ביליתי יותר מדי שעות בצלילהטכנולוגיות אחסון אנרגיה. בכנות, מה שהתחיל כסקרנות לגבי הגדרות הסוללה של השכן שלי הפך למשהו של אובססיה. אז הנה מה שהבנתי-ותאמין לי, חלק מהדברים האלה הפתיעו אותי.
הנוף השתנה באופן דרמטי. לפני חמש שנים, דיברנו בעצם על ליתיום-יון והידרו שאוב. זה היה זה. עַכשָׁיו? האפשרויות כמעט מכריעות.
סיפור הליתיום-יונים
כולם מכירים ליתיום-יון. הטלפון, המחשב הנייד שלך, כנראה המכונית שלך-הוא נמצא בכל מקום. אבל כאן הדברים נעשים מעניינים עבור-קנה מידה רשת ויישומים ביתיים.
צפיפות האנרגיה יוצאת דופן. אנחנו מדברים על 150-250 וואט/ק"ג, מה שאומר שאתה יכול לארוז קיבולת אחסון רצינית ליחידות קומפקטיות יחסית. השווה את זה לחומצה-עופרת ב-35-40 וואט/ק"ג, ותתחיל להבין מדוע הליתיום-יון השתלט כל כך מהר. זה אפילו לא קרוב.
יעילות-הלוך ושוב נעה סביב 85-95%. זה משמעותי. על כל 100 קילוואט שאתה מכניס, אתה מקבל בחזרה 85-95. האנרגיה הנותרת הופכת לחום, וזו הסיבה שניהול תרמי חשוב כל כך במערכות אלו. ראיתי התקנות שבהן קירור לקוי הפיל את היעילות ב-10-15 נקודות אחוז. טעות יקרה.
חיי המחזור משתנים מאוד בהתאם לכימיה ודפוסי השימוש. תאי LFP (ליתיום ברזל פוספט) יכולים להגיע ל-4,000-6,000 מחזורים בעומק של 80% מהפריקה. כימיה של NMC? יותר כמו 1,500-2,000 בתנאים דומים. ההבדל הזה חשוב כשאתה מחשב את ערך החיים.
עקומת השפלה היא משהו שיצרנים לא תמיד מדגישים. אתה מאבד כ-2-3% קיבולת בשנה אפילו עם שימוש אופטימלי. לאחר עשור, הסוללה של 10 קילו-וואט היא למעשה סוללה של 8 קילוואט-שעה. תכננו בהתאם.
סוללות זרימה: האפשרות הלא מוערכת
אני מודה שזלזלתי בסוללות זרימה במשך שנים. נראתה כמו טכנולוגיית נישה שלעולם לא תתרחב באמת. טעיתי.
הקונספט אלגנטי: שתי תמיסות אלקטרוליטים המאוחסנות במיכלים נפרדים, נשאבות דרך ערימת תאים שבה הם מחליפים יונים על פני ממברנה. תפוקת הכוח תלויה בגודל הערימה. קיבולת האנרגיה תלויה בגודל המיכל. אתה יכול לשנות אותם באופן עצמאי-שזה באמת שימושי עבור יישומים מסוימים.
סוללות זרימת חיזור ונדיום (VRFBs) שולטות בשוק המסחרי כרגע. יעילות- הלוך ושוב נמוכה יותר מאשר ליתיום-יון-בדרך כלל 65-75%-אבל הנה העניין: האלקטרוליט אינו מתכלה כמו אלקטרודות ליתיום-יון. חלק מהיצרנים טוענים ל-20,000+ מחזורים עם אובדן קיבולת מינימלי. את האלקטרוליט עצמו ניתן למחזר כמעט ללא הגבלה.
עם זאת, טביעת הרגל היא משמעותית. אתה צריך מקום עבור טנקים, משאבות, ערימת התאים, מערכות קירור. עבור התקנות שימוש בקנה מידה- עם דרישות משך של 4+ שעות, הכלכלה מתחילה להיראות אטרקטיבית. למגורים? לא פרקטי. לפחות עדיין לא.
