e

Hiển thị các bài đăng có nhãn Energy storage. Hiển thị tất cả bài đăng
Hiển thị các bài đăng có nhãn Energy storage. Hiển thị tất cả bài đăng

Thứ Năm, tháng 10 12, 2023

Công nghệ pin mới nhất để lưu trữ năng lượng



Công nghệ pin mới nhất để lưu trữ năng lượng


Chúng ta phải theo kịp sự phát triển của công nghệ nếu muốn có cơ hội chống lại biến đổi khí hậu, nhưng quả là một thách thức đáng khen ngợi.

Là tôi hay bạn có nhận thấy sự quan tâm ngày càng tăng đối với các ứng dụng công nghệ liên quan đến chống biến đổi khí hậu gần đây không? Hộp thư đến của tôi chứa đầy các thông báo, báo cáo và thông cáo báo chí về vô số chủ đề hấp dẫn như đạt được mục tiêu không carbon, năng lượng tái tạo, hệ thống lưu trữ năng lượng, v.v. Một điểm chung của tất cả những email này là tập trung vào việc tạo ra sức mạnh lưới điện có khả năng phục hồi tốt hơn trước các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt do hiện tượng nóng lên toàn cầu gây ra.

Về chủ đề đó, năng lượng tái tạo được coi là yếu tố chính của nỗ lực này, với các hệ thống lưu trữ năng lượng giúp điều đó trở nên khả thi. Một số chuyên gia đã đi xa hơn khi nói rằng việc lưu trữ năng lượng là điều cần thiết để chuyển đổi lưới điện khỏi thế hệ dựa vào nhiên liệu hóa thạch. Đó là một liên kết quan trọng nếu bạn muốn. Vào thời điểm đó, tôi chuyển hướng đọc của mình sang vấn đề nghiên cứu và phát triển lưu trữ năng lượng (R&D) ở quy mô tiện ích.

Một email thu hút sự chú ý của tôi tập trung vào hoạt động R&D mới nhất về pin lithium thể rắn. Chúng được cho là có dung lượng gấp đôi pin lithium-ion (Li-ion) ngày nay. Các email khác chuyển sang các công nghệ thay thế được thiết kế để thay thế pin Li-ion, đặc biệt là cho các hệ thống pin quy mô tiện ích. Chúng ta hãy xem các bài viết khác.

Công nghệ trưởng thành    

Một vấn đề khác tập trung vào những tiến bộ về pin dòng oxi hóa khử trên thị trường. Chúng bao gồm hai chất điện phân lỏng được ngăn cách bởi một màng. Công suất của chúng chỉ bị giới hạn bởi kích thước của bình điện phân. Gần đây, DOE (Bộ Năng lượng) thông báo họ đang tài trợ cho R&D cùng với các dự án trình diễn tập trung vào pin dòng oxi hóa khử quy mô lưới điện. Một số nhóm nghiên cứu tiếp thị cho biết thị trường pin oxy hóa khử đang phát triển. Về mặt giá trị, ước tính của họ rất khác nhau, nhưng những con số rất ấn tượng. Tôi sẽ chuyển pin dòng oxi hóa khử vào danh mục đang thịnh hành của mình và xem nó.

Pin natri-ion (Na-ion) là một ứng dụng nữa thu hút sự quan tâm gần đây. Các báo cáo chỉ ra rằng natri rẻ hơn nhiều so với lithium. Lithium cacbonat có giá khoảng 80.000 USD/tấn so với natri cacbonat có giá khoảng 300 USD/tấn. Về mặt kỹ thuật, pin Na-ion có xu hướng kích thước lớn hơn pin Li-ion, đây làmột vấn đề đối với các thiết bị điện tử tiêu dùng và xe điện. Đó không phải là vấn đề đối với các ứng dụng lưu trữ quy mô tiện ích. Trên toàn cầu có khoảng 20 nhà máy sản xuất pin Na-ion đang được quy hoạch hoặc đang xây dựng. Có vẻ như pin Na-ion là một công nghệ khác mà tôi sắp xem xét.

Có một công nghệ pin nổi tiếng khác đang được phát triển; đó là pin kim loại lỏng. Có lẽ công nghệ pin kim loại lỏng đầu tiên mà người ta nghĩ đến là pin natri-lưu huỳnh đã phổ biến nhiều năm trước, nhưng có một cách tiếp cận mới rất hấp dẫn. Xcel Energy thông báo rằng họ đang lắp đặt một bộ pin kim loại lỏng của Ambri như một phần của dự án trình diễn tại Trung tâm Tăng tốc Công nghệ Mặt trời ở Aurora, Colorado. Dự kiến ​​nó sẽ trực tuyến vào đầu năm 2024.Được thiết kế để làm việc chăm chỉ     

Dự án Xcel Energy sử dụng hệ thống pin kim loại lỏng đặc biệt thế hệ thứ hai của Ambri. Vì vậy, tôi đã liên hệ với Adam Briggs, Giám đốc thương mại của Ambri để hiểu rõ hơn về khả năng của pin. Adam giải thích rằng pin kim loại lỏng của Ambri được thiết kế để sạc đầy và xả hai lần một ngày, mỗi ngày trong suốt tuổi thọ 20 năm. Đó là một loại pin bền bỉ được thiết kế để hoạt động chăm chỉ với mức giảm dung lượng không đáng kể!

