Nimetumia saa nyingi sana kupiga mbizi ndaniteknolojia ya kuhifadhi nishati. Kusema kweli, kilichoanza kama udadisi kuhusu usanidi wa betri ya jirani yangu kiligeuka kuwa kitu cha kutamani. Kwa hivyo haya ndiyo nimebaini-na kuniamini, baadhi ya mambo haya yalinishangaza.
Mazingira yamebadilika sana. Miaka mitano iliyopita, kimsingi tulikuwa tunazungumza kuhusu lithiamu-ioni na hydro pumped. Hiyo ilikuwa ni. Sasa? Chaguzi ni karibu sana.
Hadithi ya Lithium-Ioni
Kila mtu anajua lithiamu-ioni. Simu yako, kompyuta ndogo, pengine gari lako-iko kila mahali. Lakini hapa ndipo mambo hupendeza kwa gridi-mizani na programu za nyumbani.
Uzito wa nishati ni wa kushangaza. Tunazungumza kuhusu 150-250 Wh/kg, ambayo ina maana kwamba unaweza kupakia uwezo mkubwa wa kuhifadhi katika vitengo vilivyoshikana kiasi. Linganisha hiyo ili-asidi yenye risasi 35-40 Wh/kg, na unaanza kuelewa ni kwa nini lithiamu-ioni ilichukua mamlaka haraka sana. Sio karibu hata.
Ufanisi wa safari-ya kwenda na kurudi ni takriban 85-95%. Hiyo ni muhimu. Kwa kila kWh 100 unayoweka, unapata 85-95 nyuma. Nishati iliyobaki inakuwa joto, ndiyo sababu usimamizi wa joto ni muhimu sana katika mifumo hii. Nimeona usakinishaji ambapo upoaji duni ulipunguza ufanisi kwa asilimia 10-15. Makosa ya gharama kubwa.
Maisha ya mzunguko hutofautiana sana kulingana na kemia na mifumo ya matumizi. Seli za LFP (fosfati ya chuma ya lithiamu) zinaweza kugonga mizunguko 4,000-6,000 kwa kina cha 80% cha kutokwa. Kemia ya NMC? Zaidi kama 1,500-2,000 chini ya hali sawa. Tofauti hiyo ni muhimu unapohesabu thamani ya maisha yote.
Curve ya uharibifu ni kitu ambacho wazalishaji hawasisitizi kila wakati. Unapoteza takriban 2-3% ya uwezo kwa mwaka hata kwa matumizi bora. Baada ya muongo mmoja, betri hiyo ya kWh 10 kwa kweli ni ya 8 kWh. Panga ipasavyo.
Betri za Mtiririko: Chaguo Lisilothaminiwa
Nitakubali nilikadiria betri za mtiririko kwa chini kwa miaka. Ilionekana kama teknolojia ya niche ambayo haitaweza kufikia kiwango kikubwa. Nilikosea.
Dhana ni ya kifahari: miyeyusho miwili ya elektroliti iliyohifadhiwa katika mizinga tofauti, inayosukumwa kupitia mrundikano wa seli ambapo hubadilishana ioni kwenye utando. Utoaji wa nguvu hutegemea saizi ya rafu. Uwezo wa nishati inategemea saizi ya tank. Unaweza kuzipima kwa kujitegemea-ambayo ni muhimu sana kwa programu fulani.
Betri za Vanadium redox (VRFB) zinatawala soko la kibiashara hivi sasa. Ufanisi-wa safari ya kwenda na kurudi ni wa chini kuliko lithiamu-ioni-kawaida 65-75%-lakini jambo kuu ni hili: elektroliti haishushi jinsi elektroli za lithiamu-ioni hufanya. Baadhi ya watengenezaji hudai mizunguko 20,{9}} yenye uwezo mdogo wa kupoteza. Electroliti yenyewe inaweza kusindika tena karibu kwa muda usiojulikana.
Nyayo ni kubwa ingawa. Unahitaji nafasi ya mizinga, pampu, safu ya seli, mifumo ya baridi. Kwa matumizi-usakinishaji wa mizani wenye mahitaji ya muda wa saa 4+, uchumi huanza kuonekana kuvutia. Kwa makazi? Sio vitendo. Angalau bado.
