Blog về Lưu trữ năng lượng trên mạng lưới mở rộng trong bối cảnh tăng trưởng năng lượng tái tạo

Hãy tưởng tượng một thành phố nơi mà ánh sáng vẫn còn sáng ngay cả khi ánh sáng mặt trời phai mờ và gió tắt đi, nơi mà các nhà máy tiếp tục ồn ào mà không bị gián đoạn.Hệ thống lưu trữ năng lượng lướiNhưng làm thế nào chính xác các hệ thống này hoạt động, và tiềm năng biến đổi nào mà chúng giữ cho tương lai năng lượng của chúng ta?

Lưu trữ lưới điện: Lưu trữ năng lượng

Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) hoạt động như các kho chứa điện. Chúng lưu trữ năng lượng (từ điện hoặc các nguồn tái tạo) trong thời gian nhu cầu thấp và giải phóng nó khi cần thiết,giải quyết các yêu cầu năng lượng khác nhau trong các khung thời gian khác nhauESS đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của lưới điện và cải thiện hiệu quả năng lượng, thường được triển khai cùng với các cơ sở sản xuất để tăng lợi ích kinh tế.

Các công nghệ lưu trữ khác nhau: Một loạt các giải pháp

Hiện nay, năm công nghệ lưu trữ chính thống trị các ứng dụng thương mại ở Hoa Kỳ, được xếp hạng theo tổng công suất sản xuất tính đến năm 2022:

• Hydro bơm:Công nghệ quy mô lớn trưởng thành nhất, thủy điện bơm sử dụng điện để di chuyển nước giữa các hồ chứa ở độ cao khác nhau, tạo ra năng lượng khi được giải phóng qua tuabin.
• Lưu trữ pin:Các hệ thống lithium-ion phát triển nhanh chóng lưu trữ năng lượng thông qua các phản ứng điện hóa, mang lại tính linh hoạt và giảm chi phí.
• Lưu trữ nhiệt mặt trời:Phương pháp này chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt có thể lưu trữ, sau đó được sử dụng để tạo ra điện, giải quyết sự gián đoạn của năng lượng mặt trời.
• Không khí nén:Bằng cách lưu trữ không khí áp suất dưới lòng đất, công nghệ này cho phép giải phóng năng lượng quy mô lớn thông qua việc tạo ra tua-bin.
• Vòng xoay:Những hệ thống quay tốc độ cao này xuất sắc trong phản ứng nhanh, làm cho chúng lý tưởng cho việc điều chỉnh tần số.

Các công nghệ mới nổi như siêu tụ, lưu trữ từ siêu dẫn và hệ thống dựa trên hydro cho thấy sự phát triển đầy hứa hẹn.sử dụng điện ngoài giờ cao điểm để tạo băng cho nhu cầu làm mát ban ngày.

Chỉ số năng lượng: Sức mạnh so với năng lượng

Hệ thống lưu trữ được đánh giá thông qua hai phép đo chính:

• Khả năng điện:Lượng đầu ra tức thời tối đa (đánh giá bằng W, kW, MW hoặc GW)
• Công suất năng lượng:Tổng năng lượng có thể lưu trữ/thả ra (được đo bằng Wh, kWh, MWh hoặc GWh)

Cục Quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA) phân loại các hệ thống theo công suất điện:

• Phương pháp quy mô lớn:Capacity ≥1 MW, chủ yếu thuộc sở hữu của công ty tiện ích cho các dịch vụ lưới
• Hình ảnh nhỏ:Công suất < 1 MW, thường thuộc sở hữu của người dùng với các thiết bị năng lượng mặt trời

Là nguồn năng lượng thứ cấp, các hệ thống lưu trữ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn trong khi sạc hơn là cung cấp trong khi xả.EIA báo cáo cả tổng sản lượng (sản lượng thực tế) và sản lượng ròng (sản lượng trừ phí / tổn thất hoạt động), với số liệu ròng thường là âm để tránh tính gấp đôi.