Pin của Ambri sử dụng các vật liệu điện cực phổ biến, antimon và hợp kim canxi, rẻ hơn đáng kể và phong phú hơn so với các vật liệu được sử dụng trong pin Li-ion. Các bộ phận này được đặt trong một hộp cách nhiệt kín có chất điện phân muối được làm nóng đến 500° C (932° F). Khi hệ thống hoạt động, các chu kỳ sạc/xả sẽ tạo ra toàn bộ nhiệt lượng mà hệ thống cần.

Lớp cách nhiệt của thùng chứa giữ nhiệt bên trong, giúp loại bỏ nhu cầu về nguồn nhiệt bên ngoài. Ngoài ra, nó không tạo ra khí, có nghĩa là hệ thống của Ambri không cần thiết bị làm mát, chữa cháy hoặc phòng chống cháy nổ như hệ thống Li-ion yêu cầu. Ambri hiện đang nghiên cứu pin thế hệ thứ ba để tăng công suất hệ thống pin của họ lên mức megawatt trên quy mô lưới điện.


Source : https://www.tdworld.com/distributed-energy-resources/energy-storage

Thứ Sáu, tháng 9 01, 2023

Thuỷ điện tích năng: Nguyên lý hoạt động, Ưu – Nhược điểm, Hiệu quả vận hành

 

thuy dien tich nang min

Năng lượng điện đóng vai trò vô cùng quan trọng không chỉ trong sinh hoạt hằng ngày của con người mà còn quyết định đến quá trình sản xuất của toàn thế giới. Bởi điều đó cũng thấy rõ nhất khi nhìn vào lịch sử cuối thế kỷ 19 khi năng lượng điện được người Pháp đưa vào sản xuất và kinh doanh ở Việt Nam. 

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ mà ngành điện nói chung và thủy điện nói riêng cũng ngày càng trở nên đa dạng. Và hiện tại, thuật ngữ thủy điện tích năng đang được quan tâm và trở thành đề tài “nóng” khi nói về ngành điện nước ta. Vậy thủy điện tích năng là gì? Các vấn đề liên quan đến thủy điện tích năng sẽ được giải đáp ngay trong bài viết dưới đây.

Thủy điện tích năng là gì?

Thủy điện tích năng là một dạng thủy điện, có tác dụng dự trữ năng lượng, với công dụng chính là tích lũy điện năng để bổ sung cho hệ thống vào những lúc cần thiết. Nó là giải pháp nhằm cân bằng phụ tải hỗ trợ cho các nhà máy điện khác hoạt động được hiệu quả hơn. 

thuy dien tich nang 1 min

Thủy điện tích năng được phát minh như một bình ắc quy của hệ thống điện, có thể bổ sung nguồn năng lượng điện bất cứ lúc nào khi đã được dự trữ đầy. Đây là một giải pháp vô cùng cấp thiết nhất là trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng điện ngày nay chưa có dấu hiệu chuyển biến tích cực. Đồng thời mục tiêu của Net Zero đang đến rất gần.

Nguyên lý hoạt động của thủy điện tích năng

Mô hình của thủy điện tích năng là hai hồ chứa nước ở hai cao độ khác nhau và một nhà máy thủy điện. Nhà máy thủy điện sẽ có tuabin thuận nghịch nằm ở gần hồ chứa bên dưới, nối bằng đường ống áp lực với hồ chứa bên trên. Nguyên tắc vận hành thủy điện tích năng dựa trên sự cân bằng nhu cầu phụ tải của hệ thống điện.

thuy dien tich nang 2 min

Trong giờ cao điểm, khi nhu cầu dùng điện cao, nước được xả qua đường ống áp lực từ hồ chứa bên trên, làm quay tuabin để phát điện lên hệ thống, nước xả được trữ trong hồ bên dưới. 

Trong giờ thấp điểm, khi nhu cầu dùng điện thấp, nhà máy lấy điện từ hệ thống để bơm ngược nước từ hồ chứa bên dưới lên hồ chứa bên trên thông qua tuabin hai chiều, lúc này vận hành như một máy bơm. 

Thủy điện tích năng không chỉ là một đơn vị sản xuất điện, mà còn vừa là một đơn vị tiêu thụ điện. Cơ sở thực tiễn cho phương thức vận hành này là sự chênh lệch giá điện giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm.

Ưu – nhược điểm của thủy điện tích năng

Vai trò quan trọng của thủy điện tích năng là phát điện phủ đỉnh – điền đáy biểu đồ phụ tải hàng ngày. Thực tế cho thấy, thủy điện tích năng sẽ giúp ổn định hệ thống, dự phòng nguồn năng lượng điện cần thiết khi nhà máy bị thiếu hụt điện trong quá trình vận hành, từ đó điều chỉnh tần số. 

