Криогенный накопитель энергии - Cryogenic energy storage
Криогенное накопление энергии ( CES ) - это использование низкотемпературных ( криогенных ) жидкостей, таких как жидкий воздух или жидкий азот, для хранения энергии. Эта технология в основном используется для крупномасштабного хранения электроэнергии . Вслед за демонстрационными установками в масштабе энергосистемы в настоящее время строится коммерческая установка мощностью 250 МВтч в Великобритании, а в США планируется строительство хранилища мощностью 400 МВтч.
Сетевое хранилище энергии
Процесс
Когда это дешевле (обычно ночью), электричество используется для охлаждения воздуха от атмосферы до -195 ° C с использованием цикла Клода до точки, в которой он превращается в жидкость. Жидкий воздух, занимающий одну тысячную объема газа, можно долго удерживать в большой вакуумной колбе при атмосферном давлении . В периоды высокого спроса на электроэнергию жидкий воздух под высоким давлением перекачивается в теплообменник , который действует как бойлер. Воздух из атмосферы с температурой окружающей среды или горячая вода от промышленного источника тепла используется для нагрева жидкости и превращения ее обратно в газ. Значительное увеличение объема и давления из-за этого используется для приведения в действие турбины для выработки электроэнергии.
Эффективность
Если изолированно, эффективность процесса составляет всего 25%, но при использовании низкосортного холодильника, такого как большой слой гравия, этот показатель увеличивается примерно до 50% для улавливания холода, образующегося при испарении криогена. Холод повторно используется во время следующего цикла охлаждения.
Эффективность дополнительно повышается при использовании вместе с электростанцией или другим источником низкопотенциального тепла , которое в противном случае было бы потеряно в атмосферу. Highview Power заявляет, что КПД от переменного тока к переменному току составляет 70%, при использовании другого источника отработанного тепла при 115 ° C. IMechE (Институт инженеров - механиков) соглашается с тем , что эти оценки для промышленного масштаба предприятия являются реалистичными. Однако это число не проверялось и не подтверждалось независимыми профессиональными учреждениями.
Преимущества
Система основана на проверенной технологии, безопасно используется во многих промышленных процессах и не требует для производства каких-либо особо редких элементов или дорогостоящих компонентов. Д-р Тим Фокс, глава отдела энергетики IMechE, говорит: «В нем используются стандартные промышленные компоненты, что снижает коммерческий риск; он прослужит десятилетия, и его можно починить гаечным ключом».
Приложения
Экономика
Технология экономична только там, где оптовые цены на электроэнергию со временем сильно меняются. Обычно это происходит там, где трудно изменить генерацию в ответ на меняющийся спрос. Таким образом, данная технология дополняет растущие источники энергии, такие как ветер и солнце, и позволяет более широко использовать такие возобновляемые источники энергии в структуре энергетики. Это менее полезно там, где электричество в основном вырабатывается диспетчерской генерацией , такой как угольные или газовые тепловые электростанции, или гидроэлектроэнергия.
Криогенные установки также могут предоставлять сетевые услуги, включая балансировку сети, поддержку напряжения, частотную характеристику и синхронную инерцию.
Локации
В отличие от других технологий хранения энергии в масштабе энергосистемы, требующих определенных географических регионов, таких как горные водохранилища ( гидроаккумулирующие гидроэлектростанции ) или подземные соляные пещеры ( накопители энергии на сжатом воздухе ), криогенные накопители энергии могут быть расположены практически где угодно.
Для достижения максимальной эффективности криогенная установка должна быть расположена рядом с источником низкопотенциального тепла, которое в противном случае было бы потеряно в атмосферу. Часто это будет тепловая электростанция, которая, как ожидается, также будет вырабатывать электроэнергию в периоды пикового спроса и самых высоких цен. Размещение с источником неиспользованного холода, например, с установкой регазификации СПГ , также является преимуществом.
Демонстраторы в масштабе сетки
Объединенное Королевство
В апреле 2014 года правительство Великобритании объявило, что выделило 8 миллионов фунтов стерлингов компаниям Viridor и Highview Power для финансирования следующего этапа демонстрации. Получившаяся в результате демонстрационная установка сетевого масштаба на полигоне Pilsworth Landfill в Бери, Большой Манчестер , Великобритания , была запущена в эксплуатацию в апреле 2018 года. Проект был основан на исследованиях Бирмингемского центра криогенного хранения энергии (BCCES), связанного с Бирмингемским университетом, и имеет хранилище емкостью до 15 МВтч и может генерировать пиковую мощность 5 МВт (поэтому при полной зарядке его хватает на три часа при максимальной мощности) и рассчитан на срок эксплуатации 40 лет.
Соединенные Штаты
В 2019 году Фонд чистой энергии министерства торговли штата Вашингтон объявил, что предоставит грант, чтобы помочь Tacoma Power стать партнером Praxair в строительстве завода по хранению жидкой воздушной энергии мощностью 15 МВт / 450 МВт-ч. Он будет хранить до 850 000 галлонов жидкого азота, чтобы помочь сбалансировать энергетические нагрузки.
Коммерческие заводы
Объединенное Королевство
В октябре 2019 года Highview Power объявила, что планирует построить коммерческую электростанцию мощностью 50 МВт / 250 МВт-ч в Кэррингтоне, Большой Манчестер . Строительство началось в ноябре 2020 года, а коммерческая эксплуатация запланирована на 2022 год. По мощности 250 МВтч установка соответствует емкости крупнейшего в мире существующего литий-ионного аккумулятора - хранилища энергии Gateway в Калифорнии.
Соединенные Штаты
В декабре 2019 года Highview объявила о планах строительства электростанции мощностью 50 МВт в северном Вермонте с предложенным объектом, способным хранить восемь часов энергии, с емкостью хранения 400 МВтч.
Чили
В июне 2021 года Highview объявила, что разрабатывает гидроаккумулирующую установку мощностью 50/500 МВт в районе Атакама в Чили.
История
Транспорт
И жидкий воздух, и жидкий азот экспериментально использовались для питания автомобилей. Автомобиль с жидкостным воздухом под названием Liquid Air был построен между 1899 и 1902 годами, но в то время он не мог конкурировать по эффективности с другими двигателями.
Совсем недавно был построен автомобиль на жидком азоте . Питер Dearman, гараж изобретатель в Хартфордшир, Великобритания , которые первоначально разработали ЖИДКОСТИ автомобиль воздуха, а затем поставить технологию использования в качестве накопителя энергии решетки В Dearman двигатель отличается от прежних конструкций двигателей азота в том , что азот нагревается путем объединения его с теплообменная жидкость внутри цилиндра двигателя.
Пилоты по хранению электроэнергии
В 2010 году технология была опробована на электростанции в Великобритании. Пилотная криогенная энергетическая система мощностью 300 кВт и 2,5 МВтч, разработанная исследователями из Университета Лидса и компании Highview Power, в которой используется жидкий воздух (с CO
2и вода удаляется, поскольку они превращаются в твердые при температуре хранения) в качестве накопителя энергии, и низкопотенциальное отработанное тепло для ускорения теплового повторного расширения воздуха, работающее на электростанции, работающей на биомассе мощностью 80 МВт в Слау , Великобритания, с 2010 г. до 2014 года, когда он был переведен в университет Бирмингема. Эффективность составляет менее 15% из-за используемых аппаратных компонентов с низким КПД, но инженеры на основе опыта эксплуатации этой системы нацелены на эффективность около 60% для следующего поколения CES.