Технологии за складирање на енергија во електричната мрежа - бесплатно преземање PDF
Тимоти Патеј, АББ Швајцарија, Истражувачки центар 14 мај 2013 година Технологии за складирање на енергија во електричната мрежа 15.05.2013 Слајд 1
Следните 30 минути преглед на апликациите зошто складирање на енергија? Технологии како можете да складирате енергија? Батерии за складирање на пумпи Складирање на компримиран воздух Adiabatic Управување со енергијата на крајниот корисник Заклучоци 15.05.2013 Слајд 2
Предизвици на современите електрични мрежи Што може да придонесе технологијата? Возач/тренд Проблеми што треба да се решат Технологии Далечна генерација Децентрализирана генерација Нестабилност на генерацијата Транспорт на енергија; Капацитет на мрежата; Двонасочна дистрибутивна мрежа Складирање на енергија Пренос на високонапонска директна струја (HVDC); > 2 GW трансфер; ФАКТИ; Контрола и заштита на дистрибутивните мрежи Електрични: Складирање на пумпи, батерии; Термо-електрична меморија; Е-автомобили (?) Нестабилност на генерацијата Растечка побарувачка на енергија Флексибилно управување со оптоварување Енергетска ефикасност Паметна мрежа (активна побарувачка); Пофлексибилна ефикасност на производствената мрежа; Индустриска енергетска ефикасност; GW Гига Ват, FACTS флексибилен систем за пренос на наизменична струја
Апликации на системи за складирање на енергија () Централно производство Складирање на големи количини на енергија Балансирање на оптоварување На страната на производството 100 MW, 4h трафостаница/резерва за поддршка на мрежата на фидер Во случај на дефект на линијата 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv високонапонски воден оптоварување 20 kv 220 kv Дистрибуирано производство Интеграција на обновливи енергии 1-100 MW, 10 часа балансирање на оптоварување За одложување на инвестициите во линијата 1-10 MW, 6h тешка индустрија 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv регулација на фреквенцијата на мрежниот прстен 1-50 MW, 0,25-1h ограничување на врвното оптоварување 0,5-10 MW, 1 час управување со енергијата на крајниот корисник 15.05.2013 Слајд 4
Технологии за складирање на енергија Механичка термодинамичка електрохемиска електромагнетна гравитација Складирање на пумпа Кинетички замаец Топлина Термоелектричен притисок Компресиран воздух (CAES) Батерии Оловна киселина Ni-Cd NaS Литиум Метал - cellsелии на проток на воздух Ванадиум ZnBr Електролизатор на водород и горивна ќелија Енергија на гас Електричен кондензатор Магнетни суперспроводливост МП 15, 2013 Слајд 5 Адијабатски CAES
Апликации на системи за складирање на енергија Централно производство Складирање на големи количини на енергија Балансирање на оптоварување На страната на производството 100 MW, 4h трафостаница/резерва за поддршка на мрежата на фидер Во случај на дефект на линијата 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv високонапонски воден оптоварување 20 kv 220 kv Дистрибуирано производство Интеграција на обновливи енергии 1-100 MW, 10h Балансирање на оптоварување За одложување на инвестициите во линијата 1-10 MW, 6h тешка индустрија 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv регулација на фреквенцијата на мрежниот прстен 1-50 MW, 0,25-1h ограничување на максималното оптоварување 0,5-10 MW, 1 час управување со енергијата кај крајниот потрошувач 15.05.2013 Слајд 6
Складирање на енергија во електричната мрежа (2012) Складирање на пумпата 127 000 MW Над 99% од вкупниот капацитет на складирање Компресиран воздух, 440 MW натриум-сулфурни батерии, 316 MW литиум-јонски батерии, 88 MW оловно-киселински батерии, 50 MW замаец, 25 MW батерии со редокс проток, 5 MW 15.05.2013 Слајд 7 Извор: Институт Фраунхофер, ЕПРИ, Пр. Нат. Наука 19 (Чен et.al), Сл
Складирање на пумпи: Доминантна технологија Складирање на гравитационата енергија Воспоставена и ефикасна технологија Најчеста примена (2012 година): Управување со товарот од страната на производството Во конкуренција на електрани за гас Долен резервоар Горн резервоар Електромеханички машини 1060 MW, 8 часа PHS Goldisthal (D) Карактеристики на складирање на пумпа Ефикасност 80% Времетраење на напојувањето Излезни трошоци за капитал (систем 500 MW) Најголеми неповолни часови (до денови) 10 MW до 1 GW 1500-2000 $/kw (експанзија 650-850 $/kw) Географски ограничен 15.05.2013 Слајд 8