Đặc biệt giúp ổn định dòng điện trong giờ cao điểm và trong bối cảnh hệ thống công suất lắp đặt của các nhà máy điện mặt trời đang tăng rất cao.

Ưu điểm

Thủy điện tích năng là một giải pháp làm tăng tính hiệu quả của hệ thống phụ tải. Nó có lợi thế khi tận dụng tối đa điện năng dư thừa từ các nhà máy nhiệt điện (điện than, điện khí, điện nguyên tử…) trong giờ thấp điểm. Từ đó giúp làm tăng sự ổn định cho các nhà máy khác.

Là một bình chứa dự phòng khi nhu cầu sử dụng điện tăng đột ngột thì các nhà máy điện sẽ không bị quá tải và thiếu hụt nguồn điện. Đây thực sự là một phương pháp tối ưu trong việc sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên, vừa kịp thời vừa an toàn và đặc biệt rất thân thiện với môi trường.

Thêm nữa, phương pháp này không cần nhiều tới hồ chưa, không bị ảnh hưởng và phụ thuộc nhiều vào chế độ thủy văn hàng năm.

Nhược điểm 

Nhược điểm chủ yếu của thủy điện tích năng là hiệu suất vận hành chưa cao (đạt khoảng 70-85%).

Không giống như một nhà máy điện độc lập, thủy điện tích năng gặp hạn chế khi chỉ có thể phát huy tác dụng như một bình chứa năng lượng dự phòng trong một hệ thống điện công suất tương đối lớn.

Để thiết lập mô hình thủy điện tích năng cần được xây dựng trên một địa hình đặc biệt, đó là những khu vực có chênh lệch độ cao lớn nhưng phải ở gần nguồn nước để bố trí hai hồ chứa. Chính vì đặc điểm này nên phương pháp này cũng gặp khó khăn trong việc chọn địa điểm địa hình để thực hiện sao cho phù hợp nhất.

5 yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả vận hành thủy điện tích năng

Trong một số trường hợp, thủy điện tích năng còn được xây dựng dựa trên việc lấy biển, đại dương làm hồ chứa bên dưới.

  • Điều kiện tự nhiên: Vì các thủy điện tích năng cần vận hành theo nguyên tắc sự chênh lệch độ cao giữa hồ trên hồ dưới, điều kiện xây dựng hồ trên, hồ dưới. Chính vì vậy địa hình là một vấn đề quan trọng trong sự lựa chọn xây dựng vì nó quyết định đến sức chưa cũng như khả năng vận hành của chúng. 
  • Vị trí: Thủy điện tích năng sinh ra là để giúp hỗ trợ cho nhà máy nên cần lựa chọn vị trí càng gần phụ tải điện càng giúp giảm thiểu chi phí truyền tải.
  • Giá điện: Hiệu quả kinh tế của thủy điện tích năng sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp từ việc chênh lệch giá mua điện lúc thấp điểm và cao điểm. Sự chênh lệch này sẽ tỷ lệ thuận cực đến phát triển của nhà máy dạng này. Chính vì vậy, đây là vấn đề lớn mà bất cứ nhà máy thủy điện tích năng đặc biệt quan tâm.
  • Sự phát triển của công nghệ: Một nhà máy vận hành hiệu quả khi có chi phí thấp, điều này được quyết định bởi công nghệ áp dụng của chúng. Công nghệ càng hiện đại thì sẽ tối ưu được chi phí vận hành và đồng thời cũng nâng cao được chất lượng của nhà máy.
  • Các yêu cầu về môi trường, bảo vệ sinh thái: Sự phát triển của thủy điện tích năng liên quan đến môi trường. Bởi các yêu cầu ngày càng cao về môi trường sinh thái  sẽ nâng cao giải pháp khai thác điện sạch, đem lại hiệu quả cao.

Thủy điện tích năng ở Việt Nam

Tập đoàn điện lực Việt Nam đã và đang nghiên cứu dự án thủy điện tích năng tiềm năng dưới sự tư vấn của các chuyên gia Nhật Bản (JICA). 

Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt cho Dự án thủy điện tích năng Bác Ái tỉnh Ninh Thuận (công suất 1200MW) đã được EVN chính thức phê duyệt  báo cáo tiền khả thi (tháng 5/2015) và đang tiến hành các công tác khảo sát, thiết kế (do công ty CP TVXD Điện 4 thực hiện).

thuy dien tich nang 3 min

Vào đầu năm 2020, đánh dấu công trình nhà máy thủy điện tích năng đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng ở tỉnh Ninh Thuận và có tên là thủy điện tích năng Bác Ái. Dự án gồm 4 tổ máy, với công suất 1.200 MW với tổng mức đầu tư khoảng 21.100 tỷ đồng. 