Pumped Hydro: Still the Giant
זה המקום שבו אני צריך לבלות קצת זמן, כי הידרו שאוב מתעלם בדיוני אגירת אנרגיה אופנתיים, וזו טעות.
בעולם, הידרו שאוב מייצג כ-95% מקיבולת אחסון האנרגיה-של הרשת המותקנת. תן לזה לשקוע. כל כותרות הליתיום-יון, כל ההודעות לעיתונות של סוללת הזרימה-הם מתחרים על ה-5% הנותרים. המספרים מדהימים: מעל 160 GW של קיבולת הידרו שאוב ברחבי העולם, אוגר אנרגיה הנמדדת במאות GWh.
העיקרון לא יכול להיות פשוט יותר. שאבו מים בעלייה כאשר החשמל זול או בשפע. תן לו לזרום בחזרה למטה דרך טורבינות כאשר אתה צריך כוח. אנרגיה פוטנציאלית כבידה, מאוחסנת ומשתחררת. אין חומרים אקזוטיים, אין כימיה מורכבת, אין דאגות השפלה במובן המסורתי.
יעילות-הלוך ושוב נעה בין 70-85%, תלוי בתכנון ההתקנה. לא גבוה כמו ליתיום-, אבל תחרותי עם סוללות זרימה. וזה מה שחשוב: המערכות מחזיקות מעמד. תחנת האחסון השאובה במחוז באת' בווירג'יניה פועלת מאז 1985. כמעט ארבעה עשורים של פעולה אמינה. נסה למצוא סוללה בת 40 שנה שעדיין עובדת.
זמן התגובה השתפר באופן דרמטי עם-משאבת מהירות-טורבינות משתנות. התקנות מודרניות יכולות לעבור מאפס לתפוקה מלאה תוך פחות משתי דקות. זה מהיר מספיק עבור רוב צורכי ייצוב הרשת.
המגבלה הברורה היא הגיאוגרפיה. אתה צריך הפרש גובה ומים. הרבה אתרים מתאימים כבר פותחו במקומות כמו נורבגיה, שוויץ וחלקים מארצות הברית. אבל-וזה מרתק-יש עניין גובר במערכות לולאה סגורות- שאינן מסתמכות על מקווי מים טבעיים. מכרות נטושים, מאגרי מים-בנוי, אפילו מערות תת-קרקעיות.
עלויות הבנייה נותרו גבוהות. אנחנו מדברים על מיליארדי דולרים עבור התקנות גדולות ומתירים לוחות זמנים הנמדדים בשנים, לפעמים עשרות שנים. ההשקעה הקדמית-היא החסם העיקרי בפני פיתוח חדש, לא מגבלות טכניות.
אוויר דחוס
CAES-אחסון אנרגיית אוויר דחוס. רק שני מפעלים גדולים בקנה מידה- פועלים כיום: Huntorf בגרמניה (מאז 1978) ומקינטוש באלבמה (מאז 1991). שניהם משתמשים במערות מלח תת קרקעיות. היעילות היא בסביבות 40-50% עבור עיצובים אדיאבטיים מסורתיים, אם כי גישות איזותרמיות מתקדמות מבטיחות 70%+. טכנולוגיה מעניינת, פריסה מוגבלת. ממשיכים הלאה.
שאלת המימן
אני הולך הלוך ושוב על מימן. יש ימים שאני חושב שזה העתיד של אחסון-לאורך זמן. בימים אחרים, איבוד היעילות נראה בלתי עביר.
הנה המתמטיקה הבסיסית שמטרידה אנשים. האלקטרוליזה פועלת ביעילות של כ-60-80%. דחיסה או נזילות גוזלות עוד נתח אנרגיה. כשאתה ממיר בחזרה לחשמל דרך תא דלק, אתה מסתכל על יעילות של אולי 40-60%. ערמו את אלה יחד ויעילות הלוך ושוב נוחתת איפשהו בין 25-45%. זה... לא נהדר.
