Tehnologii pentru stocarea energiei în rețeaua electrică - PDF descărcare gratuită

Timothy Patey, ABB Elveția, Centrul de cercetare 14 mai 2013 Tehnologii pentru stocarea energiei în rețeaua electrică 15 mai 2013 Slide 1

Următoarea prezentare de 30 de minute a aplicațiilor de ce stocarea energiei? Tehnologii cum puteți stoca energie? Baterii de stocare a pompei Depozitare de aer comprimat adiabatic Gestionarea energiei la utilizatorul final Concluzii 15 mai 2013 Slide 2

Provocările rețelelor electrice moderne Ce poate contribui tehnologia? Conducător/tendință Probleme de rezolvat Tehnologii Generare la distanță Generare descentralizată Volatilitatea generației Transport de energie; Capacitatea rețelei; Rețea de distribuție bidirecțională Depozitare energie Transmisie de curent continuu de înaltă tensiune (HVDC); > Transfer 2 GW; FAPTE; Control și protecție pentru rețelele de distribuție Electricitate: Depozitare pompe, baterii; Memorie termo-electrică; E-cars (?) Volatilitatea generației Cerere de energie în creștere Management flexibil al sarcinii Eficiență energetică Rețea inteligentă (cerere activă); Eficiență mai flexibilă a rețelei de producție; Eficiența energetică industrială; GW Giga Watt, sistem de transmisie flexibil de curent alternativ FACTS

Aplicații ale sistemelor de stocare a energiei () Producție centrală Depozitarea unor cantități mari de energie Echilibrarea încărcăturii Pe partea de producție 100 MW, 4h stație/rezerva de alimentare a rețelei de alimentare În caz de defectare a liniei 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv încărcare linie de înaltă tensiune 20 kv 220 kv Producție distribuită Integrarea energiilor regenerabile 1-100 MW, 10h echilibrare a sarcinii Pentru a întârzia investițiile în linie 1-10 MW, 6h industria grea 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv Reglarea frecvenței inelului rețelei 1-50 MW, 0,25-1h limitarea sarcinii de vârf 0,5-10 MW, 1h gestionarea energiei la utilizatorul final 15 mai 2013 Diapozitivul 4

Tehnologii de stocare a energiei Mecanică termodinamică Electrochimică Electromagnetică Pompa de gravitație Stocare Volant cinetic Căldură Presiune termoelectrică Aer comprimat (CAES) Baterii Acid de plumb Ni-Cd NaS Litiu Metal-Aer Celule de debit Vanadiu ZnBr Hidrogen Electrolizator și Pila de combustibil Puterea la gaz Condensator electric Supercapuri Superconductivitate magnetică Superconductivitate magnetică 15, 2013 Slide 5 Adiabatic CAES

Aplicații ale sistemelor de stocare a energiei Producția centrală Depozitarea unor cantități mari de energie Echilibrarea încărcăturii Pe partea de producție 100 MW, 4h stație/stație de alimentare cu rețea de rezervă În caz de defecțiune a liniei 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv încărcare linie de înaltă tensiune 20 kv 220 kv Producție distribuită Integrarea energiilor regenerabile 1-100 MW, 10h Echilibrarea sarcinii Pentru a întârzia investițiile de linie 1-10 MW, 6h industria grea 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv Reglarea frecvenței inelului rețelei 1-50 MW, 0,25-1h limitarea sarcinii maxime 0,5-10 MW, 1h managementul energiei la consumatorul final 15 mai 2013 Slide 6

Stocarea energiei în rețeaua electrică (2012) Stocarea pompei 127.000 MW Peste 99% din capacitatea totală de stocare Stocare aer comprimat, baterii sodiu-sulf de 440 MW, baterii litiu-ion 316 MW, baterii plumb-acid de 88 MW, volante de 50 MW, baterii cu flux redox de 25 MW, 5 MW 15 mai 2013 Slide 7 Sursa: Institutul Fraunhofer, EPRI, Pr. Nat. Știință. 19 (Chen et al), FIG

Stocarea pompei: tehnologia dominantă Stocarea energiei gravitaționale Tehnologie stabilită și eficientă Cea mai frecventă aplicație (2012): Managementul sarcinii din partea producției În concurență cu centralele electrice pe gaz Rezervor inferior Rezervor superior Mașini electromecanice 1060 MW, 8 h PHS Goldisthal (D) Proprietăți de stocare a pompei Eficiență 80% Durată de alimentare Costuri de capital de ieșire (sistem de 500 MW) Cele mai mari ore de dezavantaj (până la zile) 10 MW la 1 GW 1500-2000 $/kw (extensie 650-850 $/kw) Limitat geografic 15 mai 2013 Diapozitiv 8