Hồ dưới của công trình này được sử dụng từ nguồn nước từ hồ Sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ. Nước được bơm lên hồ trên tích nước để phát điện thông qua 2 đường ống song song có đường kính thay đổi từ 5,5 đến 7,5 m, dài 2,7 km. Nhà máy được trang bị nhiều thiết bị hiện đại như bơm, tuabin đảo chiều và động cơ, máy phát đảo. Dự án vẫn đang được triển khai và dự kiến sẽ hoàn thiện vào năm 2028.

Thủy điện Tích năng Bác Ái có vai trò quan trọng trong hệ thống điện quốc gia, có nhiệm vụ phát điện phủ đỉnh – điền đáy biểu đồ phụ tải hàng ngày. Công trình không chỉ giúp dự phòng công suất phát, giúp ổn định hệ thống mà còn giúp điều chỉnh tần số, là công cụ giúp điều độ hệ thống điện quốc gia vận hành ổn định, an toàn tin cậy.

Thứ Tư, tháng 11 24, 2021

HỘI THẢO KHOA HỌC ỨNG DỤNG HỆ THỐNG LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG

 


Với sự tham gia của các cơ quan quản lý Nhà nước ở Trung ương, Bộ Công Thương, Văn phòng Ban Chỉ đạo Quốc gia về Phát triển Điện lực, Cục Điều tiết Điện lực, Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Viện Năng lượng, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia, cùng một số tổ chức, doanh nghiệp, các ngân hàng thương mại của Việt Nam và quốc tế… Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam tổ chức Hội thảo khoa học về: “Ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng và Công nghệ nâng cao hiệu suất cho các dự án năng lượng tái tạo của Việt Nam”.


TheoFbNangLuongVietNam

Thứ Năm, tháng 9 16, 2021

 


Các nhà cung cấp, dịch vụ tiện ích, công ty công nghệ và khách hàng đang tiếp tục sử dụng bộ lưu trữ bằng năng lượng mặt trời. Lợi ích của việc ghép nối năng lượng mặt trời với việc lưu trữ năng lượng ngày càng tăng khi cả hai công nghệ trở nên cạnh tranh hơn về chi phí.

Theo Hiệp hội Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, các địa điểm sản xuất năng lượng mặt trời và gió kết hợp với lưu trữ năng lượng đã tăng từ 19 lên 53 trong giai đoạn 2016 - 2019, với 56 dự kiến ​​lắp đặt khác sẽ được đưa vào hoạt động vào năm 2023.

Thị trường điện ở Hoa Kỳ đang trải qua sự thay đổi cơ cấu có thể dẫn đến việc lắp đặt kho pin quy mô lớn để đóng góp 10.000 MW cho lưới điện trong giai đoạn 2021-2023—10 lần công suất vào năm 2019, theo EIA.

Lưu trữ năng lượng đóng một vai trò quan trọng trong việc cho phép lưới điện hoạt động với tính linh hoạt và khả năng phục hồi cao hơn. Số lượng và tổng công suất của các hệ thống lưu trữ pin quy mô lớn tiếp tục tăng ở Mỹ, và các mô hình khu vực ảnh hưởng mạnh mẽ đến cấu trúc thị trường trên toàn quốc.

Vào cuối năm 2019, 163 hệ thống lưu trữ pin quy mô lớn đã hoạt động tại Hoa Kỳ, tăng 28% so với năm 2018. Năng lượng tối đa có thể được lưu trữ tại các địa điểm này (công suất năng lượng) là 1688 MWh và công suất tối đa có thể được cung cấp cho lưới điện từ các địa điểm này tại bất kỳ thời điểm nào (công suất điện) là 1022 MW.

Tính đến cuối năm 2019, hơn 60% công suất hệ thống pin quy mô lớn để lưu trữ năng lượng hoặc cung cấp năng lượng cho lưới điện ở Hoa Kỳ được đặt tại các khu vực được bao phủ bởi các nhà khai thác lưới điện khu vực PJM Interconnection (PJM) và California Independent System Nhà điều hành (CAISO). Về mặt lịch sử, những khu vực này thu hút sự bổ sung công suất vì các quy tắc thị trường thuận lợi thúc đẩy lưu trữ năng lượng.

Dưới đây là một số dự án lưu trữ cộng với năng lượng mặt trời mà chúng tôi đã viết ở đây tại T&D World.


Nguồn: https://www.tdworld.com/distributed-energy-resources/media-gallery/21173454/solar-storage-project-pipeline-keeps-growing?utm_source=TW+TDW+Energizing&

Thứ Năm, tháng 6 17, 2021

Khuyến khích công nghệ lưu trữ để thúc đẩy chuyển đổi năng lượng tái tạo

 

Các quốc gia ASEAN đều đang đặt ra những mục tiêu tham vọng về chuyển đổi năng lượng tái tạo, đòi hỏi những tiến bộ về công nghệ lưu trữ.

Khuyến khích công nghệ lưu trữ để thúc đẩy chuyển đổi năng lượng tái tạo
ASEAN đang đẩy mạnh năng lượng tái tạo.

