Câu trả lời ngắn gọn: có, hoàn toàn có. Nhưng đó không phải là phần thú vị.
Câu hỏi thực sự không phảiliệuhệ thống lưu trữ năng lượng có các tùy chọn-đó là lý do tại sao nhiều người vẫn nghĩ là không có. Khi tham gia hầu hết các cuộc trò chuyện về việc lưu trữ năng lượng, bạn sẽ nghe thấy tiếng "pin" vang lên như thể đây là trò chơi duy nhất trong thị trấn. Không phải vậy. Thậm chí không gần gũi.
Pin nhận được mọi sự chú ý (chủ yếu là vì lý do chính đáng)
Hãy nhìn xem, tôi sẽ không giả vờ rằng pin không quan trọng. Họ thống trị thị trường. Lithium-ion nói riêng đã trở thành một thứ gì đó nổi tiếng trong thế giới năng lượng-xuất hiện ở khắp mọi nơi từ điện thoại của bạn cho đến các cơ sở lắp đặt quy mô-tiện ích trải rộng trên nhiều mẫu Anh. Công nghệ này phát triển nhanh hơn bất kỳ ai dự đoán vào năm 2010.
Nhưng đây là nơi nó trở nên thú vị.
Liti-ion không phải là một thứ. Đó là một gia đình. Bạn có lithium iron phosphate (LFP), loại chất này trao đổi một số mật độ năng lượng để có vòng đời dài hơn và độ ổn định nhiệt tốt hơn. Có NMC (niken mangan coban), có công suất lớn hơn trên mỗi kg nhưng chi phí cao hơn và làm tăng mối lo ngại về chuỗi cung ứng về nguồn cung cấp coban. Sau đó là NCA, LTO... các từ viết tắt chồng chất lên nhau.
Hầu hết các trình cài đặt sẽ không hướng dẫn bạn tất cả những điều này. Họ có những nhà cung cấp ưa thích và đó là những gì bạn sẽ nhận được.
Pin dòng chảy: Người anh em họ kỳ lạ
Pin dòng chảy hoạt động hoàn toàn khác nhau. Thay vì các điện cực rắn, bạn có hai bình chứa chất điện phân lỏng bơm qua màng. Nghe có vẻ phức tạp bởi vì nó là như vậy.
Lợi thế? Khoảng thời gian. Hệ thống lithium{1}}ion có thể giúp bạn sử dụng được 2-4 giờ một cách tiết kiệm. Pin dòng có thể kéo dài tới 8, 10, thậm chí 12+ giờ mà không cần tăng chi phí tuyến tính như pin thông thường. Đối với các ứng dụng mà bạn cần lưu trữ năng lượng mặt trời của Thứ Ba cho tối Thứ Tư, điều này rất quan trọng.
Nhược điểm là dấu chân. Những hệ thống này rất lớn. Nặng. Không phải thứ bạn đang đặt trên tường nhà để xe của bạn.
Pin dòng oxi hóa khử Vanadi đã xuất hiện từ những năm 1980 (vâng, thực sự vậy) nhưng khả năng thương mại chỉ xuất hiện gần đây. Hóa chất sắt-không khí mới hơn và có khả năng rẻ hơn, mặc dù ban giám khảo vẫn chưa đưa ra kết quả-thực tế trên quy mô lớn.
Ngoài Pin Hoàn toàn: Lưu trữ nhiệt và lưu trữ cơ học
Đây là nơi hầu hết các bài viết dừng lại. "Pin có tùy chọn, nhiệt tồn tại, kết thúc."
Thật là lười biếng.
Hệ thống nhiệt không lưu trữ điện-chúng lưu trữ nhiệt hoặc lạnh. Điều này nghe có vẻ như là một hạn chế cho đến khi bạn nhận ra chúng ta lãng phí bao nhiêu năng lượng cho HVAC. Trong các tòa nhà thương mại, hệ thống sưởi và làm mát có thể chiếm tới 40% mức tiêu thụ năng lượng. Đôi khi nhiều hơn.
Lưu trữ đá là phương pháp phổ biến nhất. Về cơ bản: đóng băng nước vào ban đêm khi giá điện thấp, để nó tan chảy vào ban ngày để làm mát. Vật lý rất đơn giản. Kỹ thuật đã trưởng thành. Nền kinh tế hoạt động theo cơ cấu tỷ giá phù hợp.
Muối nóng chảy được nhắc đến liên tục trong bối cảnh năng lượng mặt trời tập trung, nhưng việc triển khai vẫn còn hạn chế. Nhiệt độ liên quan (chúng ta đang nói đến 500 độ +) tạo ra những thách thức về vật liệu mà các kỹ sư ion lithium-không bao giờ phải nghĩ tới.
