Magazynowanie energii kriogenicznej
Kriogeniczne magazynowanie energii ( CES ) to wykorzystanie cieczy o niskiej temperaturze ( kriogenicznych ), takich jak ciekłe powietrze lub ciekły azot do magazynowania energii. Technologia ta jest wykorzystywana przede wszystkim do magazynowania energii elektrycznej na dużą skalę . Po elektrowniach demonstracyjnych na skalę sieci, w Wielkiej Brytanii budowana jest obecnie elektrownia komercyjna o mocy 250 MWh, aw USA planowany jest magazyn o mocy 400 MWh.
Magazynowanie energii sieciowej
Proces
Kiedy jest taniej (zwykle w nocy), energia elektryczna jest wykorzystywana do schładzania powietrza z atmosfery do temperatury -195 °C za pomocą cyklu Claude'a do punktu, w którym następuje skraplanie. Ciekłe powietrze, które zajmuje jedną tysięczną objętości gazu, może być przechowywane przez długi czas w dużej kolbie próżniowej pod ciśnieniem atmosferycznym . W okresach dużego zapotrzebowania na energię elektryczną płynne powietrze pompowane jest pod wysokim ciśnieniem do wymiennika ciepła , który pełni funkcję kotła. Powietrze z atmosfery o temperaturze otoczenia lub gorąca woda z przemysłowego źródła ciepła służy do podgrzania cieczy i przekształcenia jej z powrotem w gaz. Ogromny wzrost objętości i ciśnienia jest wykorzystywany do napędzania turbiny do wytwarzania energii elektrycznej.
Efektywność
W izolacji proces jest wydajny tylko w 25%, ale zwiększa się do około 50%, gdy jest używany z chłodnią niskiej jakości, taką jak duże złoże żwiru, w celu wychwytywania zimna wytwarzanego przez odparowanie kriogenu. Zimno jest ponownie wykorzystywane podczas następnego cyklu chłodzenia.
Wydajność jest dodatkowo zwiększona, gdy jest używana w połączeniu z elektrownią lub innym źródłem ciepła niskiej jakości , które w przeciwnym razie zostałoby utracone do atmosfery. Highview Power zapewnia wydajność w obie strony na poziomie 70% przy wykorzystaniu źródła ciepła odpadowego o temperaturze 115°C. IMechE (Institution of Mechanical Engineers) zgadza się, że te szacunki dla zakładu na skalę komercyjną są realistyczne . Liczba ta nie została jednak sprawdzona ani potwierdzona przez niezależne instytucje zawodowe.
Zalety
System oparty jest na sprawdzonej technologii, bezpiecznie stosowanej w wielu procesach przemysłowych i nie wymaga do produkcji żadnych szczególnie rzadkich elementów ani drogich komponentów. Dr Tim Fox, szef ds. Energii w IMechE, mówi: „Wykorzystuje standardowe komponenty przemysłowe – co zmniejsza ryzyko handlowe; będzie działać przez dziesięciolecia i można go naprawić za pomocą klucza”.
Aplikacje
Ekonomia
Technologia jest ekonomiczna tylko wtedy, gdy w czasie występują duże wahania hurtowej ceny energii elektrycznej. Zwykle będzie to sytuacja, w której trudno jest zmieniać wytwarzanie w odpowiedzi na zmieniający się popyt. W ten sposób technologia uzupełnia rosnące źródła energii, takie jak wiatr i słońce, i umożliwia większą penetrację takich odnawialnych źródeł energii w koszyku energetycznym. Jest mniej przydatny tam, gdzie energia elektryczna jest dostarczana głównie przez wytwarzanie dyspozycyjne , takie jak elektrownie cieplne opalane węglem lub gazem lub elektrownie wodne.
Instalacje kriogeniczne mogą również świadczyć usługi sieciowe, w tym równoważenie sieci, wsparcie napięcia, odpowiedź częstotliwościową i bezwładność synchroniczną.
Lokalizacje
W przeciwieństwie do innych technologii magazynowania energii na skalę sieci, które wymagają określonych lokalizacji geograficznych, takich jak zbiorniki górskie ( elektrownia szczytowo-pompowa ) lub podziemne jaskinie solne ( magazynowanie energii na sprężone powietrze ), kriogeniczna elektrownia magazynująca energię może być zlokalizowana niemal wszędzie.