אבל יעילות זה לא הכל. מימן מציע משהו שטכנולוגיות אחרות לא יכולות: אחסון עונתי באמת ללא השפלה. לייצר מימן בקיץ כאשר תפוקת השמש מגיעה לשיא, אחסן אותו במערות תת קרקעיות או במיכלים, והשתמש בו בחורף כאשר הביקוש עולה. האלקטרוליט בסוללת זרימה עדיין יעבוד אחרי שישה חודשים של ישיבה בטלה, בטח, אבל מימן פשוט... יושב שם. אין חששות לגבי-פריקה עצמית.
היתרון הנוסף הוא הרבגוניות. מימן מאוחסן יכול להפוך שוב לחשמל, כן. אבל זה יכול גם להזין תהליכים תעשייתיים, לתדלק כלי רכב או לייצר חום. לאופציונליות הזו יש ערך אמיתי, גם אם קשה לכמת אותה.
הערה מהירה על גלגלי תנופה
כמעט שכחו גלגלי תנופה. הם אוגרים אנרגיה קינטית ברוטור מסתובב-בדרך כלל חומרים מרוכבים של סיבי פחמן הפועלים בוואקום כדי למזער את החיכוך. זמן התגובה הוא בעצם מיידי, מה שהופך אותם למושלמים עבור ויסות תדרים. אבל קיבולת האנרגיה מוגבלת. אתה מסתכל על דקות אחסון, לא שעות. Beacon Power מפעילה בניו יורק מתקן של 20 MW שעושה ויסות תדרים בצורה יפה. לאחסון בתפזורת? חפש במקום אחר.
אחסון תרמי נהיה מעניין
מלח מותך, חול מחומם, נוזלים קריוגניים, קרח-יש כאן מגוון גדול יותר ממה שאנשים מבינים.
תחנות כוח סולאריות מרוכזות השתמשו באחסון מלח מותך במשך שנים. מפעל Gemasolar בספרד יכול לייצר חשמל עד 15 שעות ללא אור שמש ישיר באמצעות חום המאוחסן במלחי חנקה מותכים בסביבות 565 מעלות. זו טכנולוגיה מוכחת.
מה שמרגש אותי לאחרונה הוא אחסון חול מחומם וחצץ. מערכות אלה משתמשות בחומרים זולים, בשפע, שיכולים לעמוד בטמפרטורות מעל 1000 מעלות. אין שרשראות אספקה אקזוטיות לדאוג. חברה פינית בשם Polar Night Energy בנתה סוללת חול של 100 MWh הפועלת באופן מסחרי מאז 2022. -יעילות הלוך ושוב נמוכה יותר-אולי ב-50-60% עבור חשמל-ל-חשמל - אבל אם האפליקציה העיקרית שלך היא חימום, אתה יכול להכות{1390}%
גם אחסון קרח ליישומי קירור ראוי לאזכור. הכינו קרח בלילה כשהחשמל זול, השתמשו בו למיזוג אוויר בשעות השיא של אחר הצהריים. פשוט, יעיל, וכבר פרוס באלפי מבנים מסחריים. לא זוהר, אבל זה עובד.
אז איך הם בעצם משווים?
התשובה הכנה היא: זה תלוי מה אתה מנסה לעשות. אני שונא את התשובה הזאת, אבל זה נכון.
דרישות משך הזמן
לצורכי תגובה תת--שניות ומשך זמן קצר-(שניות עד דקות), גלגלי תנופה וקבלי-על שולטים. הם יקרים לקוט"ש אך ללא תחרות מבחינת המהירות. Lithium-ion מטפל בחלון של 1-4 שעות בצורה טובה מאוד, זה המקום שבו רוב הפריסה למגורים ולמסחר. ברגע שאתה דוחף 8-10 שעות, סוללות הידרו וזרימה שאובות הופכות לחסכוניות יותר. עבור אחסון עונתי המתפרש על פני שבועות או חודשים, מימן הוא באמת האפשרות הקיימת היחידה כרגע.