Hệ thống nước lạnh cũng tồn tại. Ít kịch tính hơn, thiết thực hơn, được triển khai rộng rãi tại các bệnh viện và trung tâm dữ liệu không đủ khả năng chi trả cho việc gián đoạn HVAC.
Lưu trữ cơ khí
Thủy điện được bơm là ông tổ của việc lưu trữ lưới điện. Nó chiếm hơn 90% khả năng lưu trữ năng lượng toàn cầu. Không phải pin. Thủy điện được bơm. Điều này không được đề cập đủ.
Nguyên tắc rất đơn giản: bơm nước lên dốc khi dư điện, để nước chảy ngược xuống qua tuabin khi bạn cần điện. Hiệu suất đạt khoảng 70-85%, không ngoạn mục nhưng cũng không tệ.
Vấn đề là địa lý. Bạn cần sự khác biệt về độ cao. Bạn cần nước. Bạn cần giấy phép (chúc may mắn). Các dự án thủy điện được bơm mới phải mất nhiều năm để phát triển và gặp phải sự phản đối đáng kể của cộng đồng ở nhiều khu vực.
Bánh đà chiếm một vị trí hoàn toàn khác. Chúng có thời gian phản hồi nhanh-một phần nghìn giây-nhưng thời lượng có giới hạn, thường dưới 15 phút. Hữu ích cho việc điều chỉnh tần số và chất lượng điện năng, ít hữu ích hơn cho việc chuyển đổi hoạt động sản xuất năng lượng mặt trời từ chiều sang tối.
Lưu trữ năng lượng khí nén (CAES) đã xuất hiện từ những năm 1970. Hai cơ sở lớn tồn tại trên toàn cầu. Điều đó cho bạn biết điều gì đó về những thách thức thương mại hóa.
Điều Không Ai Nói Về
Hydro.
Đợi đã, quay lại đi.
Tôi biết. Hydro đã là "tương lai" trong nhiều thập kỷ mà không trở thành hiện tại. Nhưng với tư cách là một phương tiện lưu trữ năng lượng-dành riêng cho việc lưu trữ theo mùa-không có gì khác có thể sánh được với mật độ năng lượng và thời lượng.
Sự mất mát hiệu quả là tàn khốc. Điện phân nước, nén hoặc hóa lỏng hydro, lưu trữ, chạy qua pin nhiên liệu hoặc tua-bin... bạn có thể đạt được hiệu suất khứ hồi là 30-40%. Điều đó thật khủng khiếp so với pin.
Nhưng pin không thể lưu trữ gió mùa xuân một cách kinh tế cho nhu cầu sưởi ấm vào mùa đông. Hydro có khả năng có thể.
Cơ sở hạ tầng không tồn tại. Chi phí vẫn ở mức cao. Máy điện phân đang mở rộng quy mô nhưng không đủ nhanh. Đây là công nghệ-ra đời hàng thập kỷ đối với hầu hết các ứng dụng. Có lẽ là hai thập kỷ.
Tôi đang đề cập đến nó bởi vì việc bỏ qua hydro hoàn toàn thể hiện sai mục đích của việc lưu trữ năng lượng.
Câu hỏi hội nhập
Đây là điều thường bị bỏ qua khi so sánh công nghệ: hầu hết-các dự án trong thế giới thực đều kết hợp nhiều phương pháp tiếp cận.
Trung tâm dữ liệu có thể sử dụng lithium{0}}ion để sao lưu ngay lập tức, bộ lưu trữ nhiệt để chuyển tải hàng ngày và máy phát điện diesel (vâng, vẫn vậy) khi ngừng hoạt động kéo dài. Một tiện ích có thể ghép nối hệ thống pin 4 giờ với bơm thủy điện để có nhu cầu trong thời gian dài hơn.
Hệ thống hybrid khó thiết kế hơn, khó vận hành hơn và khó viết hơn. Nhưng chúng thường hoạt động tốt hơn-các phương pháp tiếp cận công nghệ đơn lẻ về mặt kinh tế.
Phần mềm: Lớp vô hình
Tất cả các tùy chọn phần cứng này đều yêu cầu hệ thống điều khiển. Điều này quan trọng hơn hầu hết mọi người nhận ra.
Hệ thống pin được tối ưu hóa kém có thể quay vòng không cần thiết, xuống cấp nhanh hơn dự kiến. Một hệ thống-được tối ưu hóa tốt sẽ tìm hiểu cấu trúc giá, kiểu thời tiết và cấu hình tải để tối đa hóa giá trị. Sự khác biệt về doanh thu hoặc tiết kiệm hàng năm có thể là 20-30%.