Pumped Hydro: Bado Jitu
Hapa ndipo ninapohitaji kutumia muda, kwa sababu hydro pumped husahaulika katika mijadala ya kisasa ya kuhifadhi nishati, na hilo ni kosa.
Ulimwenguni, hydro pumped inawakilisha takriban 95% ya gridi iliyosakinishwa{1}}kidogo cha uwezo wa kuhifadhi nishati. Acha hilo lizame. Vichwa vyote vya habari vya lithiamu-ioni, matoleo yote ya vyombo vya habari vya betri ya mtiririko-yanashindania hiyo 5%. Nambari zinastaajabisha: zaidi ya GW 160 za uwezo wa maji unaosukumwa duniani kote, kuhifadhi nishati iliyopimwa katika mamia ya GWh.
Kanuni haiwezi kuwa rahisi zaidi. Pampu ya maji kupanda wakati umeme ni wa bei nafuu au mwingi. Iruhusu irudi chini kupitia turbines unapohitaji nguvu. Nishati ya uwezo wa mvuto, iliyohifadhiwa na kutolewa. Hakuna vifaa vya kigeni, hakuna kemia ngumu, hakuna wasiwasi wa uharibifu katika maana ya jadi.
Ufanisi wa safari-na kwenda na kurudi huanzia 70-85%, kulingana na muundo wa usakinishaji. Sio juu kama ioni ya lithiamu-, lakini inashindana na betri za mtiririko. Na hii ndio muhimu: mifumo hudumu. Bath County Pumped Storage Station huko Virginia imekuwa ikifanya kazi tangu 1985. Takriban miongo minne ya uendeshaji unaotegemewa. Jaribu kutafuta betri ya miaka 40 ambayo bado inafanya kazi.
Muda wa kujibu umeboreshwa kwa kiasi kikubwa kwa kutumia-pampu za kasi-tubine zinazobadilika. Usakinishaji wa kisasa unaweza kutoka sifuri hadi pato kamili kwa chini ya dakika mbili. Hiyo ina kasi ya kutosha kwa mahitaji mengi ya uimarishaji wa gridi ya taifa.
Kizuizi cha wazi ni jiografia. Unahitaji tofauti ya mwinuko na maji. Tovuti nyingi zinazofaa tayari zimetengenezwa katika maeneo kama vile Norway, Uswizi na sehemu za Marekani. Lakini-na hili linavutia-kuna watu wanaovutiwa zaidi na-mifumo ya mizunguko ambayo haitegemei vyanzo asilia vya maji. Migodi iliyotelekezwa,{7}}mabwawa yaliyojengwa kwa madhumuni, hata mapango ya chini ya ardhi.
Gharama za ujenzi bado ni kubwa. Tunazungumza mabilioni ya dola kwa usakinishaji mkuu na rekodi za muda zinazoruhusu kupimwa kwa miaka, wakati mwingine miongo. Uwekezaji huo wa mbele-ndio kikwazo kikuu kwa maendeleo mapya, si vikwazo vya kiufundi.
Air Compressed
CAES-hifadhi ya nishati ya hewa iliyobanwa. Ni mitambo miwili pekee mikubwa-inayofanya kazi kwa sasa: Huntorf nchini Ujerumani (tangu 1978) na McIntosh huko Alabama (tangu 1991). Wote hutumia mapango ya chumvi chini ya ardhi. Ufanisi ni takriban 40-50% kwa miundo ya kitamaduni ya adiabatiki, ingawa mbinu za hali ya juu za isothermal huahidi 70%+. Teknolojia ya kuvutia, utumiaji mdogo. Kusonga mbele.
Swali la hidrojeni
Ninarudi na kurudi kwenye hidrojeni. Baadhi ya siku nadhani ni wakati ujao wa{1}uhifadhi wa muda mrefu. Siku nyingine, hasara za ufanisi zinaonekana kuwa haziwezi kushindwa.
Hapa kuna hesabu ya msingi ambayo huwavutia watu. Electrolysis hufanya kazi kwa ufanisi wa takriban 60-80%. Mfinyazo au umiminiko huchukua sehemu nyingine ya nishati. Unapobadilisha kuwa umeme kupitia seli ya mafuta, unaangalia ufanisi wa 40-60%. Weka zile pamoja na ufanisi wa safari za kwenda na kurudi mahali fulani kati ya 25-45%. Hiyo ... sio nzuri.
