Was sind die Entwicklungsrichtungen und Perspektiven der Energiespeichertechnologie? -Lithium-Ionen-Batterie-Ausrüstung
Die Entwicklung der Energiespeichertechnologie ist der Schlüssel für die großtechnische Entwicklung sauberer Energie und den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb des Stromnetzes. Die Energiespeichertechnologie kann dem Stromsystem elektrische Energiespeicherverbindungen hinzufügen, wodurch das "starre" Stromsystem mit Echtzeit-Leistungsbilanz "flexibler" wird. Insbesondere kann es die Volatilität unterdrücken, die durch den Anschluss von großflächiger sauberer Energieerzeugung an das Stromnetz verursacht wird, und den Betrieb des Stromnetzes verbessern. Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Flexibilität. Die Energiespeichertechnologie wird im Allgemeinen in thermische Energiespeicher und elektrische Energiespeicher unterteilt. Elektrische Energiespeicher werden in Zukunft vor allem im globalen Energie-Internet zum Einsatz kommen. (Lithium-Ionen-Batterie-Ausrüstung)
Die elektrische Energiespeichertechnologie wird hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: physikalische Energiespeicherung, elektrochemische Energiespeicherung und elektromagnetische Energiespeicherung.
Physikalische Energiespeicherung
Pumpspeicherkraftwerke sind derzeit die ausgereifteste Energiespeichertechnologie mit niedrigen Energiespeicherkosten und werden in großem Maßstab eingesetzt. Derzeit liegt die installierte Gesamtleistung von Pumpspeicherkraftwerken weltweit bei über 100 Millionen Kilowatt, wobei Japan, die Vereinigten Staaten und China zu den drei größten installierten Kapazitäten gehören. Die Welt ist reich an Wasserkraftressourcen. Durch die rationelle Nutzung des Geländes können Pumpspeicherkraftwerke mit größerer Kapazität gebaut werden, um die Versorgungssicherheit des Stromnetzes besser zu gewährleisten.
Die Druckluft-Energiespeicherung nutzt die verbleibende Elektrizität in niedrigen Talzeiten im Stromnetz, um den Luftkompressor anzutreiben und die Luft in eine Luftspeicherkammer mit großem Fassungsvermögen zu pressen, die elektrische Energie in speicherbare Druckluft-Potenzialenergie umwandelt. Wenn die Stromerzeugungskapazität des Systems nicht ausreicht, wird die Druckluft mit Öl oder Erdgas vermischt und verbrannt, um die Gasturbine anzutreiben, um Strom zu erzeugen, der die Anforderungen des Systems an die Spitzenlastregelung erfüllt. Die Druckluftspeicherung hat die Vorteile einer großen Kapazität, einer langen Lebensdauer und einer guten Wirtschaftlichkeit, verbraucht jedoch bei der Stromerzeugung fossile Energie, was zu Umweltverschmutzung und Kohlenstoffemissionen führt.
Elektrochemische Energiespeicherung
Die elektrochemische Energiespeicherung ist die derzeit modernste Energiespeichertechnologie. In den letzten Jahren haben sich elektrochemische Energiespeichertechnologien wie Natrium-Schwefel-Batterien, Flow-Batterien und Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicher rasant entwickelt, mit großem Entwicklungspotenzial und breiten Anwendungsperspektiven. Es wird erwartet, dass sie die ersten sein werden, die in die kommerzielle Entwicklungsphase eintreten. In Zukunft ist es notwendig, technologische Durchbrüche bei Batteriematerialien, Herstellungsprozessen, Systemintegration, Betrieb und Wartung usw. zu erzielen, um die Herstellungs- und Betriebskosten zu senken.
