长时储能降本路径——公司篇
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2024-09-23 08:30
日本
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编译：Ted
长时储能 (LDES) 可为零碳电力系统提供灵活性和可靠性。各种 LDES 技术都有望应用于电网系统，但都面临着一个重大障碍——成本。本报告量化了 10 种 LDES 技术的研发途径，以降低 LDES 成本。这10 种 LDES 技术涵盖四个储能技术系列：- 电化学储能：液流电池 (FB)、铅酸电池 (PbAs)、锂离子电池 (LIB)、钠 (Na) 电池、超级电容器和锌 (Zn) 电池
- 机械储能：压缩空气储能 (CAES) 和抽水蓄能水电 (PSH)
休斯顿，德克萨斯州 — Cryostone 的首创绝热低温储能技术改进了当前的空气储能技术，显著降低了系统空间并提高了往返效率 (RTE)。该技术能够快速充电和缓慢放电，适用于昼夜存储应用，具有低成本、独立于矿物且耐用的系统。这种新颖的设计使用传统的压缩和膨胀以及专有的直接接触 TES 系统，将当今 CAES 的效率提高一倍（1,000 MWh，30% RTE），而尺寸仅为其一小部分（1 MWh，>60% RTE）。此外，这种设计还能够快速充电和缓慢放电，适用于昼夜存储应用。② Electrified Thermal Solutions马萨诸塞州梅德福 — Electrified Thermal Solutions 创造了 Joule Hive™ 热电池，它使用新型导电耐火砖将可再生电力存储为零碳热能。砖砌储能系统是一种集电加热器、热存储和热交换于一体的一体化系统，可以为锅炉、熔炉和涡轮机等任何工业过程提供热气（如空气）。当向涡轮机输送热量时，Joule Hive™ 可以以 LIB 成本的一小部分再生 1 MW-200 MW 的电力，并根据需要延长储能时间。此外，这种多功能设计可以融入现有工艺，完全实现难以减排的工业部门脱碳，包括水泥、钢铁和化学品生产。加利福尼亚州圣巴巴拉 — Gravity Power LLC 开发的重力发电厂以 PSH 的成功为基础，创建了一个占地面积更小、往返效率更高的改进系统。重力发电厂用传统设备挖掘的深垂直竖井取代了水力发电水库。使用标准的水力涡轮机，该系统将水泵入压力水管并进入储能竖井，以提升大型钢壁活塞。根据需要，该活塞迫使水流回涡轮机以发电。尽管系统性能取决于工厂规模，但 Gravity Power 估计，该设计可以存储 200 MWh–6,400 MWh 并输出 50 MW–1,600 MW 的电力，为电网脱碳提供了一条途径。Gravity Power 具有 PSH 的所有优势（低平准化成本、高往返效率和电网稳定性），而且占地面积小、对环境的影响最小、易于选址。科罗拉多州洛夫兰 — KineticCore Solutions 开发了一种获得专利的全复合材料飞轮设计，支持长时间储能，是 LIB 的经济高效替代品。这种无化学物质的 Kinetic 电池系统拥有 25 年以上的使用寿命和无限的每日充电量，重量轻、体积小、模块化，易于部署和灵活扩展。KineticCore 在飞轮结构设计方面实现了革命性的飞跃，引入了椭圆形 3D 曲面复合结构，与使用相同材料制造的传统圆柱形飞轮系统相比，其速度提高了 240%，质量降低了 10 倍。这使得飞轮存储效率更高，系统成本显著降低。此外，与化学电池飞轮相比，KineticCore 碳飞轮设计不存在火灾或爆炸危险，并且完全可回收，以支持整个系统生命周期的脱碳。加利福尼亚州洛杉矶 — RCAM Technologies 的海洋抽水蓄能 (MPH) 储能是一种颠覆性的长时技术，它与海上可再生能源计划相结合，为沿海社区提供更可靠的电力。