先进的储能技术是未来满足电力需求和提升能源效率的重要元素。过去,由于没有有效的技术来存储所需数量的电力,电力在产生后很快就会被消耗掉。近年来,虽然风能和太阳能等新型发电厂逐渐超过其他电力来源,但风能和太阳能仅在特定时间产生,存在电力不稳定的问题。为了保持电力的有效流动,很多公用事业运营商必须尝试稳定的提供电力以满足高峰需求。因此需要储能技术不断发展和创新来帮助应对不断变化的能源需求。
全球储能市场拥有巨大的吸引力,其技术的发展在许多应用领域正日益普及。此外,政府推动可再生能源的举措为储能行业进一步创造了巨大的增长机会。目前,主要的新型储能技术包括四类:电池储能,热能储能,机械储能和化学储能。
随着来自工业部门的能源需求不断上升,预计未来市场将出现显著增长。根据MarketResearchFuture(MRFR)年6月的综合研究报告,在-年内,市场将以25.49%的复合年增长率增长。
电池储能
全球范围内,电池储能市场预计在年到年将以32.8%的复合年增长率增长。目前,瑞士的ABB,韩国的LGChem以及韩国的SamsungSDI是电池储能市场的头部玩家。
01锂离子电池
近年来,锂离子电池储能的市场增长非常迅速,从智能手机到笔记本电脑再到混合动力汽车和电动汽车,锂离子电池技术的进步正在不断满足人们日益增长的电力需求。锂离子电池使用锂离子作为其电化学的关键组成部分。在放电循环期间,阳极中的锂原子被电离并与电子分离。锂离子从阳极移动并穿过电解质到达阴极,锂离子在阴极与电子重新结合并发生电中和。锂离子体积很小,能够在单位质量和单位体积中具有非常高的电压和电荷存储。
02固态电池
与锂离子电池相比,固态电池在大规模电网存储方面具有多种优势。固态电池包含具有更高能量密度的固体电解质,并且比液体电解质(例如锂离子电池中的电解质)更安全(不容易着火)。它们更小的体积和更高的安全性使固态电池非常适合大规模电网应用。然而,固态电池技术目前尚在开发阶段,其价格比锂离子电池技术更昂贵。快速增长的锂离子生产带来了规模经济,使固态电池在未来几年将难以与之匹敌。
03液流电池
液流电池是锂离子电池的替代品。虽然不如锂离子电池流行(其市场占有率5%),但液流电池已被多个需要更长储能持续时间的储能项目所使用。液流电池具有相对较低的能量密度和较长的生命周期,这使得它们非常适合提供持续电力。
热能储存
热能储存设施利用温度来储存能量。当需要储存能量时,岩石、盐、水或其他材料会被加热并保存在绝缘环境中。当需要产生能量时,通过将冷水泵送到热的岩石、盐或热水上以产生蒸汽来释放热能,从而旋转涡轮机。除了发电,热能储存也可用于加热和冷却场景中。例如,蓄热器可用于在夜间制冰以在白天为建筑物降温。热效率可以从50%到90%不等,具体取决于所使用的热能类型。到年,全球热能存储市场规模预计将达到3.69亿美元,复合年增长率约为14.4%。
01超临界二氧化碳储能(SC-CCES)
超临界二氧化碳储能通过加压流化床氧燃烧系统(Oxy-PFBC),在Oxy-PFBC中产生的热量加热超临界CO2(sCO2)并驱动电源涡轮发电。Oxy-PFBC和sCOc产生的过多热量以及膨胀产生的冷量涡轮机储存在水库中以在需要时发电。
02熔盐储能(MoltenSalt)
熔盐技术是高温热能储存系统的一个分支,高温蓄热系统使用热交换器将热量储存在各种介质中(包括沙子和石蜡等)和传输介质(空气或特殊流体)以促进交换。在非高峰时段,盐被加热并储存在绝缘容器中。当需要能源时,盐会被泵入蒸汽发生器中,蒸汽发生器将水煮沸、旋转涡轮机并发电。
03液态空气储能(LAES)
也称为低温储能,使用多余的电力来压缩和液化干燥、无二氧化碳的空气。当需要电力时,空气被加热到沸腾并通过生成器释放能量。通过捕获和储存压缩产生的热量和膨胀产生的热量来提高效率,提高循环利用效率。
机械储能
机械储能是现代生活储能的重要组成部分,它的系统储能容量大、充电时间短,而且这些系统需要较少的定期维护,维护成本也低,其无污染、安全、可靠、节能等优势使其具有巨大的市场需求。MarketResearchFuture预测机械储能市场在-年间的复合年增长率为6.5%。机械储能主要包括三大类:压缩空气储能、抽水蓄能和飞轮储能。
01压缩空气储能(CAES)
即通过压缩空气储存能量,在电力便宜的非高峰时段,空气被泵入一个地下洞(一般是盐洞)。当需要能源时,地下洞穴中的空气会被释放回装备中,在那里被加热,由此产生的膨胀会转动发电机。CAES系统可以将仅使用天然气设备的能源输出增加三倍。一般情况下,CAES的效率在42%到55%之间。当空气压力的热量被保留时,CAES可以实现高达70%的能源效率。
02抽水蓄能(PSH)
抽水蓄能是电网上最常见的储能形式,占当今使用的电力储能的95%以上。在非高峰时段,涡轮机使用多余的电力将水泵送到高架水库。当电力需求高时,水库打开,让蓄水流过涡轮机并发电。由于所需的地形(上水池和下水池)和占地面积大,这些系统的选址可能很困难。
03飞轮储能(Flywheels)
飞轮将能量储存在快速旋转的机械转子中,用于储存可瞬间调用的旋转能量(通常能够在15分钟或更短的时间内吸收和释放高功率能量)。这些系统可以平衡电力供应和需求的波动,可以对每隔几秒就要调整一次的控制信号做出响应。它们还可以在某些装置中从电动火车中回收制动能量,提供短期电力,直到电网停电期间备用发电上线,适用于解决在关键制造过程中,产品会因暂时断电而丢失的问题。
化学储能
01氢能
通过氢氧结合发电的氢燃料电池具有很多优势:可靠且安静(无活动部件)、占地面积小、能量密度高、零排放(唯一的副产物是水)。同时该过程也可以逆转,使其用于能量存储:电解水产生氧气和氢气。燃料电池在电力便宜时生产氢气,然后在需要时使用氢气发电。尽管氢燃料电池仍然很昂贵,但仍被应用于许多关键设施,如电信中继、数据中心、信用卡处理等。
02氨气储能
氨在环境温度和压力下相对容易储存。在非高峰期,可以使电解水产生的氢气与来自空气分离装置的氮气通过传统的氨反应器生成氨。而在高峰期,可以通过裂解氨产生的氢气,再利用氢气发电。
03甲醇储能
甲醇可以产生通过甲醇燃料电池发电,可以为传统的气体发生器供电,也可以直接用作燃料。