Blei-Säure-Batterien haben eine mehr als 140-jährige Geschichte. Sie sind technologisch ausgereift, preisgünstig und sehr sicher. Sie sind die ausgereifteste Batterie-Energiespeichertechnologie. Sie machen derzeit mehr als die Hälfte des Batteriemarktes aus und werden hauptsächlich in Elektrofahrrädern eingesetzt. Blei-Säure-Batterien haben jedoch eine geringe Energiedichte, eine hohe Masse und giftige Materialien, was sie für die Energiespeicherung im Netz ungeeignet macht.
Natrium-Schwefel-Batterien haben eine hohe Energiedichte, erleichtern die modulare Herstellung, den Transport und die Installation und eignen sich für die Notstromversorgung für spezielle Lasten.
Flow-Batterien haben eine große Kapazität, einen recycelbaren Elektrolyten, eine lange Lebensdauer und können separat für Kapazität und Leistung ausgelegt werden.
Lithium-Ionen-Batterien sind Batterien, die Verbindungen verwenden, die Lithium-Ionen als positive Elektrode und Kohlenstoffmaterialien als negative Elektrode enthalten. Lithium-Ionen-Batterien haben eine hervorragende Zyklenfestigkeit, eine lange Lebensdauer und enthalten keine giftigen und schädlichen Substanzen. Sie werden als grüne Batterien bezeichnet. Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien in Mobiltelefonen, Notebooks, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen weit verbreitet. Die Kosten für einen einzigen Lade- und Entladezyklus übersteigen jedoch 1 Yuan/kWh, und es ist nicht wirtschaftlich, ihn auf Stromsysteme und Energiespeicher in großem Maßstab anzuwenden.
Die Metall-Luft-Batterie ist eine neue Art von Brennstoffzelle, die Metallbrennstoff verwendet, um Wasserstoffenergie in herkömmlichen Brennstoffzellen zu ersetzen. Es zeichnet sich durch ungiftige, umweltfreundliche, stabile Entladespannung, hohe Energiedichte, geringen Innenwiderstand, lange Lebensdauer und relativ niedrigen Preis aus. Es hat viele Vorteile, wie z. B. niedrige Kosten und geringe Anforderungen an die Prozesstechnologie. Metall-Luft-Batterien verfügen über billige und reichlich vorhandene Rohstoffe, die recycelt werden können, und es wird erwartet, dass sie zu einer neuen Generation von grünen Energiespeicherbatterien werden.
Elektromagnetische Energiespeicherung
Superkondensatoren sind elektrochemische Komponenten, die in den 1970er und 1980er Jahren entwickelt wurden und Energie durch polarisierte Elektrolyte speichern. Während des Energiespeicherungsprozesses findet keine chemische Reaktion statt. Da der Energiespeicherungsprozess reversibel ist, können Superkondensatoren hunderttausende Male wiederholt geladen und entladen werden. Superkondensatoren haben eine hohe Leistungsdichte, kurze Lade- und Entladezeiten, eine lange Lebensdauer und einen großen Betriebstemperaturbereich, haben jedoch eine geringe Energiespeicherkapazität und sind nicht für die großflächige Energiespeicherung in Stromnetzen geeignet.
Der supraleitende elektromagnetische Energiespeicher ist ein Energiespeicher, der die Widerstandsfreiheit von Supraleitern ausnutzt. Es hat die Vorteile einer großen momentanen Leistung, eines geringen Gewichts, einer geringen Größe, eines Verlusts und einer schnellen Reaktion. Es kann verwendet werden, um die Stabilität des Stromversorgungssystems zu verbessern und die Qualität der Stromversorgung zu verbessern. . Supraleitende elektromagnetische Energiespeicher haben jedoch eine geringe Energiedichte, eine begrenzte Kapazität und unterliegen der supraleitenden Materialtechnologie, so dass die Zukunftsaussichten noch unklar sind.
