Comparaison des avantages et des inconvénients de divers systèmes de stockage d'énergie

1, stockage d'énergie mécanique Le stockage d'énergie mécanique comprend principalement le stockage par pompage, le stockage d'énergie à air comprimé et le stockage d'énergie par volant d'inertie.

(1) Stockage par pompage : lorsque le réseau utilise l'excès d'électricité comme eau de média énergétique liquide du réservoir de basse altitude au réservoir de haute altitude, la charge de pointe du réseau d'eau du réservoir de haute altitude retourne au réservoir inférieur pour favoriser pour la production d'énergie par turbogénérateur, le rendement est généralement d'environ 75 %, communément appelé en 4 sur 3, avec une capacité d'ajustement quotidienne, pour la charge de pointe et la sauvegarde.

Inconvénients : emplacement difficile et dépendance au terrain ; Le cycle d'investissement est important et les pertes sont élevées, y compris les pertes de drainage et de stockage + les pertes de conduite ; À ce stade, elle est également limitée par la politique chinoise en matière de prix de l'électricité, et plus de 80 % du pompage et du stockage en Chine l'année dernière se faisaient au soleil.

(2) Stockage d'énergie à air comprimé (CAES) : le stockage d'énergie à air comprimé consiste à utiliser l'électricité restante du système électrique lorsque la charge est faible, entraînée par le moteur pour entraîner le compresseur d'air, l'air est pressé dans le grand réservoir fermé. grotte souterraine de capacité comme chambre de stockage de gaz, lorsque la production d'énergie du système est insuffisante, l'air comprimé est mélangé avec du pétrole ou du gaz naturel à travers l'échangeur de chaleur et la combustion, dans la turbine à gaz pour la production d'électricité. Il y a plus d'études étrangères, la technologie est mature et la Chine a commencé à être un peu en retard, comme si l'académicien Lu Qiang avait plus de recherches sur cet aspect, qu'est-ce que la cogénération d'énergie froide, etc.

Le stockage d'air comprimé a également une fonction de pointe, qui convient aux parcs éoliens à grande échelle, car le travail mécanique généré par l'énergie éolienne peut directement entraîner la rotation du compresseur, réduisant ainsi la conversion intermédiaire en électricité, améliorant ainsi l'efficacité.

Inconvénients : Un inconvénient majeur est la faible efficacité. La raison en est que la température de l’air augmente lorsqu’il est comprimé et diminue lorsque l’air est libéré et détendu. Lors du traitement de l'air comprimé, une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur et doit être réchauffée avant l'expansion. Le gaz naturel est généralement utilisé comme source de chaleur pour chauffer l’air, ce qui entraîne une moindre efficacité du stockage énergétique. D’autres inconvénients envisageables sont la nécessité de grandes unités de stockage de gaz, certaines conditions géologiques et le recours à la combustion de combustibles fossiles.

(3) Stockage d'énergie par volant d'inertie : il s'agit de l'utilisation d'un volant d'inertie rotatif à grande vitesse pour stocker de l'énergie sous forme d'énergie cinétique, et lorsque de l'énergie est nécessaire, le volant d'inertie ralentit et libère l'énergie stockée. La technologie unique de stockage d'énergie par volant d'inertie est essentiellement nationale (mais l'écart avec les pays étrangers est de plus de 10 ans), la difficulté est de développer de nouveaux produits avec différentes fonctions selon différentes utilisations, de sorte que l'alimentation électrique du stockage d'énergie par volant d'inertie est de haute qualité. produit technologique mais l'innovation originale est insuffisante, ce qui rend plus difficile l'obtention d'un soutien financier national pour la recherche scientifique. La densité énergétique n'est pas assez élevée, le taux d'autodécharge est élevé, comme l'arrêt de la charge, l'énergie sera épuisée en quelques dizaines d'heures. Convient uniquement à certains segments de marché, tels que les alimentations sans interruption de haute qualité.