Việt Nam đang trong quá trình xây dựng quy hoạch điện VIII, trong đó có mục tiêu nâng tỷ lệ điện gió, điện mặt trời và các loại năng lượng tái tạo khác lên khoảng 29% vào năm 2030.

Thực tế, năng lượng tái tạo đang bước vào thời kỳ bùng nổ tại Việt Nam, thu hút không chỉ nguồn vốn trong nước mà còn sự tham gia của các nhà đầu tư như Thái Lan, Trung Quốc, Singapore…

Việt Nam không phải quốc gia ASEAN duy nhất đẩy mạnh năng lượng tái tạo. Các quốc gia như Indonesia, Philippines, Malaysia đều có những mục tiêu năng lượng sạch của riêng mình để thực hiện các cam kết quốc tế về cắt giảm khí thải nhà kính, dù vẫn có kế hoạch khai thác thêm nhiệt điện trong thời gian tới.

Theo kế hoạch hành động về hợp tác năng lượng của ASEAN (APAEC), các lãnh đạo ASEAN nhất trí đặt mục tiêu 23% năng lượng tái tạo trong tổng cung nguồn điện sơ cấp trong khu vực vào năm 2025. Mục tiêu này yêu cầu công suất điện tái tạo tại khu vực đạt khoảng 35GW – 40GW.

Năng lượng tái tạo được kỳ vọng sẽ góp phần hiệu quả trong việc cắt giảm phát thải nhà kính, giúp các quốc gia thực hiện hóa mục tiêu phát triển bền vững. Mặt khác, với yêu cầu “xanh hóa” chuỗi cung ứng ngày càng gia tăng của các tập đoàn đa quốc gia, việc đẩy mạnh phát triển năng lượng tái tạo cũng là yếu tố quan trọng thu hút vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI).

Tuy nhiên, năng lượng tái tạo có điểm yếu nằm ở tính kém ổn định, dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết. Đây cũng chính là lý do nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm cả những nước phát triển như Úc hay Nhật Bản đều tiếp tục khai thác điện than.

Giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo

Khu vực kinh tế năng động bậc nhất thế giới sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ thông qua thúc đẩy công nghiệp hóa, dịch vụ hóa. Quá trình này đỏi hỏi lượng tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng cao.

Theo tính toán của Trung tâm Năng lượng ASEAN (ACE), đến năm 2025, tổng mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng của khu vực ASEAN sẽ tăng khoảng 38% vào năm 2025 và 146% vào năm 2040.

Ông Beni Suryadi, chuyên gia đến từ ACE nhận xét, năng lượng tái tạo sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng đảm bảo nhu cầu tiêu thụ, phục vụ tiến trình phát triển bền vững của ASEAN.

Để quá trình chuyển đổi diễn ra đúng như mong đợi, đặc biệt đối với khu vực đảo và vùng nông thôn, công nghệ dự trữ năng lượng là điều tối cần thiết. Nhiều chuyên gia trong và ngoài nước cũng đã nhấn mạnh quan điểm “phát triển năng lượng tái tạo cần đi kèm với giải pháp lưu trữ năng lượng”.

Mặt khác, công nghệ lưu trữ năng lượng phù hợp cũng là yếu tố giúp giảm giá năng lượng tái tạo, giúp các quốc gia không phải chi quá nhiều ngân sách cho những chính sách trợ giá điện.

Tuy nhiên, ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng đang gặp cản trở bởi hầu hết các nước ASEAN đều không có các quy tắc liên quan hoặc cơ chế thương mại để phục vụ công nghệ mới này.

Hiện nay, một số quốc gia trong khu vực đang triển khai việc phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng nhưng các chính sách cụ thể để khuyến khích áp dụng hệ thống lưu trữ vẫn “tụt hậu: sao với thế giới.

“Sự không chắc chắn về quy định đặt ra trở ngại cho các nhà đầu tư cũng như tổ chức vay vốn liên quan đến việc triển khai công nghệ lưu trữ năng lượng”, ông Suryadi nhận xét.

Bên cạnh đó, không chủ động được nguồn cung thiết bị cần thiết cho lưu trữ năng lượng như pin và ắc quy cũng là khó khăn của một số quốc gia, trong đó có Việt Nam.

Thực tế cho thấy, đã có nhiều nhà máy sản xuất điện tái tạo ở ASEAN nhưng hiếm có nhà máy nào được tích hợp công nghệ lưu trữ năng lượng.

ACE khuyến nghị, các quốc gia cần đưa ra những chính sách thiết thực hơn nữa để phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng nếu thực sự muốn đẩy nhanh tiến trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.

Một số chính sách có thể áp dụng như tạo nguồn tài trợ cho hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) về công nghệ lưu trữ hay xác định rõ ràng vai trò của từng bên liên quan trong chính sách năng lượng tái tạo.

TheoTheLeader

Thứ Bảy, tháng 5 29, 2021

Energy Storage Grows Up

 


As battery costs fall, the flexibility of battery energy storage is making it useful and cost-effective in a wider variety of applications.