Aplicații ale sistemelor de stocare a energiei Producția centrală Depozitarea unor cantități mari de energie Echilibrarea încărcăturii Pe partea de producție 100 MW, 4h stație/stație de alimentare cu rețea de rezervă În caz de defectare a liniei 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv încărcare linie de înaltă tensiune 20 kv 220 kv Producție distribuită Integrarea energiilor regenerabile 1-100 MW, 10h Echilibrarea sarcinii Pentru a întârzia investițiile în linie 1-10 MW, 6h industria grea 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv Reglarea frecvenței inelului rețelei 1-50 MW, 0,25-1h limitarea sarcinii maxime 0,5-10 MW, 1h managementul energiei la utilizatorul final 15 mai 2013 Slide 9

Baterii pentru stocarea distribuită a energiei Stocare sub formă de energie chimică, multe tipuri diferite de baterii Densitate mare de energie și putere Reacție rapidă și comutabilitate (între încărcare și descărcare) Tendință: soluții de containere Proprietăți tipice de stocare a bateriei Eficiență> 80% Durată de alimentare Putere Costuri capitale (500 Uzină MW) Cel mai mare dezavantaj 1-10 ore 1-50 MW 2500 $/kw Redimensionare liniară (fără economie de dimensiune) 34 MW, 245 MWh instalație sodiu-sulf (NaS) pentru parcul eolian de 51 MW (Japonia) 15 mai 2013 Slide 10

Topologia sistemelor de stocare a bateriei (B) Baterie + - U Convertor DC AC U PCS Transformator Rețea AC U AC 15 mai 2013 Slide 11

Integrarea surselor regenerabile: asigurarea capacității turbinei eoliene Futamata de 51 MW cu baterii de sodiu-sulf de 34 MW, conectate la rețea din 2008, Japan Wind Development Co. 15 mai 2013 Slide 12

Alternativă viitoare pentru integrarea surselor regenerabile de energie: Sistem de stocare a aerului comprimat adiabatic Stocare simultană a presiunii (aerului comprimat) și a căldurii Avantaj: Fără arderea gazelor naturale (spre deosebire de sistemele anterioare de stocare a aerului comprimat) Sistem de stocare a aerului comprimat adiabatic ecologic - proprietăți Obiectiv de eficiență: 70% durata alimentării Performanță Costuri de capital (Sistem de 500 MW) Cele mai mari zile dezavantaj 50-500 MW țintă: 1500 $/kW Proiect ADELE legat geografic: 90 MW, demonstrator de 4 ore la Strassfurt (D) cu RWE, GE, Züblin și DLR Sursa: www.rwe.com, mai 15, 2013 Diapozitivul 13

Reglarea frecvenței Trebuie garantat întotdeauna echilibrul dintre consumul de energie electrică și producție. Acest lucru se realizează prin intermediul puterii de rezervă, care poate fi utilizată pentru a reacționa la modificările frecvenței rețelei. 15 mai 2013 Slide 15

Sistem de stocare a energiei bateriei Li-ion Baterie Li-ion pentru reglarea frecvenței (și alte aplicații) Stația Los Andes din Chile, dimensiune: 12 MW/4 MWh, randament AC-AC 80% Furnizor: A123, construcție: 2009 15 mai 2013 Slide 16

Sistem de stocare a energiei bateriei Li-ion Proiect pilot 1 MW (15 min), operator de rețea: EKZ, Elveția, Sonntags-Zeitung, 18 martie 2012 15 mai 2013 Slide 17

Aplicații ale sistemelor de stocare a energiei Producția centrală Depozitarea cantităților mari de energie Echilibrarea încărcăturii Pe partea de producție 100 MW, 4h stație/stație de alimentare cu rețea de rezervă În caz de defectare a liniei 10-100 MW, 0,25-1 h 220 kv încărcare linie de înaltă tensiune 20 kv 220 kv Producție distribuită Integrarea energiilor regenerabile 1-100 MW, 10h Echilibrarea sarcinii Pentru a întârzia investițiile de linie 1-10 MW, 6h industria grea 20 kv 110 kv 110 kv 20 kv Reglarea frecvenței inelului rețelei 1-50 MW, 0,25-1h limitarea sarcinii de vârf 0,5-10 MW, 1h gestionarea energiei la consumatorul final 15 mai 2013 Slide 18