2, stockage d'énergie électrique (1) Stockage d'énergie par supercondensateur : la structure à double couche électrique composée d'une électrode poreuse de charbon actif et d'un électrolyte est utilisée pour obtenir une grande capacité électrique. Contrairement aux batteries, qui utilisent des réactions chimiques, le processus de charge et de décharge des supercondensateurs est toujours un processus physique. Temps de charge court, longue durée de vie, bonnes caractéristiques de température, économie d'énergie et protection de l'environnement vert. Les supercondensateurs n'ont pas de choses trop compliquées, c'est-à-dire la charge des condensateurs, et le reste est une question de matériaux, et l'orientation actuelle de la recherche est de savoir si la zone est petite et la capacité est plus grande. Le développement des supercondensateurs est encore très rapide et les nouveaux supercondensateurs à base de matériaux graphène sont très chauds.

Inconvénients : Par rapport aux batteries, leur densité énergétique conduit à un stockage d'énergie relativement faible pour le même poids, ce qui conduit directement à une mauvaise durée de vie de la batterie et repose sur la naissance de nouveaux matériaux, comme le graphène.

(2) Stockage d'énergie supraconducteur (SMES) : dispositifs constitués de supraconducteurs à résistance nulle pour stocker l'énergie électrique. Le système de stockage d'énergie supraconducteur comprend principalement un diagramme supraconducteur, un système basse température, un système de régulation de puissance et un système de surveillance. Le développement de la technologie des matériaux supraconducteurs est la priorité absolue de la technologie de stockage d'énergie supraconductrice. Les matériaux supraconducteurs peuvent être grossièrement divisés en matériaux supraconducteurs à basse température, matériaux supraconducteurs à haute température et matériaux supraconducteurs à température ambiante.

Inconvénients : Le coût élevé du stockage d’énergie supraconducteur (matériaux et systèmes de réfrigération cryogénique) rend son application très limitée. Limitée par la fiabilité et l’économie, l’application commerciale est encore loin.

3. Stockage d'énergie électrochimique

(1) Batterie au plomb: C'est une batterie dont l'électrode est principalement constituée de plomb et de son oxyde, et dont l'électrolyte est une solution d'acide sulfurique. À l'heure actuelle, il est largement utilisé dans le monde, la durée de vie peut atteindre environ 1 000 fois, l'efficacité peut atteindre 80 % à 90 %, le rapport coût-performance est élevé et il est souvent utilisé dans l'alimentation électrique en cas d'accident ou l'alimentation de secours. du système électrique.

Inconvénients : En cas de décharge profonde et rapide à haute puissance, la capacité disponible diminuera. Il se caractérise par une faible densité énergétique et une courte durée de vie. Les batteries au plomb ont considérablement augmenté leur durée de vie cette année en ajoutant des matériaux de carbone super-actif à la plaque négative des batteries à l'aluminate.

(2) Batterie lithium-ion : est une classe de lithium métallique ou d’alliage de lithium comme matériau d’électrode négative, utilisant une solution électrolytique non aqueuse de la batterie. Principalement utilisé dans les appareils mobiles portables, son efficacité peut atteindre plus de 95 %, le temps de décharge peut aller jusqu'à quelques heures, le nombre de cycles peut aller jusqu'à 5 000 fois ou plus, la réponse est rapide, la batterie est pratique. le paysage énergétique, le plus utilisé à l’heure actuelle. Ces dernières années, la technologie a également été continuellement améliorée et les matériaux des électrodes positives et négatives ont de nombreuses applications.

Les batteries au lithium de puissance courantes sur le marché sont divisées en trois catégories : les batteries au lithium-acide cobalt, les batteries au lithium-acide manganèse et les batteries au lithium fer phosphate . Le premier a une densité énergétique élevée, mais la sécurité est légèrement moins bonne, le second au contraire, des véhicules électriques domestiques comme BYD, dont la plupart utilisent actuellement des batteries au lithium fer phosphate. Mais il semble que les étrangers jouent aux piles ternaires au lithium et aux piles au lithium fer phosphate ?