该设计采用与传统抽水蓄能相同的成熟工作原理，使用水力涡轮机将海水引入和引出海底的混凝土球体，以充电、储存和释放能量。RCAM 通过自动化 3D 混凝土打印降低了这些低成本、耐腐蚀球体的制造成本。MPH 系统的储能容量平均约为 20 MWh，具体取决于位置、大小和泵涡轮机组，但可以作为模块化吊舱互连以扩展储能容量。伊利诺伊州香槟市 — Cache Energy 发明了一种新型固体材料燃料，可以根据氧化钙和氢氧化物的可逆化学反应提供热化学储能。这种无毒、无爆炸性的材料可以在室温下安全储存和运输，以满足全国的能源需求，就像煤炭一样，但方式更清洁。Cache Energy 系统可以在没有特殊容器的情况下储存这些固体燃料颗粒，将材料在反应堆中来回移动。利用现有的化石燃料工厂基础设施和国内丰富的材料，Cache Energy 可以提供一种低成本、可扩展的能源解决方案，该解决方案可以扩展以提供数百小时的能源存储和供应。田纳西州诺克斯维尔 — NerG Solutions 以该团队之前与橡树岭国家实验室地面综合多样化能源存储 (GLIDES) 抽水蓄能水电系统合作的成功为基础。该提议的技术旨在利用抽水蓄能水电中化学反应的能量密度。结果是一个闭环混合机电化学存储系统，它将能量存储在金属氢化物材料的化学键中，并以液压涡轮机械捕获的液压水头形式释放能量。这种创新系统的能量密度为 20 kWh/m3（比 GLIDES 高约 20 倍），成本可能低于 20 美元/kWh。NerG 使用废弃材料设计了一个系统，不存在预期的环境、供应链或回收问题。加利福尼亚州阿拉米达 — Rondo 热电池使用间歇性风能和太阳能充电，以超过 98% 的总效率向工业设施提供高温、连续的热量、蒸汽或电力。电池设计使用电加热元件将电能转化为热辐射，将高炉砖加热到 1,500°C 的温度。这些传统材料已经使用多年，作为 Rondo Energy 新型系统的一部分，它们实现了高效、低成本且经过验证的储能系统。Rondo 热电池内的自动化专利控制装置可控制气流，以确保以空气或蒸汽的形式以精确所需的温度输送热量，从而为工业过程提供可靠的零排放能源。如今，工业排放占该国碳排放的 25% 以上。Rondo Heat 电池可减少 80% 以上的工业排放。单个 Rondo Heat 电池每年可减少约 45,000 吨二氧化碳，相当于 8,500 多辆电动汽车的二氧化碳减排量。休斯顿，德克萨斯州 — 热机械能存储 (THEMES) LLC 将闲置的气井重新用于热能和机械能存储系统，最初是在传统 CAES 方法上进行创新。我们独特的技术消除了对地表天然气的需求，提供了无碳 CAES 系统，同时通过闲置井利用盐水层进行存储。这不仅可以管理服务不足社区附近闲置井的过剩，还可以显著降低 CAES 存储成本。THEMES 的目标是通过利用石油和天然气承购客户，到 2030 年迅速在全国范围内建立 6 GWh（100+MW，12 小时）的发电量。在扩大规模和优化之后，THEMES 预计 100 MW 规模的存储成本可能低至 1 美元/千瓦时，到 2030 年，LCOS 为 0.05 美元/千瓦时。⑩ Thermal Battery Corporation马萨诸塞州剑桥 — Thermal Battery Corporation 将三项关键技术突破结合到一种新颖的长寿命 TES 系统设计中。该设计首先从任何来源获取电能并将其转化为高温热量，然后将其存储在 2,000°C 的廉价石墨块中。当需要能量时，通过机械方式将液态锡泵入碳管，将热量传递到电源块。在这里，高效热光伏电池将白热基础设施发出的光转换回电能。Thermal Battery Corporation 通过在整个系统中使用碳组件，消除了通常会导致腐蚀的材料相互作用。由此产生的热电池系统提供了低成本的储能解决方案（LCOS 低于 20 美元/千瓦时）和 50% 的往返效率。