Lakini ufanisi sio kila kitu. Haidrojeni hutoa kitu ambacho teknolojia zingine haziwezi kutoa: uhifadhi wa msimu bila uharibifu. Tengeneza hidrojeni wakati wa kiangazi wakati kiasi cha nishati ya jua kinapofika kilele, ihifadhi kwenye mapango au matangi ya chini ya ardhi, na uitumie wakati wa baridi wakati mahitaji yanapoongezeka. Electroliti katika betri ya mtiririko bado ingefanya kazi baada ya miezi sita ya kukaa bila kufanya kitu, hakika, lakini hidrojeni tu... inakaa hapo. Hakuna matatizo ya kujiondoa-.
Faida nyingine ni uchangamano. Hidrojeni iliyohifadhiwa inaweza kuwa umeme tena, ndiyo. Lakini pia inaweza kulisha michakato ya viwandani, magari ya mafuta, au kutoa joto. Hiari hiyo ina thamani halisi, hata kama ni vigumu kukadiria.
Ujumbe wa Haraka kwenye Flywheels
Karibu umesahau flywheels. Huhifadhi nishati ya kinetiki kwenye rota inayozunguka{1}}kawaida misombo ya nyuzi kaboni inayoendesha katika utupu ili kupunguza msuguano. Wakati wa kujibu kimsingi ni wa papo hapo, ambayo huwafanya kuwa kamili kwa udhibiti wa masafa. Lakini uwezo wa nishati ni mdogo. Unaangalia dakika za hifadhi, si saa. Beacon Power inaendesha kituo cha MW 20 huko New York ambacho kinadhibiti masafa kwa uzuri. Kwa hifadhi nyingi? Angalia mahali pengine.
Hifadhi ya Joto Inavutia
Chumvi iliyoyeyuka, mchanga uliopashwa joto, vimiminika vya cryogenic, barafu-kuna aina nyingi zaidi hapa kuliko watu wanavyotambua.
Mitambo ya nishati ya jua iliyokolea imetumia uhifadhi wa chumvi iliyoyeyuka kwa miaka. Kiwanda cha Gemasolar nchini Uhispania kinaweza kuzalisha umeme kwa hadi saa 15 bila jua moja kwa moja kwa kutumia joto lililohifadhiwa katika chumvi ya nitrate iliyoyeyushwa karibu na digrii 565. Ni teknolojia iliyothibitishwa.
Kinachonisisimua hivi majuzi ni mchanga moto na uhifadhi wa changarawe. Mifumo hii hutumia vifaa vya bei nafuu, vingi vinavyoweza kuhimili halijoto ya zaidi ya nyuzi 1000 . Hakuna minyororo ya ugavi ya kigeni ya kuwa na wasiwasi juu. Kampuni ya Kifini inayoitwa Polar Night Energy imeunda betri ya mchanga ya MWh 100 ambayo imekuwa ikifanya kazi kibiashara tangu 2022. Ufanisi-wa kwenda na kurudi ni wa chini{7}}labda 50-60% ya umeme-kwa{11}}umeme-lakini ikiwa programu yako ya msingi ni ya kuongeza joto, unaweza kugonga{1}9%{1}9
Hifadhi ya barafu kwa programu za kupoeza inastahili kutajwa pia. Tengeneza barafu usiku wakati umeme ni wa bei nafuu, itumie kwa kiyoyozi wakati wa saa za kilele cha mchana. Rahisi, bora, na tayari imetumwa katika maelfu ya majengo ya biashara. Sio ya kuvutia, lakini inafanya kazi.
Kwa hivyo Wanalinganishaje Kweli?
Jibu la uaminifu ni: inategemea kile unajaribu kufanya. Sipendi jibu hilo, lakini ni kweli.