Hầu hết các nhà cung cấp đều khẳng định phần mềm của họ "thông minh" hoặc "được hỗ trợ bởi AI" (những thuật ngữ này đã trở nên vô nghĩa do bị sử dụng quá mức). Điều thực sự quan trọng là liệu hệ thống có thể:
Phản hồi các tín hiệu giá-theo thời gian thực
Dự đoán nhu cầu sắp tới với độ chính xác hợp lý
Phối hợp với các DER khác (nguồn năng lượng được phân phối)
Thích ứng với sự xuống cấp theo thời gian
Rất ít hệ thống làm tốt cả bốn điều này.
Tạo cảm giác về các lựa chọn
Vì vậy, hệ thống lưu trữ năng lượng bao gồm các tùy chọn. Nhiều lựa chọn. Có lẽ quá nhiều để bất kỳ người mua nào có thể đánh giá kỹ lưỡng.
Cách tiếp cận thực tế:
Đối với khu dân cư:ion lithium{0}}kết hợp với năng lượng mặt trời chiếm ưu thế là có lý do chính đáng. Các giải pháp thay thế không giảm quy mô tốt (pin dòng, khí nén) hoặc phục vụ các nhu cầu khác nhau (lưu trữ nhiệt có ý nghĩa đối với một số ngôi nhà nhưng yêu cầu hệ thống HVAC có ống dẫn).
Đối với thương mại:việc tính toán trở nên phức tạp hơn. Phí nhu cầu, tỷ lệ-thời gian{2}}sử dụng, việc tham gia vào các chương trình tiện ích, yêu cầu về khả năng phục hồi... tất cả những yếu tố này góp phần vào. Đôi khi việc trữ nước đá sẽ đánh bại pin về mặt kinh tế thuần túy. Đôi khi nó không. Nhận nhiều báo giá.
Đối với quy mô-tiện ích:mọi thứ đều ở trên bàn Thủy điện được bơm, nếu địa lý cho phép. Pin có thời lượng-dài cho nhu cầu 8+ giờ. Ion lithium-thời lượng ngắn để điều chỉnh tần số và chênh lệch giá trong 4 giờ. Ngày càng có nhiều sự kết hợp.
Điều gì đang đến
Pin ion natri-cuối cùng cũng đã được đưa vào sản xuất thương mại. Họ sẽ không đánh bại lithium{2}}ion về mật độ năng lượng, nhưng họ có thể thắng về chi phí và sự ổn định của chuỗi cung ứng. Một số nhà sản xuất Trung Quốc đang mở rộng quy mô sản xuất một cách nhanh chóng.
Pin sắt-không khí (Form Energy là công ty-có danh tiếng cao nhất) hứa hẹn thời lượng sử dụng là 100-giờ với chi phí thấp hơn đáng kể so với các công nghệ hiện tại. Nếu công nghệ mang lại hiệu quả cho dự án thí điểm, nó có thể định hình lại hoàn toàn thị trường lưu trữ dài hạn.
Lưu trữ trọng lực-sử dụng các khối nặng được nâng lên và hạ xuống trong trục-nghe có vẻ giống như một điều gì đó trong tiểu thuyết steampunk nhưng nhiều công ty đang theo đuổi nó một cách nghiêm túc. Các khối bê tông của Energy Vault gây được sự chú ý; những người khác đang phát triển các phương pháp tiếp cận ngầm.
Bộ lưu trữ năng lượng không khí lỏng (LAES) có một nhà máy trình diễn lớn đang hoạt động ở Anh. Ý tưởng này liên quan đến việc hóa lỏng không khí trong quá trình nạp, sau đó cho phép nó giãn nở và điều khiển các tuabin trong quá trình phóng điện. Hiệu quả còn khiêm tốn nhưng công nghệ sử dụng các thành phần công nghiệp đã được chứng minh.
Không điều nào trong số này sẽ loại bỏ sự thống trị của lithium{0}}ion trong 5 năm tới. Một số có thể không bao giờ đạt được mức độ phù hợp về mặt thương mại. Nhưng hệ thống các lựa chọn ngày càng sâu sắc hơn bao giờ hết.
Câu hỏi không phải là liệu hệ thống lưu trữ năng lượng có các lựa chọn hay không. Họ luôn có.
Câu hỏi đặt ra là liệu chúng ta đang đánh giá những lựa chọn đó một cách trung thực hay mặc định theo những gì quen thuộc nhất. Câu trả lời thường là vế sau.
Điều đó đang dần thay đổi. Tối ưu hóa phần thưởng thị trường. Và việc tối ưu hóa đòi hỏi phải biết những gì có sẵn-thực sự biết chứ không chỉ gật đầu đồng ý khi ai đó đề cập đến pin.