Jeff Postelwait

Jon Wellinghoff says he does not worry about power outages anymore.

“I just bought an electric vehicle, actually, and now I have 100 kW of storage sitting in my garage, and I also have two Tesla Powerwalls. So, in my house that never peaks over 3 kW, I now have 15 or 20 times my peak that I’m able to store,” the former Federal Energy Regulatory Commission (FERC) chairman said of his home in Berkeley, California, U.S.

Flow battery technology, where chemical energy is provided by two chemical components dissolved in liquids and stored in separate tanks that are pumped through the battery system, is a promising, yet still immature technology, for grid energy storage applications. It can scale easily, uses lower-cost/more abundant materials, and is safer than many current generation battery technologies. Pictured above, a scientist at works on a flow battery design on one of PNNL’s prototyping labs.

Flow battery technology, where chemical energy is provided by two chemical components dissolved in liquids and stored in separate tanks that are pumped through the battery system, is a promising, yet still immature technology, for grid energy storage applications. It can scale easily, uses lower-cost/more abundant materials, and is safer than many current generation battery technologies. Pictured above, a scientist at works on a flow battery design on one of PNNL’s prototyping labs.

Wellinghoff said electric cars like his Ford Mustang Mark E have been a factor in grid-scale batteries becoming cheaper, more efficient and used by utilities in a growing variety of applications.

“There are some technology advances taking place, and manufacturing processes are being streamlined. Production is ramping up, so you’re seeing economies of scale. There’s now a greater demand for batteries,” Wellinghoff explained.

Battery energy storage is unlocking more value for utilities than in the past.

“They can stack value with the services they provide to the grid. They want to use a battery in [PJM Interconnection] for volt/VAR support. That’s a new application for energy storage and it used to be done exclusively by generators,” Wellinghoff noted.

PNNL's all-organic aqueous flow battery uses two inexpensive and readily available electrolytes, one containing methyl viologen and another with 4-HO-TEMPO.

Unlocking Value

Wellinghoff is far from the only person who sees big things ahead for energy storage.

When asked who wants to buy into energy storage today, Jason Burwen, interim CEO of the U.S. Energy Storage Association (ESA) — a trade group that represents all forms of energy storage — said: “Everyone. Five years ago, it was mostly independent power producers. Now it’s regulated utilities, smaller forward-thinking coops, all kinds of utilities.”

The DOE’s $75 million Grid Storage Launchpad facility at PNNL, shown here in a conceptual architectural rendering, will consolidate a broad range R&D capabilities under one roof to accelerate the development of next-generation grid energy storage technologies, including the ability to test new battery designs under realistic grid operating conditions. DOE recently approved the project for design and construction, which could begin later this year.

Burwen said that, while California would remain a leader for the time being, smaller utilities and coops in places like Arizona, Colorado, Indiana and Idaho are making their first major steps into energy storage at the project stage.

“As those utilities retire old fossil capacity, they see energy storage with renewable as providing replacement capacity,” Burwen explained. “Florida has a 490-MW battery supposed to come on-line this year.”

Often the first step in research to develop next-generation battery technologies is identifying promising new materials and chemistries from countless potential combinations, which can be like searching for a needle in a haystack. Above, a PNNL researcher uses High Throughput Experimentation (HTE) equipment to efficiently analyze thousands of potential chemistry combinations for new battery designs.

Often the first step in research to develop next-generation battery technologies is identifying promising new materials and chemistries from countless potential combinations, which can be like searching for a needle in a haystack. Above, a PNNL researcher uses High Throughput Experimentation (HTE) equipment to efficiently analyze thousands of potential chemistry combinations for new battery designs.

According to Burwen, cell prices for batteries dropped 90% over the last decade and, as production ramps up, the economies of scale effect is making itself felt.

“What’s dropping is the cost of battery supply for vehicles, and grid batteries get to ride the coattails,” Burwen said. “There are now more players coming into the space.”

This is leading to utilities and grid operators thinking of using batteries in ways that previously would not have been economically feasible.

“So, whereas grid batteries were only providing ancillary services as recently as six years ago, you are seeing them deployed to contribute to resource adequacy,” Burwen said. “I’ve noticed an increasing value for having higher power in your asset. So, even if you see, for example, a 2-hour battery, it might be a high-power battery and it will be operating for 4 hours of capacity, but it has the option to discharge a lot of energy in an hour, if needed. These are extremely flexible and configurable assets.”

Maturing Technology

Today’s batteries offer enough flexibility to be useful in a greater variety of applications, and energy storage now can complement different types of projects.

“So, the question becomes, what kind of capability do you need? What kind of value do you want?” Burwen asked. “The analogy here is what was smartphones competing against? Land lines? People wouldn’t have estimated that smartphones would be competing against basically all consumer electronics.”

Energy storage is even maturing to the point where it can take the place of building a new power generation asset or building grid upgrades.

“When you add storage to your mix, everything becomes more flexible. You can increase hosting capacity of a transmission circuit without having to build a lot of new facilities. So, it’s easy to think of it as a competitor, but what it really is, is more of an enabler and a partner,” Burwen said.

