Rwyf wedi treulio llawer gormod o oriau yn plymio i mewntechnolegau storio ynni. Yn onest, trodd yr hyn a ddechreuodd fel chwilfrydedd am setiad batri fy nghymydog yn rhywbeth o obsesiwn. Felly dyma beth rydw i wedi'i ddarganfod-ac ymddiried ynof, fe wnaeth rhai o'r pethau hyn fy synnu.
Mae'r dirwedd wedi newid yn aruthrol. Bum mlynedd yn ôl, roeddem yn siarad yn y bôn am ïon lithiwm a hydro pwmpiedig. Dyna oedd hi. Nawr? Mae'r opsiynau bron yn llethol.
Y Stori Ion Lithiwm-
Mae pawb yn gwybod ion lithiwm. Eich ffôn, gliniadur, eich car mae'n debyg-mae ym mhobman. Ond dyma lle mae pethau'n dod yn ddiddorol ar gyfer cymwysiadau graddfa grid a chartref.
Mae'r dwysedd ynni yn rhyfeddol. Rydym yn sôn am 150-250 Wh/kg, sy'n golygu y gallwch chi bacio cynhwysedd storio difrifol yn unedau cymharol gryno. Cymharwch hynny ag asid plwm ar efallai 35-40 Wh/kg, a byddwch yn dechrau deall pam y cymerodd lithiwm-ion drosodd mor gyflym. Nid yw hyd yn oed yn agos.
Mae effeithlonrwydd taith rownd-oddeutu 85-95%. Mae hynny'n arwyddocaol. Am bob 100 kWh rydych chi'n ei roi i mewn, rydych chi'n cael 85-95 yn ôl allan. Mae'r ynni sy'n weddill yn dod yn wres, a dyna pam mae rheolaeth thermol mor bwysig yn y systemau hyn. Rwyf wedi gweld gosodiadau lle mae oeri gwael wedi lleihau effeithlonrwydd 10-15 pwynt canran. Camgymeriad drud.
Mae bywyd beicio yn amrywio'n fawr yn dibynnu ar gemeg a phatrymau defnydd. Gall celloedd LFP (ffosffad haearn lithiwm) daro 4,000-6,000 o gylchoedd ar 80% o ddyfnder rhyddhau. Cemeg yr NMC? Mwy fel 1,500-2,000 o dan amodau tebyg. Mae'r gwahaniaeth hwnnw'n bwysig pan fyddwch chi'n cyfrifo gwerth oes.
Mae'r gromlin ddiraddio yn rhywbeth nad yw gweithgynhyrchwyr bob amser yn ei bwysleisio. Rydych chi'n colli tua 2-3% o gapasiti y flwyddyn hyd yn oed gyda'r defnydd gorau posibl. Ar ôl degawd, mae'r batri 10 kWh hwnnw mewn gwirionedd yn batri 8 kWh. Cynlluniwch yn unol â hynny.
Batris Llif: Yr Opsiwn nas Gwerthfawrogir
Byddaf yn cyfaddef fy mod wedi tanamcangyfrif batris llif ers blynyddoedd. Ymddangos fel technoleg arbenigol na fyddai byth yn graddio mewn gwirionedd. Roeddwn i'n anghywir.
Mae'r cysyniad yn gain: dau ddatrysiad electrolyte wedi'u storio mewn tanciau ar wahân, wedi'u pwmpio trwy bentwr cell lle maen nhw'n cyfnewid ïonau ar draws pilen. Mae allbwn pŵer yn dibynnu ar faint y pentwr. Mae cynhwysedd ynni yn dibynnu ar faint y tanc. Gallwch eu graddio'n annibynnol-sy'n wirioneddol ddefnyddiol ar gyfer rhaglenni penodol.
Mae batris llif rhydocs fanadiwm (VRFBs) yn dominyddu'r farchnad fasnachol ar hyn o bryd. Mae effeithlonrwydd tripio crwn yn is nag ïon lithiwm yn nodweddiadol 65-75%{6}}ond dyma'r peth: nid yw'r electrolyt yn diraddio'r ffordd y mae electrodau lithiwm-ion yn ei wneud. Mae rhai gweithgynhyrchwyr yn hawlio 20,000+ o gylchredau gydag ychydig iawn o golled cynhwysedd. Gellir ailgylchu'r electrolyte ei hun bron am gyfnod amhenodol.
Mae'r ôl troed yn sylweddol serch hynny. Mae angen lle arnoch ar gyfer tanciau, pympiau, y pentwr cell, systemau oeri. Ar gyfer gosodiadau ar raddfa cyfleustodau - sydd â 4+ gofynion hyd awr, mae'r economeg yn dechrau edrych yn ddeniadol. Ar gyfer preswyl? Ddim yn ymarferol. O leiaf ddim eto.