Mahitaji ya Muda
Kwa-jibu la sekunde na mahitaji-ya muda mfupi (sekunde hadi dakika), flywheels na supercapacitor hutawala. Ni ghali kwa kila kWh lakini haziwezi kushindwa kwa kasi. Lithium-ioni hushughulikia dirisha la saa 1-saa 4 vizuri sana-hapa ndipo uwekaji mwingi wa makazi na biashara huishi. Mara tu unaposukuma masaa 8-10, betri za hydro na mtiririko huwa nafuu zaidi. Kwa uhifadhi wa msimu unaochukua wiki au miezi, hidrojeni ndiyo chaguo pekee linalowezekana kwa sasa.
Gharama Ukweli
Gharama za kifurushi cha Lithium-zimeshuka-kutoka karibu $1,100/kWh mwaka wa 2010 hadi takriban $140/kWh mwaka wa 2024. Huo ni mwelekeo wa kushangaza. Lakini gharama za betri ni sehemu tu ya equation. Salio la mfumo, usakinishaji, muunganisho wa gridi, kuruhusu-"gharama hizi laini" kuzidi kutawala bajeti za mradi. Mfumo wa makazi wa kWh 100 unaweza kugharimu $20,000-35,000 iliyosakinishwa, kulingana na eneo na kanuni za eneo.
Pumped hydro ina gharama ya kiwango cha chini kabisa cha kuhifadhi kwa-matumizi ya muda mrefu, kwa kawaida $50-80/MWh katika kipindi chote cha mradi. Shida ni hitaji la mtaji la mbele nililotaja hapo awali. Unahitaji wawekezaji wenye subira.
Betri zinazotumika bado ni ghali-labda $300-500/kWh kwa mifumo kamili-lakini muda mrefu wa maisha hubadilisha hesabu kwa gharama zilizosawazishwa. Ikiwa ombi lako litahitaji mizunguko 10,000+ kwa zaidi ya miaka 20, endesha nambari kwa uangalifu.
Mazingatio ya Mazingira
Hapa ndipo ninapohubiriwa kidogo, samahani. Utengenezaji wa Lithium-ioni una athari halisi za kimazingira-hali ya uchimbaji madini ya kobalti, matumizi ya maji ya uchimbaji wa lithiamu, mwisho-wa{4}}changamoto za kuchakata tena maisha. Tunaboreka zaidi katika haya yote, lakini kujifanya kuwa betri ni safi kabisa ni ujinga. Uzalishaji wa maji unaosukuma hubadilisha mandhari na mifumo ikolojia, ingawa miundo iliyofungwa-inapunguza athari. Hidrojeni kutoka kwa electrolysis ni safi tu kama vile umeme unavyoiwezesha. Maelewano haya ni muhimu na yanastahili majadiliano ya kweli.
Ningependekeza Nini Kwa Kweli
Kwa nyumba nyingi na biashara ndogo ndogo? Lithium-ion, haswa kemia ya LFP. Teknolojia imekomaa, wasakinishaji wanaielewa, na bei zimekuwa za kuridhisha kabisa. Oanisha na sola ya paa na una mfumo ambao utakuhudumia vyema kwa miaka 10-15.
Kwa miradi ya gridi- yenye mahitaji ya muda wa saa 4+, mazungumzo yanapendeza zaidi. Ningetathmini kwa umakini betri za mtiririko kando ya lithiamu-ioni, hasa ikiwa programu inahitaji hesabu za mzunguko wa juu. Na usiondoe pumped hydro kwa sababu tu inaonekana kuwa ya zamani-ya mtindo-ambapo jiografia inaruhusu, mara nyingi ndio uwekezaji bora zaidi wa muda mrefu-.
Weka macho kwenye teknolojia zinazoibuka pia. Betri za -ioni za sodiamu zinafanya kazi kibiashara na zinaweza kupunguza ioni ya lithiamu-kwa gharama ndani ya miaka michache. Betri za chuma-ya hewa hutoa msongamano wa nishati kwa muda mrefu-maombi. Hifadhi ya mvuto kwa kutumia vizuizi vikali badala ya maji inauzwa kibiashara.
Mazingira yanakua haraka. Kinachoonekana kuwa bora leo kinaweza lisiwe jibu katika miaka mitano. Kutokuwa na uhakika huko kunakatisha tamaa ikiwa unahitaji kufanya uamuzi sasa, lakini pia inasisimua sana. Tunaishi katika mabadiliko katika jinsi ulimwengu unavyohifadhi nishati, na kasi ya uvumbuzi haipungui.