מציאות עלות
עלויות חבילת ליתיום-צנחו-מסביב ל-1,100 דולר לקוט"ש ב-2010 לכ-140 דולר לקוט"ש ב-2024. זה מסלול מדהים. אבל עלויות הסוללה הן רק חלק מהמשוואה. איזון של מערכת, התקנה, חיבור בין רשתות, המאפשרים-"עלויות רכות" אלה שולטים יותר ויותר בתקציבי הפרויקט. מערכת מגורים של 100 קילו-וואט עשויה לעלות 20,000-35,000 דולר בהתקנה, תלוי במידה רבה במיקום ובתקנות המקומיות.
ל-Pumped Hydro יש את עלות האחסון הנמוכה ביותר עבור יישומים-לאורך זמן, בדרך כלל $50-80/MWh לאורך חיי הפרויקט. הקאץ' הוא שדרישת ההון מראש שהזכרתי קודם. אתה צריך משקיעים סבלניים.
סוללות זרימה עדיין יקרות-אולי 300$-500$ לקוט"ש עבור מערכות שלמות - אבל תוחלת החיים הארוכה משנה את המתמטיקה במחירים מפולסים. אם היישום שלך דורש 10,000+ מחזורים על פני 20 שנה, הרץ את המספרים בזהירות.
שיקולים סביבתיים
כאן אני קצת מטיף, סליחה. לייצור ליתיום-יש השפעות סביבתיות של ממש-תנאי כריית קובלט, שימוש במי מיצוי ליתיום, אתגרי מיחזור-של-החיים. אנחנו משתפרים בכל אלה, אבל להעמיד פנים שהסוללות נקיות לחלוטין זה נאיבי. הידרו שאוב משנה נופים ומערכות אקולוגיות, אם כי עיצובים בלולאה סגורה ממזערים את ההשפעות. מימן מאלקטרוליזה נקי רק כמו החשמל המניע אותו. פשרות אלו חשובות וראויות לדיון כנה.
מה אני באמת ממליץ
לרוב הבתים והעסקים הקטנים? ליתיום-יון, במיוחד כימיה של LFP. הטכנולוגיה בשלה, המתקינים מבינים אותה, והמחירים הפכו סבירים באמת. חבר אותו לסולר גג וקיבלת מערכת שתשרת אותך היטב במשך 10-15 שנים.
עבור פרויקטים בקנה מידה של -רשת עם דרישות משך של 4+ שעות, השיחה נעשית מעניינת יותר. הייתי מעריך ברצינות סוללות זרימה לצד ליתיום-יון, במיוחד אם היישום דורש ספירת מחזורים גבוהה. ואל תבטל הידרו שאוב רק בגלל שזה נשמע-מיושן-במקום שבו הגיאוגרפיה מאפשרת, לרוב זו ההשקעה הטובה ביותר-לטווח ארוך.
שימו עין גם על הטכנולוגיות המתפתחות. סוללות -נתרן מגיעות לכדאיות מסחרית ועלולות להוזיל את העלות של-ליתיום בתוך כמה שנים. סוללות ברזל-אוויר מציעות צפיפות אנרגיה יוצאת דופן עבור יישומים-ארוכים. אחסון כוח הכבידה באמצעות בלוקים מוצקים במקום מים ממוסחר.
הנוף מתפתח במהירות. מה שנראה אופטימלי היום אולי לא תהיה התשובה בעוד חמש שנים. חוסר הוודאות הזה מתסכל אם אתה צריך לקבל החלטה עכשיו, אבל זה גם באמת מרגש. אנו חיים בשינוי האופן שבו העולם אוגר אנרגיה, וקצב החדשנות אינו מאט.