Autoconsum cu conceptul de sistem fotovoltaic și baterie 1. În timpul „vârfului”, excesul de energie electrică este stocat în baterii. à Bateria se încarcă. 2. În timpul vârfului, energia electrică este furnizată de baterie și de sistemul PV. à Bateria se descarcă. 15 mai 2013 Slide 19 Autoconsum cu sistem de baterii (sursă: Prosol, 2013)

Cazul de afaceri pentru Germania Venituri și costuri de exploatare Venituri de exploatare Prețul energiei electrice (2012) = 25,9 ct/kwh. 1 tarif de alimentare = 18,2 ct/kwh. 2 Economii de cost = 7,7 ct/kWh. Costuri pe kwh = 800 EUR/kWh. Capacitatea bateriei = 5 kwh (aprox. 3 kwh/zi, inclusiv îmbătrânirea bateriei). Costuri totale = 4.000 EUR Consumul mediu de energie electrică pe gospodărie și an = 4.000 kWh/an. 3 Autoconsum suplimentar = 1.000 kWh/an (

2,7 kWh/zi). o perioadă de rambursare => 50 de ani venit din exploatare anual = 7,7 ct/kwh * 1.000 kwh = 77 EUR/an. Surse: 1 BDEW, 2012, 2 Legea energiei regenerabile (EEG), Propunerea 23 februarie 2013 (1 oră) plumb acid (timp mediu de descărcare) sodiu-sulf (timp lung de descărcare, 5-8 ore) Sistemele viitoare de stocare a energiei ar trebui să includă tehnologii termodinamice (adiabatice) sisteme de stocare a aerului comprimat Mai 15, 2013 Diapozitivul 23

Este profitabilă o baterie de casă? Creșterea autoconsumului cu stocarea energiei limita marginală a puterii/rentabilității prețul energiei electrice vs. Tarif de alimentare Diferența de preț (limita de profitabilitate) Costurile bateriei pentru limita de profitabilitate de 0,10 EUR/kWh/ciclu: Notă: Eficiența sistemului și reducerea nu sunt luate în considerare. 15 mai 2013 Slide 25

Tehnologii de depozitare 10 h Depozitare aer comprimat de sodiu-sulf (CAES) Timp de funcționare [min] 1 h Baterii chimice vanadio redox Baterii plumb-acid Depozitare termoelectrică (TEES) Depozitare pompă Li-ion 10 min Volante 100 kw 1 MW 10 MW 100 MW 1000 MW putere maximă [MW]

Sistem de stocare a energiei bateriei Ni-Cd Linie de transmisie 100 MW Baterii Ni-Cd Convertor Healy Linie de transmisie 140 MW Specificație Fairbanks B Specificație: 40 MW timp de 7 minute (4,7 MWh) 27 MW timp de 15 minute (6,75 MWh): 20 de ani conectat la linia de 138 kv Aplicații: Rezervă energie în cazul unei defecțiuni a liniei de transport Compensare energie de rezervă de filare Golden Valley Electric Association, SUA, în funcțiune din 2004 15 mai 2013 Slide 27

Sistem de baterii de sodiu-sulf (NaS) Tokyo Electric Power Company Substația Tsunashima 6 MW/48 MWh 15 mai 2013 Slide 28 AC to AC Eficiență 75% construcție 1997-1998

Durata de viață a ciclului și calendarului (A-) CAES, stocare pompată ETES Durata de viață a ciclului și calendarul au o influență majoră asupra acceptării clienților și asupra costurilor energiei electrice stocate 15 mai 2013 Slide 29

Concluzii Există diferite aplicații, fiecare cu un anumit factor economic. Cele mai importante dintre acestea sunt: Gestionarea încărcăturii din partea producției Integrarea energiilor regenerabile Printre tehnologiile de stocare, stocarea pompată este adesea cea mai economică soluție (dacă nu există restricții geologice sau de altă natură) Dacă nu există posibilitatea stocării pompate, sistemele de baterii sunt adesea cea mai bună alternativă în zilele noastre. Cele mai importante trei tehnologii sunt: ioni de litiu (timp scurt de descărcare,> 1 oră) plumb acid (timp mediu de descărcare) sodiu-sulf (timp lung de descărcare, 5-8 ore) Soluțiile viitoare de stocare a energiei vor include tehnologii termodinamice precum stocarea (adiabatică) a aerului comprimat sau stocarea energiei electrotermice . 15 mai 2013 Slide 30