Năng lượng & Môi trường

Hệ thống lưu trữ năng lượng khí nén (CAES)

Hệ thống lưu trữ năng lượng khí nén (CAES)

Hệ thống lưu trữ năng lượng (ICAES) của SustainX

Lưu trữ năng lượng khí nén (CAES) sử dụng năng lượng dư thừa để nén không khí sau đó được lưu trữ trong một bể chứa dưới lòng đất. Sự nén của không khí sinh ra nhiệt. Không khí có thể được thoát ra lò đốt trong tuabin khí để tạo ra điện. Tất nhiên, mục tiêu, cùng với các hình thức lưu trữ năng lượng khác và các phương pháp tiếp cận khác như lưới điện thông minh và chiến lược giảm nhu cầu, là cung cấp một phương tiện trong đó năng lượng tái tạo không liên tục như năng lượng mặt trời và gió có thể tiếp quản từ nhiên liệu hóa thạch.

Hiện tại, việc lưu trữ năng lượng được thống trị bởi các ngân hàng pin, nhưng các hình thức lưu trữ năng lượng khác đang bắt đầu xuất hiện cùng với chúng. CAES là một trong số đó.

Hệ thống đầu tiên như vậy là một nhà máy công suất 290 MW được phát triển bởi E.ON-Kraftwerk tại Huntorf, Đức, vào năm 1978. Mục đích là giúp quản lý tải lưới bằng cách lưu trữ điện dưới dạng không khí có áp vào ban đêm khi nhu cầu thấp và giải phóng nó trở lại. khi nhu cầu tăng lên. Nhà máy vẫn đang hoạt động, được sử dụng để làm nguồn điện dự phòng. Không khí nén, cũng như một số hệ thống khác, được lưu trữ trong các hang muối dưới lòng đất, mất 8 giờ để lấp đầy với tốc độ 108 kg / giây. Khi cần điện trở lại, khí nén được giải phóng và đốt nóng bằng cách đốt cháy khí đốt tự nhiên. Sự giãn nở của không khí sẽ thúc đẩy một tuabin công suất 320 MW trong 2 giờ, sau đó các khoang này phải được nạp đầy lại. Mặc dù hầu hết các nhà máy CAES khác hoạt động theo cùng một nguyên tắc, nhưng họ có xu hướng tập trung bổ sung vào việc giữ lại nhiệt sinh ra trong quá trình nén, điều này làm tăng hiệu quả của toàn bộ nhà máy.

Có ba cách để đối phó với nhiệt sinh ra trong quá trình nén. Các nhà máy lưu trữ đoạn nhiệt giữ lại nhiệt và tái sử dụng nó để giải phóng khí nén, làm cho nhà máy hoạt động hiệu quả từ 70 đến 90%. Các nhà máy lưu trữ bệnh tiểu đường tản nhiệt vào khí quyển thông qua bộ làm mát nhiệt, với một nguồn nhiệt khác được sử dụng để giải phóng không khí cho các tuabin khi cần thiết. Cuối cùng, có các nhà máy lưu trữ đẳng nhiệt sử dụng bộ trao đổi nhiệt để cố gắng giữ cho nhiệt độ bên trong và bên ngoài bằng nhau. Nhiệt sinh ra trong quá trình nén lại được giải phóng vào khí quyển và một nguồn nhiệt khác được đưa vào khi không khí cần được giải phóng. Trong ba phương pháp này, hầu hết các công ty hiện đang cố gắng tìm cách giữ lại nhiệt lượng ban đầu được tạo ra bởi quá trình nén.

Gần đây, hai công ty lưu trữ năng lượng ở Bắc Mỹ, General Compression và NRStor, đã làm việc để phát triển một đề xuất lưu trữ năng lượng ở Ontario, với sự hỗ trợ từ một nhóm quản lý tài sản có tên là Northwater Capital Management. Mục đích của đề xuất CAES là giúp cung cấp giá trị cho những người thanh toán hóa đơn bằng cách sử dụng lưu trữ năng lượng để tích hợp năng lượng gió vào lưới điện và cũng bằng cách cho phép cân bằng tải, trong đó lưu trữ năng lượng vào ban đêm, khi nhu cầu giảm xuống, nhằm đưa năng lượng trở lại lên lưới điện vào buổi sáng, khi nhu cầu tăng trở lại. Điều này sẽ làm giảm nhu cầu về tuabin nhiên liệu hóa thạch.

Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Nâng cao Nén Chung (GCAES) đã được phát triển bởi General Compression, với một nguyên mẫu ở Gaines, Texas. Điều này được cung cấp bởi một tuabin gió công suất 2 MW và sử dụng một hang muối ngầm làm bể chứa không khí. Nó có thể cung cấp năng lượng 1,6 MW trong tối đa 150 giờ trước khi phải sạc lại.

Thật không may, nhiệt do hệ thống CAES tạo ra làm cho không khí nở ra, do đó làm cho việc nén trở thành một vấn đề. Hơn nữa, khi khí nén được giải phóng, nó sẽ nguội đi và điều này làm giảm lượng năng lượng có sẵn. Cũng có thể có vấn đề với sự tích tụ của băng. Việc đốt cháy khí tự nhiên có thể giải quyết vấn đề này bằng cách làm ấm không khí khử nén, nhưng việc này tốn kém và tạo ra carbon dioxide. Hệ thống GCAES giải quyết những vấn đề này bằng cách thu nhiệt và lưu trữ trong ao, sau đó nó được sử dụng để làm ấm không khí thoát ra trong chu kỳ sinh sản.