Entwicklungsrichtung und Perspektiven
Großflächige Energiespeicher können für das Peak-Shaving und das Auffüllen von Tälern im globalen Energie-Internet verwendet werden. Großflächige Langzeit-Energiespeicher wie Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicher können für die Spitzenabtastung in großen Stromnetzen eingesetzt werden. Flow-Batterien verfügen über einen großen Energiespeicher, viele Zyklen und eine lange Lebensdauer und können als Ergänzung zu Energiespeichern mit Spitzenlasten im Stromnetz verwendet werden. Mit der Wasserstoff-Energiespeicherung kann überschüssige Wind- und Sonnenenergie für den Antrieb von Brennstoffzellenfahrzeugen gespeichert werden.
Die Energiespeicherung in großem Maßstab kann verwendet werden, um die Volatilität von sauberer Energie in großem Maßstab zu glätten. Energiespeicher wie Superkondensatoren, supraleitende elektromagnetische Energiespeicher, Schwungrad-Energiespeicher und Natrium-Schwefel-Batterien arbeiten hauptsächlich in Verbindung mit großen erneuerbaren Energien. Sie können schnell auf die Leistung von Windkraft und Photovoltaik reagieren und die Schwankungen der erneuerbaren Energien ausgleichen. , um die Betriebssicherheit des Stromnetzes in Echtzeit zu gewährleisten.
Kleine Energiespeicherbatterien können in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Energiespeichergeräte wie Lithiumbatterien, neue Blei-Säure-Batterien und Metall-Luft-Batterien haben hohe Energie- und Leistungsdichten, aber die Batterien haben eine schlechte Identität und lassen sich nur schwer zu Batteriepacks mit großer Kapazität bilden. Sie sind nicht für große Kraftwerke geeignet und werden hauptsächlich in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Mit der Verlängerung der Batterielebensdauer und der Kostensenkung können Energiespeicherbatterien die Anforderungen der groß angelegten Entwicklung von Elektrofahrzeugen erfüllen. In Zukunft werden die Energiespeicherbatterien von Elektrofahrzeugen mit dem globalen Energie-Internet verbunden sein, und durch eine vernünftige Anordnung der Ladezeiten werden sie zur Spitzenlastregulierung des Stromnetzes beitragen und das Laden und Entladen im Tal erreichen.
Der Schlüssel zum Fortschritt in der Energiespeichertechnologie liegt in Durchbrüchen in der Materialtechnologie. Mit der kontinuierlichen Innovation und Entwicklung neuer Energiespeichermaterialien werden wichtige Durchbrüche bei der Verlängerung der Lebensdauer von Energiespeicherkomponenten, der Erhöhung der Energiedichte, der Verkürzung der Ladezeit und der Kostensenkung erwartet.
Die elektrische Energiespeichertechnologie wird hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: physikalische Energiespeicherung, elektrochemische Energiespeicherung und elektromagnetische Energiespeicherung.
Physikalische Energiespeicherung
Pumpspeicherkraftwerke sind derzeit die ausgereifteste Energiespeichertechnologie mit niedrigen Energiespeicherkosten und werden in großem Maßstab eingesetzt. Derzeit liegt die installierte Gesamtleistung von Pumpspeicherkraftwerken weltweit bei über 100 Millionen Kilowatt, wobei Japan, die Vereinigten Staaten und China zu den drei größten installierten Kapazitäten gehören. Die Welt ist reich an Wasserkraftressourcen. Durch die rationelle Nutzung des Geländes können Pumpspeicherkraftwerke mit größerer Kapazität gebaut werden, um die Versorgungssicherheit des Stromnetzes besser zu gewährleisten.
Die Druckluft-Energiespeicherung nutzt die verbleibende Elektrizität in niedrigen Talzeiten im Stromnetz, um den Luftkompressor anzutreiben und die Luft in eine Luftspeicherkammer mit großem Fassungsvermögen zu pressen, die elektrische Energie in speicherbare Druckluft-Potenzialenergie umwandelt. Wenn die Stromerzeugungskapazität des Systems nicht ausreicht, wird die Druckluft mit Öl oder Erdgas vermischt und verbrannt, um die Gasturbine anzutreiben, um Strom zu erzeugen, der die Anforderungen des Systems an die Spitzenlastregelung erfüllt. Die Druckluftspeicherung hat die Vorteile einer großen Kapazität, einer langen Lebensdauer und einer guten Wirtschaftlichkeit, verbraucht jedoch bei der Stromerzeugung fossile Energie, was zu Umweltverschmutzung und Kohlenstoffemissionen führt.