Pwmpio Hydro: Still the Giant
Dyma lle mae angen i mi dreulio peth amser, oherwydd mae hydro wedi'i bwmpio yn cael ei anwybyddu mewn trafodaethau ffasiynol ar storio ynni, ac mae hynny'n gamgymeriad.
Yn fyd-eang, mae hydro pwmpiedig yn cynrychioli tua 95% o gapasiti storio ynni ar raddfa grid. Gadewch i hynny suddo i mewn. Mae'r holl benawdau lithiwm-ion, yr holl ddatganiadau i'r wasg batri llif-yn cystadlu am y 5% sy'n weddill. Mae’r niferoedd yn syfrdanol: dros 160 GW o gapasiti hydro wedi’i bwmpio ledled y byd, gan storio ynni wedi’i fesur yn y cannoedd o GWh.
Ni allai'r egwyddor fod yn symlach. Pwmpiwch ddŵr i fyny'r allt pan fo trydan yn rhad neu'n helaeth. Gadewch iddo lifo'n ôl i lawr trwy dyrbinau pan fydd angen pŵer arnoch. Egni potensial disgyrchiant, wedi'i storio a'i ryddhau. Dim deunyddiau egsotig, dim cemeg gymhleth, dim pryderon diraddio yn yr ystyr traddodiadol.
Mae effeithlonrwydd taith crwn-yn amrywio o 70-85%, yn dibynnu ar ddyluniad y gosodiad. Ddim mor uchel ag ïon lithiwm, ond yn gystadleuol gyda batris llif. A dyma beth sy'n bwysig: mae'r systemau'n para. Mae Gorsaf Bwmpio Storio Caerfaddon yn Virginia wedi bod yn gweithredu ers 1985. Bron i bedwar degawd o weithrediad dibynadwy. Ceisiwch ddod o hyd i batri 40-mlwydd-oed sy'n dal i weithio.
Mae'r amser ymateb wedi gwella'n aruthrol gyda-pwmp cyflymder-dyrbinau amrywiol. Gall gosodiadau modern fynd o sero i allbwn llawn mewn llai na dau funud. Mae hynny'n ddigon cyflym ar gyfer y rhan fwyaf o anghenion sefydlogi grid.
Y cyfyngiad amlwg yw daearyddiaeth. Mae angen gwahaniaeth drychiad a dŵr arnoch chi. Mae llawer o safleoedd addas eisoes wedi'u datblygu mewn lleoedd fel Norwy, y Swistir, a rhannau o'r Unol Daleithiau. Ond-ac mae hyn yn hynod ddiddorol-mae diddordeb cynyddol mewn systemau dolen gaeedig nad ydynt yn dibynnu ar gyrff dŵr naturiol. Mwyngloddiau wedi'u gadael,-cronfeydd dŵr pwrpasol, hyd yn oed ceudyllau tanddaearol.
Mae costau adeiladu yn parhau i fod yn uchel. Rydym yn sôn am biliynau o ddoleri ar gyfer gosodiadau mawr a chaniatáu llinellau amser wedi'u mesur mewn blynyddoedd, weithiau degawdau. Y blaen{2}}buddsoddiad hwnnw yw'r prif rwystr i ddatblygiadau newydd, nid cyfyngiadau technegol.
Aer Cywasgedig
CAES-storio ynni aer cywasgedig. Dim ond dwy ffatri ar raddfa fawr sy'n gweithredu ar hyn o bryd: Huntorf yn yr Almaen (ers 1978) a McIntosh yn Alabama (ers 1991). Mae'r ddau yn defnyddio ceudyllau halen tanddaearol. Mae effeithlonrwydd tua 40-50% ar gyfer dyluniadau adiabatig traddodiadol, er bod dulliau isothermol uwch yn addo 70%+. Technoleg ddiddorol, defnydd cyfyngedig. Symud ymlaen.
Y Cwestiwn Hydrogen
Rwy'n mynd yn ôl ac ymlaen ar hydrogen. Rhai dyddiau dwi'n meddwl mai dyna yw dyfodol-storfa hir. Dyddiau eraill, mae'r colledion effeithlonrwydd yn ymddangos yn anorchfygol.
Dyma'r mathemateg sylfaenol sy'n baglu pobl. Mae electrolysis yn rhedeg ar tua 60-80% o effeithlonrwydd. Mae cywasgu neu hylifiad yn cymryd darn arall o egni. Pan fyddwch chi'n trosi yn ôl i drydan trwy gell danwydd, rydych chi'n edrych ar effeithlonrwydd efallai 40-60%. Pentyrrwch y rheini gyda'i gilydd ac mae effeithlonrwydd taith gron yn glanio rhywle rhwng 25-45%. Dyw hynny ddim yn wych.
Ond nid effeithlonrwydd yw popeth. Mae hydrogen yn cynnig rhywbeth na all technolegau eraill: storio gwirioneddol dymhorol heb ddiraddio. