Az energiahálózat energiatárolásának technológiái - PDF ingyenes letöltés

Timothy Patey, ABB, Svájc, Kutatóközpont, 2013. május 14. Technológia az energiatároláshoz az elektromos hálózatban, 2013. május 15., 1. dia

A következő 30 perc áttekintés az alkalmazásokról, miért energiatárolás? Technológiák, hogyan lehet energiatárolni? Szivattyú-akkumulátorok Adiabatikus sűrítettlevegő-tároló Energiagazdálkodás a végfelhasználónál Következtetések 2013. május 15

A modern villamosenergia-hálózatok kihívásai Mi járulhat hozzá a technológiához? Meghajtó/trend Megoldandó problémák Technológiák Távoli termelés Decentralizált termelés A termelés volatilitása Energiaszállítás; Hálózati kapacitás; Kétirányú elosztó hálózat Energiatárolás Nagyfeszültségű egyenáram-átvitel (HVDC); > 2 GW átvitel; TÉNYEK; Elosztó hálózatok vezérlése és védelme Elektromos: Szivattyútárolók, akkumulátorok; Hőelektromos memória; E-autók (?) A termelés volatilitása Növekvő energiaigény Rugalmas terheléskezelés Energiahatékonyság Intelligens hálózat (aktív igény); Rugalmasabb termelési hálózati hatékonyság; Ipari energiahatékonyság; GW Giga Watt, TÉNYEK rugalmas váltakozó áramú átviteli rendszer

Az energiatároló rendszerek alkalmazásai () Központi termelés Nagy mennyiségű energia tárolása Terheléselosztás A termelési oldalon 100 MW, 4h alállomás/adagoló hálózat támogatási tartalék Vezetékhiba esetén 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv nagyfeszültségű vezetékterhelés 20 kv 220 kv Elosztott termelés Megújuló energiák integrálása 1-100 MW, 10 óra terheléselosztás Az 1-10 MW, 6 óra nehézipar 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv hálózati gyűrűs frekvenciaszabályozás 1-50 MW, a csúcsterhelés 0,25-1h korlátozása 0,5-10 MW, 1h energiagazdálkodás a végfelhasználónál 2013. május 15. 4. dia

Energiatárolási technológiák Mechanikus termodinamikus Elektrokémiai elektromágneses gravitációs szivattyú Tárolás Kinetikus lendkerék Hő termoelektromos nyomás Sűrített levegő (CAES) Akkumulátorok Ólomsav Ni-Cd NaS Lítium Fém- Levegő áramlási cellák Vanádium ZnBr Hidrogén Elektrolízis & Üzemanyagcellák Elektromos Gáz Elektromos Kondenzátor Szupercepek Mágneses Supercond 2013. dia 15, Adiabatic CAES

Energiatároló rendszerek alkalmazásai Központi termelés Nagy mennyiségű energia tárolása Terheléselosztás A termelési oldalon 100 MW, 4h alállomás/adagoló hálózat támogatási tartalék Vezetékhiba esetén 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv nagyfeszültségű vezeték terhelése 20 kv 220 kv Elosztott termelés Megújuló energiák integrálása 1-100 MW, 10h Terheléselosztás Az 1-10 MW, 6h nehézipar 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv hálózati gyűrűs frekvencia-szabályozása 1-50 MW, a csúcsterhelés 0,25-1h korlátozása 0,5-10 MW, 1h energiagazdálkodás a végfogyasztónál 2013. május 15.

Energiatárolás az elektromos hálózatban (2012) Szivattyútároló 127 000 MW A teljes tárolókapacitás több mint 99% -a Sűrített levegő tároló, 440 MW nátrium-kén akkumulátor, 316 MW lítium-ion akkumulátor, 88 MW ólom-savas elem, 50 MW lendkerék, 25 MW redox áramlási elem, 5 MW 2013. május 15. 7 Forrás: Fraunhofer Intézet, EPRI, Pr. Nat. Sci. 19. (Chen és munkatársai);