Elektrochemische Energiespeicherung
Die elektrochemische Energiespeicherung ist die derzeit modernste Energiespeichertechnologie. In den letzten Jahren haben sich elektrochemische Energiespeichertechnologien wie Natrium-Schwefel-Batterien, Flow-Batterien und Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicher rasant entwickelt, mit großem Entwicklungspotenzial und breiten Anwendungsperspektiven. Es wird erwartet, dass sie die ersten sein werden, die in die kommerzielle Entwicklungsphase eintreten. In Zukunft ist es notwendig, technologische Durchbrüche bei Batteriematerialien, Herstellungsprozessen, Systemintegration, Betrieb und Wartung usw. zu erzielen, um die Herstellungs- und Betriebskosten zu senken.
Blei-Säure-Batterien haben eine mehr als 140-jährige Geschichte. Sie sind technologisch ausgereift, preisgünstig und sehr sicher. Sie sind die ausgereifteste Batterie-Energiespeichertechnologie. Sie machen derzeit mehr als die Hälfte des Batteriemarktes aus und werden hauptsächlich in Elektrofahrrädern eingesetzt. Blei-Säure-Batterien haben jedoch eine geringe Energiedichte, eine hohe Masse und giftige Materialien, was sie für die Energiespeicherung im Netz ungeeignet macht.
Natrium-Schwefel-Batterien haben eine hohe Energiedichte, erleichtern die modulare Herstellung, den Transport und die Installation und eignen sich für die Notstromversorgung für spezielle Lasten.
Flow-Batterien haben eine große Kapazität, einen recycelbaren Elektrolyten, eine lange Lebensdauer und können separat für Kapazität und Leistung ausgelegt werden.
Lithium-Ionen-Batterien sind Batterien, die Verbindungen verwenden, die Lithium-Ionen als positive Elektrode und Kohlenstoffmaterialien als negative Elektrode enthalten. Lithium-Ionen-Batterien haben eine hervorragende Zyklenfestigkeit, eine lange Lebensdauer und enthalten keine giftigen und schädlichen Substanzen. Sie werden als grüne Batterien bezeichnet. Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien in Mobiltelefonen, Notebooks, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen weit verbreitet. Die Kosten für einen einzigen Lade- und Entladezyklus übersteigen jedoch 1 Yuan/kWh, und es ist nicht wirtschaftlich, ihn auf Stromsysteme und Energiespeicher in großem Maßstab anzuwenden.
Die Metall-Luft-Batterie ist eine neue Art von Brennstoffzelle, die Metallbrennstoff verwendet, um Wasserstoffenergie in herkömmlichen Brennstoffzellen zu ersetzen. Es zeichnet sich durch ungiftige, umweltfreundliche, stabile Entladespannung, hohe Energiedichte, geringen Innenwiderstand, lange Lebensdauer und relativ niedrigen Preis aus. Es hat viele Vorteile, wie z. B. niedrige Kosten und geringe Anforderungen an die Prozesstechnologie. Metall-Luft-Batterien verfügen über billige und reichlich vorhandene Rohstoffe, die recycelt werden können, und es wird erwartet, dass sie zu einer neuen Generation von grünen Energiespeicherbatterien werden.
