao chạy bằng khí đốt tự nhiên, ông nói, và pin đủ linh hoạt để sử dụng theo những cách khác. Ví dụ, công ty của anh ấy đang xem việc lưu trữ năng lượng như một tài sản truyền tải.
“Chúng tôi rất lạc quan về điều này. Chúng tôi sử dụng từ viết tắt VTL: đường truyền ảo. Bạn có thể thấy điều này còn được gọi là bộ nhớ như một tài sản truyền tải. Theo quan điểm của chúng tôi, đây là cơ hội tăng trưởng lớn để các tiện ích triển khai vốn và tăng khả năng phục hồi của chúng, ”Newman giải thích.
Theo Fluence, VTL có thể bổ sung dung lượng mạng truyền tải nhanh hơn và với chi phí thấp hơn so với các dự án cột và dây truyền thống. Một giải pháp kiểu này đã được đề xuất bởi Fluence ở Úc và sẽ sử dụng một cặp thiết bị 250 MW.
Newman cho biết trạng thái lưu trữ năng lượng trưởng thành đang giải quyết các vấn đề về hiệu quả mà nhiệt độ quá cao gây ra cho pin.
“Chúng tôi có các gói có thể làm cứng pin khi thời tiết lạnh hoặc nóng,” Newman lưu ý. “Chúng tôi có pin ở những nơi rất nóng, trên sa mạc ở Chile, và cả những nơi lạnh giá như [Đông Bắc Hoa Kỳ] và Bắc Âu. Chúng tôi có một cái nằm ở phía bắc của Vòng Bắc Cực ”.
Về các vấn đề vòng đời, Newman cho biết Fluence coi mảng pin là tài sản có tuổi thọ 20 năm, có lẽ lâu hơn.
“Pin sẽ xuống cấp theo thời gian, nhưng được tích hợp sẵn trong hệ thống sẽ bị quá tải khi hệ thống mới hoặc tăng cường bằng cách thêm các ô vào hệ thống hiện có để duy trì mức năng lượng của nó. Nó gần như được coi là chi phí O&M, ”Newman nói. "Làm điều này không làm gián đoạn hoạt động bình thường của hệ thống."
Với tư cách là một công ty, Fluence là một công ty bất khả tri về công nghệ và liên tục đánh giá lại các công nghệ mà công ty sử dụng. Newman cho biết pin dòng chảy và lưu trữ năng lượng dựa trên hydro nằm trên radar của Fluence.
“Tất cả các công nghệ đều có những vai trò khác nhau trên mạng lưới và mỗi công nghệ đều có những thứ mà họ vượt trội,” Newman nói.
Hydro, một loại nhiên liệu lưu trữ mới?
Sprenkle của PNNL cho biết hydro có thể là một con đường để đạt được hơn 100 giờ dự trữ năng lượng. Điện dư được sử dụng để tách hydro khỏi nước. Hydro được lưu trữ trong các bồn chứa áp suất cao hoặc các hang động tự nhiên và sau đó được đưa vào pin nhiên liệu để tạo ra điện không phát thải.
“Giảm chi phí máy điện phân và pin nhiên liệu sẽ cho phép áp dụng nhiều hơn các hệ thống này, nhưng thách thức lớn nhất có thể là hiệu suất khứ hồi của quy trình thấp. Tính đến tổn thất khi tạo ra hydro, năng lượng cần thiết để nén và lưu trữ nó, sau đó là tổn thất bổ sung khi chuyển hydro trở lại thành điện - những hệ thống này có thể chỉ đạt hiệu quả từ 30% đến 40% so với pin có thể đạt được tương tự. ở mức hơn 80%, ”Sprenkle nói.
Vì những tổn thất này, công suất tạo ra bởi quá trình này phải có giá trị gần gấp đôi đầu vào mới có thể hòa vốn, Sprenkle nói thêm. Việc tạo ra hydro theo cách này có giá trị hơn làm nguyên liệu cho các quá trình hóa học hoặc nhiên liệu vận chuyển hơn là để chuyển hóa nó thành điện năng.
Sprenkle nói thêm: “Cải thiện hiệu quả khứ hồi của các hệ thống này sẽ giúp ích cho tính kinh tế, nhưng cuối cùng thì khả năng phục hồi thu được từ các hệ thống lưu trữ thời gian dài như hydro sẽ cần được công nhận và kiếm tiền một cách thích hợp.
Wellinghoff cho biết một ứng dụng cho năng lượng hydro có thể được sử dụng trong các nhà máy điện hiện có mà chủ sở hữu muốn loại bỏ nhiên liệu hóa thạch.
“Hydro thực sự có ý nghĩa tại một địa điểm có sẵn sự kết nối với nhau thành một lượng lớn năng lượng tái tạo. Wellinghoff cho biết hydro có thể được sản xuất tại địa điểm đó và được sử dụng trong một nhà máy điện. “Vì vậy, tôi nghĩ hydro có vai trò trong việc giúp sử dụng năng lượng tái tạo ngoài giờ cao điểm mà nếu không sẽ bị cắt giảm hoặc bán phá giá.”
Wellinghoff cho biết ông không thấy điều này là cạnh tranh về chi phí so với bộ lưu trữ pin thông thường.
Burwen cho biết có sự nhiệt tình với hydro vì nó cung cấp câu trả lời cho các vấn đề về tuổi thọ của pin và nó có thể được vận chuyển dễ dàng đến những nơi khác, không giống như các loại pin lớn, nặng.
“Có những câu hỏi đặt ra là nó trông như thế nào, nhưng mọi người đang bắt đầu thử nghiệm các dự án. Có một giai đoạn mà bạn đưa nó từ phòng thí nghiệm đến các phi công, ”Burwen nói. “NextEra Energy đã lên kế hoạch cho một dự án thử nghiệm, và tôi nghi ngờ rằng sẽ có nhiều dự án khác đang được tiến hành. [Bộ Nước & Điện Los Angeles] đang làm tiền đề cho quá trình khử cacbon của họ trên một chiến lược hydro. ”
0 nhận xét:
Đăng nhận xét