Các tính toán được thực hiện cho đến nay đã cho thấy chi phí lắp đặt cho bộ lưu trữ thời lượng dài chỉ bằng một phần mười chi phí lưu trữ pin lithium-ion.

Ấn tượng của nghệ sĩ về hệ thống CAES mà công ty Texas Apex CAES hiện đang làm việc để phát triển [Nguồn ảnh: CAES Apex]

Tại Ireland, công ty năng lượng tái tạo Ga Điện đang có kế hoạch xây dựng một cơ sở CAES trị giá 300 triệu bảng Anh mà họ sẽ phải xây dựng các hang muối ngầm mới. Kế hoạch này đã gây ra một số tranh cãi, với tuyên bố rằng công ty có thể sử dụng chúng để xử lý chất thải sau khi hoàn thành dự án. Những lo ngại khác đã được đưa ra về đề xuất bơm nước muối vào biển có thể tác động xấu đến sinh vật biển. Tuy nhiên, cũng có thể xảy ra trường hợp những lo ngại này đã được các nhà vận động chống năng lượng tái tạo địa phương xoa dịu ở một mức độ nào đó với tác động trực quan.

Công ty LightSail Energy của California cũng đang nghiên cứu CAES. Nhà đồng sáng lập kiêm nhà khoa học chính, Danielle Fong, cho biết mục tiêu của công ty cô là “sản xuất hệ thống lưu trữ năng lượng sạch nhất và tiết kiệm nhất trên thế giới”. LightSail Energy dự định làm điều này bằng cách thu nhiệt lượng dư thừa do quá trình nén tạo ra trước đây đã bị lãng phí. Cách tiếp cận của nó kết hợp một yếu tố lưu trữ năng lượng và các bể chứa áp suất cao cho khí tự nhiên và công nghiệp. Thiết bị lưu trữ năng lượng vẫn đang được phát triển nhưng công ty đang có kế hoạch bán các bồn chứa cho các công ty hậu cần phân phối và thu hồi khí tự nhiên cũng như cho các trạm tiếp nhiên liệu khí nén. Các bồn chứa tương tự sẽ được sử dụng trong sản phẩm lưu trữ năng lượng của công ty khi nó đã được phát triển hoàn chỉnh và sẵn sàng thương mại hóa. Doanh thu tăng lên từ các bể chứa khí tự nhiên cũng sẽ giúp tạo ra lợi nhuận và khả năng sản xuất cho giải pháp lưu trữ năng lượng.

LiGE đang phát triển một hệ thống lưu trữ năng lượng ngoài lưới, dựa trên CAES và được xây dựng bằng các thành phần tùy chỉnh. Chúng bao gồm các thiết bị điện tử trong phần mềm báo cáo và giám sát điều khiển, các bình chịu áp lực hỗn hợp được chế tạo theo yêu cầu 'không mỏi' và chống cháy nổ. Hệ thống cũng đo nhiệt, áp suất, độ rung, tốc độ dòng chảy, dòng điện, điện áp và một số biện pháp an ninh. Hệ thống lưu trữ được thiết kế để chống giả mạo, trong đó bất kỳ nỗ lực nào nhằm giả mạo nó sẽ làm hệ thống ngừng hoạt động và làm giảm áp suất. Cách duy nhất để mở lại hệ thống của thùng chứa đang giữ hệ thống là do kỹ thuật viên LiGE triệu tập từ trụ sở chính. Tương tự, chỉ các kỹ thuật viên của LiGE mới có thể duy trì và vận hành nó. Hệ thống này chủ yếu sử dụng nguồn điện được tạo ra từ năng lượng mặt trời. Điều này dẫn động một động cơ thủy lực để điều khiển một máy nén. Khí nén được lưu trữ trong các bình chứa khí và hoạt động ngược lại dẫn động một máy phát điện cung cấp năng lượng cho bất kỳ cơ sở nào mà hệ thống lưu trữ năng lượng đang phục vụ, có thể là nhà máy hoặc tòa nhà khác hoặc bất cứ thứ gì. LiGE ước tính hiệu quả của hệ thống vượt quá 90%. Ngoài việc phục vụ trong vai trò không nối lưới, nó cũng có thể được sử dụng để cung cấp điện liên tục.

Lưu trữ năng lượng, dưới bất kỳ hình thức nào, sẽ phải đóng một vai trò quan trọng trong mạng lưới năng lượng của chúng ta vì nhiều năng lượng được tạo ra từ các nguồn tái tạo. Ví dụ, người ta ước tính rằng Vương quốc Anh sẽ cần lưu trữ khoảng 200 GWh điện vào năm 2020. CAES ngày càng trông giống như nó có thể trở thành một phương pháp rất khả thi và được sử dụng thường xuyên để làm điều đó.


Xem video: TECH - Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải có dự trữ hiệu suất cao (Tháng MườI 2021).