Szivattyú tárolás: Az uralkodó technológia A gravitációs energia tárolása Megalapozott és hatékony technológia Leggyakoribb alkalmazás (2012): Terhelésmenedzsment a termelési oldalon Versenyben a gázerőművekkel Alsó tartály Felső tartály Elektromechanikus gépek 1060 MW, 8 óra PHS Goldisthal (D) A szivattyú tárolásának tulajdonságai Hatékonyság 80% A betáplálás időtartama Kibocsátási tőkeköltségek (500 MW rendszer) Legnagyobb hátrányos órák (napokig) 10 MW - 1 GW 1500-2000 $/kw (bővítés 650-850 $/kw) Földrajzilag korlátozott, 2013. május 15. 8. dia

Akkumulátorok elosztott energiatároláshoz Tárolás kémiai energia formájában, sokféle akkumulátortípus Nagy energia- és teljesítménysűrűség Gyors reakció- és kapcsolási képesség (töltés és lemerülés között) Trend: konténeres megoldások Tipikus akkumulátor-tárolási tulajdonságok Hatékonyság> 80% Betáplálási idő Kimenet Tőkeköltségek (500) MW erőmű) Legnagyobb hátrány 1-10 óra 1-50 MW 2500 $/kw Lineáris skálázás (méretgazdaságosság nélkül) 34 MW, 245 MWh nátrium-kén (NaS) létesítmény 51 MW szélerőmű számára (Japán) 2013. május 15.

Az akkumulátortároló rendszerek topológiája (B) Battery + - U átalakító DC AC U PCS transzformátor AC hálózat U AC 2013. május 15.

Megújuló energiaforrások integrálása: A kapacitás biztosítása Futamata 51 MW szélturbina 34 MW nátrium-kén akkumulátorral, 2008 óta csatlakozik a hálózathoz, Japan Wind Development Co., 2013. május 15. Slide 12

Jövőbeli alternatíva a megújulók integrálásához: Adiabatikus sűrítettlevegő-tároló rendszer A nyomás (sűrített levegő) és a hő egyidejű tárolása Előny: Nem égeti a földgázt (ellentétben a korábbi sűrítettlevegő-tároló rendszerekkel) Környezetbarát Adiabatic-sűrítettlevegő-tároló rendszer - Tulajdonságok Hatékonysági cél: A betáplálás 70% -os teljesítménye Teljesítménytőke költségek (500 MW rendszer) Legnagyobb hátrányos napok 50-500 MW cél: 1500 $/kw Földrajzilag kötött ADELE projekt: 90 MW, 4 órás demonstrátor Strassfurtban (D) RWE, GE, Züblin és DLR-vel Forrás: www.rwe.com, május 2013. 15. 15. 13. dia

Energiatároló rendszerek alkalmazásai Központi termelés Nagy mennyiségű energia tárolása Terheléselosztás A termelési oldalon 100 MW, 4h alállomás/adagoló hálózat támogatási tartalék Vezetékhiba esetén 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv nagyfeszültségű vezeték terhelése 20 kv 220 kv Elosztott termelés Megújuló energiák integrálása 1-100 MW, 10h Terheléselosztás Az 1-10 MW, 6h nehézipar 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv hálózati gyűrűs frekvenciaszabályozása 1-50 MW, a csúcsterhelés 0,25-1h korlátozása 0,5-10 MW, 1h energiagazdálkodás a végfogyasztón 2013. május 15, Slide 14

Frekvenciaszabályozás Mindig garantálni kell az áramfogyasztás és a termelés egyensúlyát. Ezt tartalék energiával érik el, amely a hálózati frekvencia változásaira reagálhat. 2013. május 15., 15. dia

Li-ion akkumulátor energiatároló rendszer Li-ion akkumulátor frekvenciaszabályozáshoz (és egyéb alkalmazásokhoz) Los Andes alállomás Chilében, méret: 12 MW/4 MWh, AC-AC hatásfok 80% Beszállító: A123, építés: 2009 2013. május 15. Slide 16

Li-ion akkumulátoros energiatároló rendszer 1 MW (15 perc) kísérleti projekt, hálózatüzemeltető: EKZ, Svájc, Sonntags-Zeitung, 2012. március 18., 2013. május 15., 17. dia

Önfogyasztás PV-vel és akkumulátor-rendszer koncepcióval 1. A csúcsidőn kívül a felesleges villamos energiát az elemek tárolják. à Az akkumulátor töltődik. 2. A csúcsidő alatt az áramot az akkumulátor és a PV rendszer biztosítja. à Az akkumulátor lemerül. 2013. május 15., 19. dia, önfogyasztás akkumulátoros rendszerrel (forrás: Prosol, 2013)