Апликации на системи за складирање на енергија Централно производство Складирање на големи количини на енергија Балансирање на оптоварување Од страна на производството 100 MW, 4h трафостаница/резерва за поддршка на мрежата на фидер Во случај на дефект на линијата 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv високонапонски воден товар 20 kv 220 kv Дистрибуирано производство Интеграција на обновливи енергии 1-100 MW, 10h Балансирање на оптоварување За одложување на инвестициите во линијата 1-10 MW, 6h тешка индустрија 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv мрежа регулација на фреквенцијата на прстенот 1-50 MW, 0,25-1h ограничување на максималното оптоварување 0,5-10 MW, 1 час управување со енергијата на крајниот корисник 15.05.2013 Слајд 9
Батерии за дистрибуирано складирање на енергија Складирање во форма на хемиска енергија, многу различни видови батерии Висока енергија и густина на моќност Брза реакција и можност за префрлување (помеѓу полнење и празнење) Тренд: решенија за контејнери Типични својства на складирање на батеријата Ефикасност> 80% Времетраење на напојување Излез Капитални трошоци (500 Погон за мегавати) Најголем недостаток 1-10 часови 1-50 мегавати 2500 $/kw Линеарно скалирање (без заштеда на големина) 34 MW, 245 MWh натриум-сулфур (NaS) инсталација за 51 MW ветерна електрана (Јапонија) 15.05.2013 Слајд 10
Топологија на системите за складирање на батерии (B) Батерија + - Конвертер U DC AC U PCS Трансформатор AC мрежа U AC 15.05.2013 Слајд 11
Интеграција на обновливи извори: Обезбедување на капацитет Футамата 51 MW ветерна турбина со 34 MW натриум-сулфурни батерии, на мрежата од 2008 година, Јапонија за развој на ветрови Ко.
Идна алтернатива за интеграција на обновливи извори на енергија: Систем за складирање на компримиран воздух Адијабатик Симултано складирање на притисок (компримиран воздух) и топлина Предност: Без горење на природен гас (за разлика од претходните системи за складирање на компримиран воздух) Единствен еколошки систем за складирање на компримиран воздух - Адиабатик Ефикасност Цел: 70% времетраење на испораката на капитал (Систем од 500 MW) Најголеми неповолни денови 50-500 MW цел: 1500 $/kw Географски врзан проект ADELE: 90 MW, 4h демонстратор во Страсфурт (Д) со RWE, GE, Циблин и DLR Извор: www.rwe.com, мај 15, 2013 Слајд 13
Апликации на системи за складирање на енергија Централно производство Складирање на големи количини на енергија Балансирање на оптоварување Од страна на производството 100 MW, 4h трафостаница/резерва за поддршка на мрежата на фидер Во случај на дефект на линијата 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv високонапонски воден оптоварување 20 kv 220 kv Дистрибуирано производство Интеграција на обновливи енергии 1-100 MW, 10h Балансирање на оптоварување За одложување на инвестициите во линијата 1-10 MW, 6h тешка индустрија 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv регулација на фреквенцијата на прстенот на мрежата 1-50 MW, 0,25-1h ограничување на максималното оптоварување 0,5-10 MW, 1 час управување со енергијата кај крајниот потрошувач 15.05.2013 Слајд 14
Регулирање на фреквенцијата Балансот помеѓу потрошувачката на електрична енергија и производството секогаш мора да се гарантира. Ова се постигнува преку резервна моќност, која може да се искористи за да се реагира на промени во мрежната фреквенција. 15 мај 2013 година Слајд 15
Ли-јонски систем за складирање на енергија на батеријата Ли-јонска батерија за регулирање на фреквенцијата (и други апликации) Трафостаница Лос Андите во Чиле, големина: 12 MW/4 MWh, ефикасност од наизменична струја до 80% Снабдувач: A123, конструкција: 2009 15 мај 2013 Слајд 16
Систем за складирање на енергија од батерија на ли-јонски пилот проект од 1 MW (15 мин), мрежен оператор: EKZ, Швајцарија, Sonntags-Zeitung, 18 март 2012 година, 15 мај 2013 Слајд 17