Khung cảnh lưu trữ của Hoa Kỳ (2022)

Hydro bơm vẫn chiếm ưu thế về công suất và sản lượng, trong khi lưu trữ pin cho thấy tăng trưởng nhanh chóng.

Ứng dụng và lợi ích

Các hệ thống lưu trữ cung cấp giá trị đa diện trong toàn hệ sinh thái năng lượng:

• Độ ổn định lưới điện:Phản ứng nhanh chóng với biến động cung cầu duy trì tần số và chất lượng điện
• Quản lý tải:Chuyển tiêu thụ từ thời điểm cao điểm sang thời điểm không cao điểm làm giảm chi phí và căng thẳng cơ sở hạ tầng
• Tích hợp năng lượng tái tạo:Làm mịn mượt sản xuất gián đoạn từ gió / mặt trời cải thiện khả năng tương thích lưới điện
• Đặt lại cơ sở hạ tầngTrì hoãn việc nâng cấp mạng lưới tốn kém ở các khu vực tăng trưởng cao
• Năng lượng dự phòng:Cung cấp quan trọng trong thời gian gián đoạn cho các doanh nghiệp và tổ chức
• Khả năng kích hoạt mạng vi mô:Hỗ trợ các hệ thống năng lượng độc lập hoặc lai

Các ứng dụng được chia thành hai loại thời gian:

• Tóm tắt:Phản ứng theo tỉ lệ phút để điều chỉnh tần số
• Chu kỳ hàng ngày:Chuyển đổi năng lượng theo quy mô giờ để quản lý tải

Hồ sơ triển khai công nghệ

Hydro bơm

40 cơ sở thủy điện bơm của Mỹ (tổng cộng 22.008 MW) chủ yếu đáp ứng nhu cầu làm mát mùa hè.với năm tiểu bang lưu trữ 61% công suất quốc gia.

Lưu trữ pin

Các hệ thống pin quy mô tiện ích đạt 8.842 MW/11.105 MWh vào năm 2022, với 4.807 MW được thêm vào năm đó.Lithium-ion thống trị do hiệu quả và khả năng đáp ứng, với 207 cơ sở được đặt cùng với năng lượng tái tạo (chủ yếu là năng lượng mặt trời).

Pin quy mô nhỏ

Các hệ thống dưới 1 MW tổng cộng có 1,094 MW trên 42 tiểu bang vào năm 2021, với 71% gắn với các hệ thống năng lượng mặt trời được đo lưới.

Lưu trữ nhiệt mặt trời

Hai nhà máy hoạt động (450 MW kết hợp) sử dụng lưu trữ muối nóng chảy, dẫn đầu bởi cơ sở Solana 280 MW của Arizona.

Không khí nén

Nhà máy McIntosh 110 MW ở Alabama vẫn là cơ sở hoạt động duy nhất, sử dụng kho lưu trữ hang động muối với bổ sung khí tự nhiên.

Vòng xoay

Bốn hệ thống hoạt động (tổng cộng 47 MW) chuyên về điều chỉnh tần số, với New York / Pennsylvania lưu trữ công suất 40 MW.

Khả năng tương lai

Các đường ống lưu trữ cho thấy sự tăng trưởng đáng chú ý, đặc biệt là cho pin:

• 22,255 MW công suất pin mới dự kiến cho đến năm 2026
• 13,881 MW nằm cùng với các dự án năng lượng mặt trời
• Dự án khí nén 317 MW đang được triển khai ở Texas

Các động lực tăng trưởng bao gồm mở rộng năng lượng tái tạo, các ưu đãi của nhà nước và các cấu trúc thị trường đang phát triển.672 MW dự án thủy điện đang được xem xét với 47,960 MW trong giai đoạn cấp phép sơ bộ trên 21 tiểu bang.

Khi chi phí giảm và công nghệ trưởng thành, việc lưu trữ năng lượng sẽ ngày càng trở thành nền tảng của các mạng lưới năng lượng tái tạo, cho phép sạch hơn,hệ thống năng lượng hiệu quả hơn cho các thế hệ tương lai.