Les batteries au lithium-soufre sont également très chaudes, avec du soufre comme électrode positive et du lithium métallique comme électrode négative, et la densité d'énergie spécifique théorique peut atteindre 2 600 wh/kg, et la densité d'énergie réelle peut atteindre 450 wh/kg. Cependant, comment améliorer considérablement la durée de vie du cycle de charge et de décharge de la batterie, l'utilisation de la sécurité est également un gros problème.

Inconvénients : il y a des prix élevés (4 yuans/wh), la surcharge entraîne des problèmes de chauffage, de combustion et d'autres problèmes de sécurité, il faut charger une protection.

(3) Batterie sodium-soufre : il s'agit d'une batterie secondaire avec du sodium métallique comme électrode négative, du soufre comme électrode positive et un tube en céramique comme diaphragme électrolytique. Le cycle peut atteindre 4 500 fois, le temps de décharge est de 6 à 7 heures, l'efficacité du cycle est de 75 %, la densité d'énergie est élevée et le temps de réponse est rapide. À l'heure actuelle, plus de 200 centrales électriques de stockage d'énergie de ce type ont été construites au Japon, en Allemagne, en France, aux États-Unis et ailleurs, et sont principalement utilisées pour niveler la charge, décaler les pointes et améliorer la qualité de l'énergie.

Inconvénients : En raison de l’utilisation de sodium liquide, fonctionnant à des températures élevées, facile à brûler. Et si le réseau tombe en panne d’électricité, il a besoin d’un générateur diesel pour aider à maintenir la température élevée ou pour aider à remplir les conditions de refroidissement de la batterie.

(4) Batterie à flux : une batterie haute performance qui utilise des électrolytes positifs et négatifs pour se séparer et circuler respectivement. La puissance et l'énergie de la batterie ne sont pas corrélées, et l'énergie stockée dépend de la taille du réservoir de stockage, celle-ci peut donc stocker de l'énergie jusqu'à quelques heures à quelques jours, avec une capacité allant jusqu'à Mw. Cette batterie dispose d'un certain nombre de systèmes, tels que le système fer-chrome, le système zinc-brome, le système polysulfure-brome de sodium et tout le système vanadium, dont la batterie au vanadium est la plus populaire.

Inconvénients : le volume de la batterie est trop important ; La batterie a des exigences élevées en matière de température ambiante. Prix ​​​​élevés (cela peut être un phénomène à court terme) ; Le système est complexe (c'est une pompe et un pipeline, ce qui n'est pas aussi simple qu'une batterie sans débit comme le lithium) le stockage d'énergie par batterie pose plus ou moins de problèmes environnementaux.



4, stockage d'énergie thermique : dans le système de stockage d'énergie thermique, l'énergie thermique est stockée dans le milieu du conteneur isolé, qui peut être reconvertie en énergie électrique en cas de besoin, et peut également être directement utilisée et non plus reconvertie en énergie électrique. énergie. Le stockage de l’énergie thermique peut être divisé en stockage de chaleur sensible et stockage de chaleur latente. La chaleur stockée dans le stockage d’énergie thermique peut être importante et peut donc être utilisée dans la production d’énergie renouvelable.

Inconvénients : le stockage de l’énergie thermique nécessite une variété de fluides de travail thermiques chimiques à haute température et les occasions d’application sont relativement limitées.

5, stockage d'énergie chimique Stockage d'énergie chimique : utilisation d'hydrogène ou de gaz naturel synthétique comme vecteur d'énergie secondaire, utilisation de l'excès d'électricité pour produire de l'hydrogène, vous pouvez utiliser directement l'hydrogène comme vecteur d'énergie, vous pouvez également réagir avec du dioxyde de carbone en le gaz naturel de synthèse (méthane), l'hydrogène ou le gaz naturel de synthèse en plus de la production d'électricité, il existe d'autres moyens d'utilisation comme le transport. L'Allemagne souhaite promouvoir cette technologie et mène des projets de démonstration.

Inconvénients : l'efficacité du cycle complet est faible, l'efficacité de la production d'hydrogène n'est que de 40 % et l'efficacité du gaz naturel synthétique est inférieure à 35 %.