Aby osiągnąć największą wydajność, instalacja kriogeniczna powinna być zlokalizowana w pobliżu źródła ciepła niskiej jakości, które w przeciwnym razie zostałoby utracone do atmosfery. Często byłaby to elektrownia cieplna, od której można by oczekiwać, że będzie również wytwarzać energię elektryczną w okresach szczytowego zapotrzebowania i najwyższych cen. Atutem jest również kolokacja ze źródłem niewykorzystanego chłodu, jakim jest instalacja regazyfikacji LNG.
Demonstratory w skali siatki
Zjednoczone Królestwo
W kwietniu 2014 r. rząd Wielkiej Brytanii ogłosił, że przekazał firmie Viridor i Highview Power 8 milionów funtów na sfinansowanie kolejnego etapu demonstracji. W kwietniu 2018 r. uruchomiono instalację demonstracyjną w skali siatki na składowisku odpadów Pilsworth w Bury, Greater Manchester , Wielka Brytania . ma pojemność do 15 MWh i może generować szczytowe zasilanie 5 MW (więc po pełnym naładowaniu wystarcza na trzy godziny z maksymalną mocą) i jest zaprojektowany na 40 lat eksploatacji.
Stany Zjednoczone
W 2019 roku Fundusz Czystej Energii Departamentu Handlu Stanu Waszyngton ogłosił, że zapewni dotację, aby pomóc Tacoma Power partnerowi z Praxair zbudować magazyn energii w ciekłym powietrzu o mocy 15 MW / 450 MWh. Będzie przechowywać do 850 000 galonów ciekłego azotu, aby pomóc zrównoważyć obciążenia energetyczne.
Zakłady komercyjne
Zjednoczone Królestwo
W październiku 2019 roku firma Highview Power ogłosiła, że planuje budowę komercyjnej elektrowni o mocy 50 MW / 250 MWh w Carrington w hrabstwie Greater Manchester . Budowa rozpoczęła się w listopadzie 2020 r., a komercyjna eksploatacja planowana jest na 2022 r. Elektrownia o mocy 250 MWh dorównuje pojemnością największej istniejącej baterii litowo-jonowej na świecie, obiektu Gateway Energy Storage w Kalifornii. W listopadzie 2022 r. Highview Power oświadczył, że nadal próbuje zebrać pieniądze „na budowę elektrowni magazynowej w Carrington o mocy 30 megawatów i mogącej przechowywać 300 megawatogodzin energii elektrycznej”, której uruchomienie zaplanowano na „koniec 2024 r.”.
Stany Zjednoczone
W grudniu 2019 roku firma Highview ogłosiła plany budowy elektrowni o mocy 50 MW w północnym Vermont, z proponowanym obiektem zdolnym do magazynowania energii przez osiem godzin, o pojemności 400 MWh.
Chile
W czerwcu 2021 roku firma Highview ogłosiła, że buduje elektrownię magazynową o mocy 50 MW / 500 MWh w regionie Atacama w Chile.
Historia
Transport
Zarówno ciekłe powietrze, jak i ciekły azot były eksperymentalnie wykorzystywane do napędzania samochodów. W latach 1899-1902 budowano samochód napędzany ciekłym powietrzem o nazwie Liquid Air , ale nie mógł on wówczas konkurować wydajnością z innymi silnikami.
Niedawno zbudowano pojazd z ciekłym azotem . Peter Dearman, wynalazca warsztatowy w Hertfordshire w Wielkiej Brytanii, który początkowo opracował samochód napędzany ciekłym powietrzem, a następnie wykorzystał tę technologię jako magazyn energii w sieci . płyn wymiany ciepła wewnątrz cylindra silnika.
Piloty magazynowania energii elektrycznej
W 2010 roku technologia została wdrożona pilotażowo w brytyjskiej elektrowni. pilotażowy system energii kriogenicznej o mocy 300 kW, 2,5 MWh, opracowany przez naukowców z University of Leeds i Highview Power, który wykorzystuje ciekłe powietrze (po usunięciu CO 2 i wody, ponieważ stałyby się one stałe w temperaturze przechowywania) jako magazyn energii, i niskogatunkowe ciepło odpadowe w celu zwiększenia termicznej ponownej ekspansji powietrza, eksploatowane w elektrowni na biomasę o mocy 80 MW w Slough w Wielkiej Brytanii od 2010 do 2014 r., kiedy to przeniesiono ją na uniwersytet w Birmingham. Sprawność jest mniejsza niż 15% ze względu na zastosowane komponenty sprzętowe o niskiej sprawności, ale inżynierowie celują w wydajność około 60% dla następnej generacji CES w oparciu o doświadczenia operacyjne tego systemu.