为什么我们不考虑为公用事业规模的所有电力来源而不仅仅是可再生能源的电池存储?

电器工程 活力 发电 电池存储
2022-01-19 13:37:06

在谈到可再生能源发电及其间歇性时,出现的重复解决方案之一是电池储能。

这让我开始思考,燃气和燃煤电厂(我假设还有其他化石燃料选择)需要数小时或数天才能启动,因此您基本上必须保持这些作为可再生能源的备用电源,以备不时之需吹或太阳不亮。

这让我想到,为什么没有人谈论将能量存储用于所有来源?特别是可以保持数周或数月能源的公用事业规模解决方案?我认为这样的解决方案可以大大降低所有发电的低效率,因为我的理解是我们的传统能源非常浪费,并且能源正在使用或失去它。

也许我的理解是错误的,坦率地说,我不确定没有使用的多余能量会发生什么(我假设它以某种方式消散到环境中)。

在我看来,如果我们能够储存我们不立即使用的所有多余能源,我们就可以降低成本并结合能源生产资源,并且需要更少的资源。

编辑(附加信息): 我在这里的意思和意图有很多困惑。首先,电池的类型与我的思考过程无关。它可以是泵送的空气/流体/任何存储,也可以是特斯拉的公用事业规模电池。关键是更容易存储多余的产生和潜在的能量,以减少整个系统的原始能源浪费。

我的思考过程是化石燃料工厂不会简单地关闭和打开它。无论当时是否连接到发电机,油/气/煤都会持续燃烧并转动涡轮机。打开和关闭它需要时间,因此这些燃料有很多时间燃烧并产生污染物,当它们可以将进入涡轮机的能量投入发电机(如果你允许的话)进入发电机可以更容易访问的辅助存储。

随着我的思考继续,我怀疑在我们的发电系统中存在大量潜在的能源浪费。无论是那些可以发电的发电机(但会使完全供电的系统过载),还是没有利用多余的热量,或者是(我猜)以某种方式倾倒而不使用的电力。

如果我的思维过程是正确的,那么我们可以以某种方式、形状或形式储存能量,而不是失去它。如果我们可以存储并轻松访问它,那么我们可以首先减少对如此多的发电的需求。不过,我的部分或全部想法可能完全偏离基础。

4个回答

随机以堪萨斯州欧弗兰帕克为例:

  • 人口 191,278(2017 年)。
  • 面积 195 平方公里2
  • 年能源需求(人均)13,500 kWh = 37 kWh/天。世界银行
  • 城市需求 = 191278 x 37 = 7 x 10 6 kWh/天 = 7 x 10 9 Wh/天 = 3600 x 7 x 10 9 = 25.5 TJ/天。

对于抽水蓄能,存储能量的公式是\$ E = mg\Delta h \$假设我们可以在附近某处创建一对 Δh 为 100 m 的湖泊,那么我们需要移动\$ m = \frac{E}{m \Delta h} = \frac {25.5T}{9.81 \times 100} = 25.5 \$ 1000000 吨的水到上湖以储存一天的能量。那是 25.5 毫米3的体积。

制作一个陆上公园大小的湖,我们将其填充到\$ \frac {25.5M}{195 \times 1000 \times 1000} = 130 \ \text m \$的深度,这比我们建议的 100 m 深抬湖到。

关键是能源需求巨大,任何存储系统都必须同样庞大。您可以在 Wikipedia 上找到电池能量密度。

上次我查看在线电池存储的价格略低于 200 美元/千瓦时。这需要为您投资 37 x 200 美元 7400 美元,为您的城市投资 1,415,457,200 美元用于一天的备用电池。

我不确定您期望的答案是什么,但存储已经开始用于补充所有能源。与公用事业连接的电池组已被证明优于任何替代调峰装置。

这份关于澳大利亚 129MWh 特斯拉电池装置运行第一年的报告可能会对此有所了解。在短短一年内,它几乎收回了超过 75% 的成本(33% 归所有者所有,其余部分由于 FCAS 市场定价降低了近 90% 而节省)。

报告得出的结论包括,电池系统有助于取消对 35 MW 本地频率控制辅助服务 (FCAS) 的要求,将南澳大利亚州规定的 FCAS 价格降低 75%,有助于将南澳大利亚州与国家电力市场连接起来,以及其他各种贡献。

这意味着可以将 35MW 的化石燃料动力调峰装置从市场上撤出。鉴于其对需求的几乎即时响应,这也意味着公用事业能源市场可能会开始以不同的方式定价响应速度,这将进一步有利于这些类型的存储。

只需在化石燃料工厂关闭时增加足够的存储容量来维持电网,就足以节省一些二氧化碳。从澳大利亚的安装情况推断,至少可以节省已安装电池发电量的 30%。

更换调峰装置是特斯拉的明确市场焦点,截至撰写本文时,特斯拉已在全球安装了超过 1GWh 的与公用事业连接的电池组。

您的部分基本前提是错误的:燃气轮机可以在几分钟内从零功率变为全功率。几十年来,它们一直被用来提供峰值电力,因为电力需求变化如此之快以至于他们无法处理的情况很少见。因为传统的发电容量可以如此迅速地改变,所以没有必要以微不足道的规模储存电力。

我们正在研究可再生能源的电池存储(以及飞轮存储、抽水蓄能和许多其他东西)的原因是它们不能用于按需发电。如果电网运营商看到超级碗中场秀即将上演,他们可以指示一两台燃气轮机启动,以应对每个人同时用微波炉加热零食。但是他们不能在晚上打开太阳,或者命令风吹得更大。因此,需要大规模储存可再生能源。

关于电池的一件事是它们需要消耗能源和材料来制造它们。您需要的存储容量越多,成本就越高。

就像现在一样,能量储存在燃料中——巨大的油箱、装满煤炭的火车车厢。燃料消耗率与输出功率相匹配。

煤炭和石油虽然来自地下。地面就像一个巨大的储存所有燃料的容器,我们可以根据需要提取燃料。

因此,我们已经拥有大规模、高能量密度、以原始燃料形式存储的能量。

甚至太阳也可以被视为一个巨大的能量储存器。

由于间歇性能源,太阳能/风能通常与电池配对。夜晚、云层/天气会减少可用电量。但是,如果我们有一个全球性的太阳能电池板/风力涡轮机网络,我们就不一定需要这些电池——它必须是阳光明媚/有风的地方。

电池存储的一个优点是具有比发电机为电池充电更高的功率输出的能力。例如,可以产生 1 kW 的发电机为 1kW*hr 的电池充电。如果这就是发电机的全部工作,那么给电池充电需要 1 小时,或者可能需要几个小时,发电机为其他一些东西供电。但是,一旦电池充电,它可以提供超过 1kW 的功率。它可以提供2kW半小时,或4kW 15分钟。或者它可能会在短时间内为激光供电。

电网规模的存储是通过水坝和水力发电完成的。如果需要更多电力,发电机就会上线。需要电池吗?它们是最好的存储方式吗?值得商榷——它们是最具成本效益的吗?他们的最大功率输出是多少?它们能持续多久?将电池设施纳入电网需要多少额外的基础设施?

我们正在做有效的事情,并将继续这样做,因为它有效。将燃料作为能量存储比制造电力并将其存储在电池中然后在需要时将其转换为更节能。而且由于燃料已经存在于地下深处,我们不必为它建造储存设施,我们只需要提取和运输它。