Elektromagnetische Energiespeicherung
Superkondensatoren sind elektrochemische Komponenten, die in den 1970er und 1980er Jahren entwickelt wurden und Energie durch polarisierte Elektrolyte speichern. Während des Energiespeicherungsprozesses findet keine chemische Reaktion statt. Da der Energiespeicherungsprozess reversibel ist, können Superkondensatoren hunderttausende Male wiederholt geladen und entladen werden. Superkondensatoren haben eine hohe Leistungsdichte, kurze Lade- und Entladezeiten, eine lange Lebensdauer und einen großen Betriebstemperaturbereich, haben jedoch eine geringe Energiespeicherkapazität und sind nicht für die großflächige Energiespeicherung in Stromnetzen geeignet.
Der supraleitende elektromagnetische Energiespeicher ist ein Energiespeicher, der die Widerstandsfreiheit von Supraleitern ausnutzt. Es hat die Vorteile einer großen momentanen Leistung, eines geringen Gewichts, einer geringen Größe, eines Verlusts und einer schnellen Reaktion. Es kann verwendet werden, um die Stabilität des Stromversorgungssystems zu verbessern und die Qualität der Stromversorgung zu verbessern. . Supraleitende elektromagnetische Energiespeicher haben jedoch eine geringe Energiedichte, eine begrenzte Kapazität und unterliegen der supraleitenden Materialtechnologie, so dass die Zukunftsaussichten noch unklar sind.
Entwicklungsrichtung und Perspektiven
Großflächige Energiespeicher können für das Peak-Shaving und das Auffüllen von Tälern im globalen Energie-Internet verwendet werden. Großflächige Langzeit-Energiespeicher wie Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicher können für die Spitzenabtastung in großen Stromnetzen eingesetzt werden. Flow-Batterien verfügen über einen großen Energiespeicher, viele Zyklen und eine lange Lebensdauer und können als Ergänzung zu Energiespeichern mit Spitzenlasten im Stromnetz verwendet werden. Mit der Wasserstoff-Energiespeicherung kann überschüssige Wind- und Sonnenenergie für den Antrieb von Brennstoffzellenfahrzeugen gespeichert werden.
Die Energiespeicherung in großem Maßstab kann verwendet werden, um die Volatilität von sauberer Energie in großem Maßstab zu glätten. Energiespeicher wie Superkondensatoren, supraleitende elektromagnetische Energiespeicher, Schwungrad-Energiespeicher und Natrium-Schwefel-Batterien arbeiten hauptsächlich in Verbindung mit großen erneuerbaren Energien. Sie können schnell auf die Leistung von Windkraft und Photovoltaik reagieren und die Schwankungen der erneuerbaren Energien ausgleichen. , um die Betriebssicherheit des Stromnetzes in Echtzeit zu gewährleisten.
Kleine Energiespeicherbatterien können in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Energiespeichergeräte wie Lithiumbatterien, neue Blei-Säure-Batterien und Metall-Luft-Batterien haben hohe Energie- und Leistungsdichten, aber die Batterien haben eine schlechte Identität und lassen sich nur schwer zu Batteriepacks mit großer Kapazität bilden. Sie sind nicht für große Kraftwerke geeignet und werden hauptsächlich in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Mit der Verlängerung der Batterielebensdauer und der Kostensenkung können Energiespeicherbatterien die Anforderungen der groß angelegten Entwicklung von Elektrofahrzeugen erfüllen. In Zukunft werden die Energiespeicherbatterien von Elektrofahrzeugen mit dem globalen Energie-Internet verbunden sein, und durch eine vernünftige Anordnung der Ladezeiten werden sie zur Spitzenlastregulierung des Stromnetzes beitragen und das Laden und Entladen im Tal erreichen.
Der Schlüssel zum Fortschritt in der Energiespeichertechnologie liegt in Durchbrüchen in der Materialtechnologie. Mit der kontinuierlichen Innovation und Entwicklung neuer Energiespeichermaterialien werden wichtige Durchbrüche bei der Verlängerung der Lebensdauer von Energiespeicherkomponenten, der Erhöhung der Energiedichte, der Verkürzung der Ladezeit und der Kostensenkung erwartet.
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