Апликации на системи за складирање на енергија Централно производство Складирање на големи количини на енергија Балансирање на оптоварување На страната на производството 100 MW, 4h трафостаница/резерва за поддршка на мрежата на фидер Во случај на дефект на линијата 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv високонапонски воден оптоварување 20 kv 220 kv Дистрибуирано производство Интеграција на обновливи енергии 1-100 MW, 10h Балансирање на оптоварување За одложување на инвестициите во линијата 1-10 MW, 6h тешка индустрија 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv регулација на фреквенцијата на прстенот на мрежата 1-50 MW, 0,25-1h ограничување на максималното оптоварување 0,5-10 MW, 1h управување со енергијата кај крајниот потрошувач 15.05.2013 Слајд 18
Само-потрошувачка со концепт на PV и систем на батерии 1. За време на „надвор од врв“, вишокот електрична енергија се складира во батериите. à Батеријата се полни. 2. За време на врвот, електричната енергија се снабдува од батеријата и ФВ системот. à Батеријата се испразнува. 15 мај 2013 година Слајд 19 Само-потрошувачка со систем на батерии (извор: Просол, 2013)
Деловно дело за Германија Оперативни приходи и трошоци Оперативни приходи Цена на електрична енергија (2012 година) = 25,9 ct/kwh. 1 повластена тарифа = 18,2 ct/kwh. 2 Заштеди на трошоците = 7,7 ct/kWh. Трошоци по kwh = 800 EUR/kWh. Капацитет на батеријата = 5 kwh (прибл. 3 kwh/ден со вклучено стареење на батеријата). Вкупни трошоци = 4,000 EUR Просечна потрошувачка на електрична енергија по домаќинство и година = 4,000 kWh/годишно. 3 Дополнителна само-потрошувачка = 1.000 kWh/година (
2,7 kWh/ден). à рок на отплата => 50 години годишен приход од работењето = 7,7 ct/kwh * 1.000 kwh = 77 EUR/година. Извори: 1 BDEW, 2012 година, 2 Закон за обновливи енергии (ЕЕГ), Предлог 23 февруари 2013 година (1 ч) оловна киселина (средно време на празнење) натриум-сулфур (долго време на празнење, 5-8 ч) Идните системи за складирање на енергија треба да вклучуваат термодинамички технологии (адијабатски) системи за складирање на компримиран воздух мај 15, 2013 Слајд 23
Дали домашната батерија е профитабилна? Зголемување на само-потрошувачката со складирање на енергија, ограничената граница на моќност/профитабилност на цената на електричната енергија наспроти повластената тарифна разлика во цената (граница на профитабилност) трошоци на батеријата за граница на профитабилност од 0,10 ЕУР/kWh/циклус: Забелешка: ефикасноста на системот и попустот не се земени предвид. 15 мај 2013 година Слајд 25
Технологии за складирање 10 ч Складирање на компресиран воздух на натриум-сулфур (CAES) Време на работа [мин] 1 h Ванадиум оксидирани хемиски батерии Оловно-киселински батерии Термоелектрично складирање (TEES) Складирање на пумпа Ли-јон 10 мин Замаец 100 kw 1 MW 10 MW 100 MW 1000 MW најголема моќност [MW]
Систем за складирање на енергија на батеријата Ni-Cd 100 MW линија за пренос Ni-Cd батерии Healy Конвертор 140 MW далекувод Fairbanks B Спецификација: 40 MW за 7 мин (4,7 MWh) 27 MW за 15 мин (6,75 MWh) ефикасност на AC до AC 75% траење на батеријата: 20 години приклучени на 138 kv линија Апликации: Резервна моќност во случај на откажување на далекуводот Компензација на резервната моќност на вртење Здружение на електрични златни домови, САД, работи од 2004 г.
Систем на батерии на натриум-сулфур (NaS) Токио Електрично претпријатие Цунашима трафостаница 6 MW/48 MWh 15 мај 2013 година Слајд 28 AC на AC ефикасност 75% конструкција 1997-1998
Циклус и работен век на календарот (A-) CAES, ETES испорачано складирање Циклусот и работниот век на календарот имаат големо влијание врз прифаќањето на клиентот и трошоците на зачуваната електрична енергија 15.05.2013 Слајд 29
Заклучоци Постојат различни апликации, секоја со специфичен економски двигател. Најважните од нив се: Управување со оптоварувањето од страната на производството Интеграција на обновливите извори на енергија Меѓу технологиите за складирање, складирањето на пумпата е често најекономично решение (ако не постојат геолошки или други ограничувања) Ако не постои можност за складирање на пумпа, системите на батерии често се најдобрата алтернатива во денешно време. Трите најважни технологии се: јони на литиум (кратко време на празнење,> 1 час) оловна киселина (средно време на празнење) натриум-сулфур (долго време на празнење, 5-8 ч.) Идните решенија за складирање на енергија ќе вклучуваат термодинамички технологии како што се (адијабатско) складирање на компримиран воздух или складирање на електро-топлинска енергија . 15 мај 2013 година Слајд 30