While Lithium-ion (Li-ion) is the dominant battery technology for grid-scale applications, other electrochemistries are presented as having life-cycle or duration advantages over Li-ion. When asked which battery technology was the best, Burwen said, “I love all my children” and would not say one is better than the other. However, he did say that each has their pros and cons.

According to Vince Sprenkle, senior advisor for energy storage at Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), several battery chemistries could challenge Li-ion in the future and, in most cases, they are being designed with grid-scale energy storage in mind. These battery chemistries include the following:

1. The power and energy components of redox flow batteries are independent and situated like a car — where the engine is the flow battery stack that delivers power and the gas tank is the flow battery electrolyte that provides the range, or discharge duration, based on how much fuel is in the tank. According to Sprenkle, the separation of these components enables greater flexibility, so they may be tailored to specific uses depending on how much power and battery life are needed and in what ratio.

2. High-temperature sodium systems use a ceramic electrolyte to move sodium between a molten metal anode and sodium sulfur or nickel metal halide. Sodium-sulfur systems have been shown to deliver full energy over 7 hours. Nickel metal chloride systems offer a flexible discharge duration of 3 hours to 10 hours. Because of the molten metals used, high temperatures are required. This offers the advantage of being useful in temperature extremes that would make conventional batteries less efficient.

3. Sodium-ion batteries can be built in the same factories as Li-ion, but swap Lithium for sodium for cost benefits and an easier-to-maintain supply chain. Using cheaper materials to make essentially the same battery could cut costs by around 70%, Sprenkle said.

4. Zinc batteries, like nickel zinc (Ni-Zn) or zinc manganese dioxide, are at various stages of development, with more advancement in Ni-Zn chemistry. The advantages are higher specific energy and lower cost as well as safe operation, Sprenkle said.

“Increasing renewable generation and need for improved grid resiliency are driving storage solutions that can provide power over days, weeks and even seasons. Conventional batteries, such as Li-ion, may not best suited for these applications as the costs increase significantly with increasing discharge durations,” Sprenkle explained.

Flow batteries and other technologies may enable longer-duration systems to eventually be cost effective for 100-plus hours but will still have a challenge with seasonal shifting energy because of self-discharge, Sprenkle said. Self-discharge, which occurs at higher temperatures, is when batteries have internal chemical reactions that reduce stored charge without being used. Ambient conditions like temperature impact the round-trip efficiency of the complete energy storage system.

As for the service life question surrounding battery technology, Sprenkle said this can be improved on by using the right technology for the right application. Li-ion batteries degrade faster when maintained at a high state of charge, for example, while the opposite is true for lead-acid batteries. Charging at high rate can damage Li-ion and zinc-based chemistries, whereas some lead-acid cell designs prefer a high charge rate.

Wellinghoff said that, while his area of expertise is policy and the energy market — and he “only knows enough about electrochemistry to be dangerous” — he is skeptical of newer technologies that have yet to show they can constitute a large share of the battery market.

“There are multiple other chemistries beyond Lithium, that’s true. I have yet to see one that is a clear, breakthrough winner,” Wellinghoff said. “Vanadium has been around a while, but it’s still struggling to gain any kind of significant market share.”

He added that many in the industry think of battery storage being only large-scale utility storage in front of the meter, but behind-the-meter storage also should be considered.

Behind-The-Meter Opportunity

Speaking of his home in Berkeley, which has energy storage as well as solar panels and an electric vehicle, Wellinghoff said this array of technologies delivers potential benefits to utilities that he as a consumer might not have had in mind.

“I didn’t buy it to support the grid. I bought it to take me to the store or protect me from blackouts, like the one we had here last October. So, the price doesn’t matter so much. The price is baked into some other use,” Wellinghoff explained. “So, if [the California independent system operator] says if you make some of that energy storage available to us every month, I will pay you US$20 a month. That’s great. I’ll take that.”

Wellinghoff added that FERC’s Order 2222 will enable this sort of market participation. The policy will allow distributed energy resource (DER) aggregators to function as market participants and use their resources in a way that accommodates their physical and operational characteristics.

“It’s about what the consumer who may have storage behind the meter is using it for, multiple purposes [like] driving around, going to the supermarket, protecting themselves from blackouts,” Wellinghoff said. “I may be willing to use parts of my resource to protect the grid if I were compensated for that. So, you get a lot more and multiple uses for the asset when it’s behind the meter.”

Using batteries this way has been made cost-effective by the improvements shown by battery technology in the past two decades.

Greg Dixon, CEO of Voltus Inc., a software company that packages DERs together for commercial, industrial, residential and institutional customers, said batteries are going through a “virtuous cycle” right now.

“Batteries are going the way solar has for the past 20 years. Density, cost, integration — everything has been improving to make it a cheaper source of energy. It’s a virtuous cycle: more application, more demand, more capacity,” Dixon explained.