Németország üzleti ügye Működési bevételek és költségek Működési bevételek Villamos energia ára (2012) = 25,9 ct/kwh. 1 betáplálási tarifa = 18,2 ct/kwh. 2 Költségmegtakarítás = 7,7 ct/kWh. Kwh/800 költség/800 EUR/kWh. Az akkumulátor kapacitása = 5 kwh (kb. 3 kwh/nap az akkumulátor öregedésével együtt). Összes költség = 4 000 EUR Átlagos háztartásonkénti és évi villamosenergia-fogyasztás = 4 000 kWh/év. 3 További önfogyasztás = 1000 kWh/év (

2,7 kWh/nap). à törlesztési időszak => 50 év éves működési bevétel = 7,7 ct/kwh * 1 000 kwh = 77 EUR/év. Források: 1 BDEW, 2012, 2 Megújuló energiákról szóló törvény (EEG), 2013. február 23-i javaslat (1 óra) ólomsav (közepes kisütési idő) nátrium-kén (hosszú kisütési idő, 5–8 óra) A jövőbeli energiatároló rendszereknek tartalmazniuk kell a termodinamikai technológiákat (adiabatikus) sűrített levegős tároló rendszereket május 2013. 15. 15, 23. dia

Nyereséges a ház akkumulátora? Az önfogyasztás növekedése energiatárolással a határteljesítmény/jövedelmezőség villamosenergia-ár és az átvételi tarifa árkülönbség (jövedelmezőségi határ) akkumulátorköltsége a jövedelmezőségi határ 0,10 EUR/kWh/ciklus esetén: Megjegyzés: A rendszer hatékonyságát és a diszkontálást nem vesszük figyelembe. 2013. május 15., 25. dia

Tárolási technológiák 10 óra Nátrium-kén sűrített levegő tárolás (CAES) Működési idő [perc] 1 óra Vanádium-redox vegyi elemek Ólom-sav akkumulátorok Hőelektromos tárolás (TEES) Szivattyú tárolás Li-ion 10 perc lendkerék 100 kw 1 MW 10 MW 100 MW 1000 MW csúcsteljesítmény [MW]

Ni-Cd akkumulátor energiatároló rendszer 100 MW távvezeték Ni-Cd akkumulátorok Healy konverter 140 MW távvezeték Fairbanks B specifikáció: 40 MW 7 percig (4,7 MWh) 27 MW 15 percig (6,75 MWh) AC-AC hatékonyság 75% akkumulátor-élettartam: 20 év 138 kv-os vezetékhez csatlakozik Alkalmazások: Tartalék energia távvezeték meghibásodása esetén Forgó tartalék teljesítmény-kompenzáció Az USA-ban működő Golden Valley Electric Association, 2004. május óta működik, 2013. május 15.

Nátrium-kén (NaS) akkumulátoros rendszer Tokyo Electric Power Company Tsunashima alállomás 6 MW/48 MWh 2013. május 15. 28-as dia-AC váltóáram-hatékonyság 75% -os építés 1997-1998

Ciklus és naptári élettartam (A-) CAES, ETES szivattyúzott tárolás A ciklus és a naptár élettartama nagyban befolyásolja a fogyasztók elfogadását és a tárolt villamos energia költségeit 2013. május 15. Slide 29

Következtetések Különböző alkalmazások léteznek, mindegyiknek külön gazdasági hajtóereje van. Ezek közül a legfontosabbak: Terheléskezelés a termelési oldalon Megújuló energiák integrálása A tárolási technológiák közül gyakran a szivattyús tárolás a leggazdaságosabb megoldás (ha nincsenek geológiai vagy egyéb korlátozások) Ha nincs lehetőség szivattyús tárolásra, manapság gyakran az akkumulátoros rendszerek a legjobb alternatívák. A három legfontosabb technológia: lítiumionok (rövid kisütési idő,> 1 óra) ólom-sav (közepes kisütési idő) nátrium-kén (hosszú kisütési idő, 5-8 óra) A jövőbeli energiatárolási megoldások olyan termodinamikai technológiákat fognak tartalmazni, mint például (adiabatikus) sűrített levegő tárolása vagy elektrotermikus energiatárolás . 2013. május 15., 30. dia