Dixon also drew a comparison in the way these resources can be pooled with how computer science has advanced.

“Think about computing in the ‘70s. It was just mainframes. Nothing was networked. Now, we have everything networked; it’s nothing but [that]. Power is moving that direction, too,” Dixon said.

New Battery Uses

Dixon agreed with ESA’s Burwen that all sizes and types of utilities now are getting into batteries.

“Battery energy storage is a great dancing partner for intermittent renewables. Just about every utility is trying to use more renewables. The simple answer is they all are,” Dixon said

Jon Newman, market applications associate at Fluence Energy, a joint venture of Siemens and AES Corp. that is developing large energy storage projects in more than a dozen countries, said the front-of-the-meter energy storage market is dominated by independent power producers with one-term power purchase agreements.

“That’s where we see most of the growth, most of the megawatts. Utilities directly owning projects are becoming more scarce and we see this as a trend that will continue,” Newman said.

The flexible peaking capacity of energy storage batteries is rising to challenge natural gas-powered peaker plants, he said, and the batteries are flexible enough to be used in other ways. For example, his company is looking at energy storage as a transmission asset.


“We are very bullish on this. We use the acronym VTL: virtual transmission line. You might see this also called storage as a transmission asset. In our view, this is a major growth opportunity for utilities to deploy capital and increase their resilience,” Newman explained.

According to Fluence, VTL can add transmission network capacity faster and at lower cost than traditional pole and wire projects. A solution of this type was proposed by Fluence in Australia and would use a pair of 250-MW facilities.

Newman said the mature state of energy storage is addressing the efficiency issues temperature extremes introduce to batteries.

“We have packages that can harden the battery against cold or hot weather,” Newman noted. “We have batteries in very hot places, in the desert in Chile, and also in cold places like [the Northeastern U.S.] and Northern Europe. We have one that’s even north of the Arctic Circle.”

Regarding life-cycle issues, Newman said Fluence looks at battery arrays as 20-year lifetime assets, perhaps longer. 

“The batteries do degrade along time, but built into the system is overbuild when the system is new or augmentation by adding cells to an existing system to maintain its power rating. It’s almost considered an O&M cost,” Newman said. “Doing this doesn’t disrupt the normal operation of the system.”

As a company, Fluence is technology agnostic and constantly reevaluates the technologies it uses. Newman said flow batteries and hydrogen-based energy storage are on Fluence’s radar.

“All techs have different roles to play on the grid, and they each have things they excel at,” Newman said.

Hydrogen, A New Storage Fuel?

Hydrogen could be a pathway to achieve 100-plus hours of energy storage, PNNL’s Sprenkle said. Excess electricity is used to split hydrogen from water. The hydrogen is stored either in high-pressure tanks or naturally occurring caverns and then fed into a fuel cell to make emission-free electricity.

“Declining electrolyzer and fuel cell cost will enable greater adoption of these systems, but the biggest challenge may be the low round-trip efficiency of the process. Taking account of the losses in generating the hydrogen, the energy required to compress and store it, and then the additional losses when converting hydrogen back to electricity — these systems may only be 30% to 40% efficient compared to batteries that can accomplish the same at greater than 80%,” Sprenkle said.

Because of these losses, the power generated by the process must be worth nearly twice the input just to break even, Sprenkle added. Making hydrogen this way is more valuable as a feedstock for chemical processes or a transportation fuel than it is for converting it back to electricity.

“Improving the round-trip efficiency of these systems will help the economics, but ultimately the resiliency gained from long-duration storage systems like hydrogen will need to be recognized and monetized appropriately,” Sprenkle added.

One application for hydrogen power, Wellinghoff said, could be using it in existing power plants whose owners want to get away from fossil fuels.

“Hydrogen does make sense at a site that has available interconnection into a large amount of renewables. Hydrogen can be produced at that site and used in a power plant,” Wellinghoff said. “So, I think hydrogen has a role to play with helping use off-peak renewable power that would otherwise be curtailed or dumped.”

Wellinghoff said he does not see this as being cost competitive with conventional battery storage.

Burwen said there is enthusiasm for hydrogen because it offers an answer to the life-span problem batteries have, and it can be transported somewhat easily to other places, unlike large, heavy batteries.

“There’s questions as to what that looks like, but folks are starting to pilot projects. There’s a stage where you take it from the lab to the pilots,” Burwen said. “NextEra Energy has a pilot project planned, and I suspect there will be more underway. [The Los Angeles Department of Water & Power] is premising their decarbonization on a hydrogen strategy.”


For More Information


ESA | https://energystorage.org


Fluence Energy | https://fluenceenergy.com


Pacific Northwest National Laboratory | www.pnnl.gov


Voltus | www.voltus.co

Source : https://www.tdworld.com/distributed-energy-resources/energy-storage/article/21160307/energy-storage-grows-up?utm_source=UM_Top521&utm_medium=email



Thứ Ba, tháng 5 04, 2021

Tích trữ năng lượng tăng lên

 

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.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.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.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.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. ”


ESA | https://energystorage.org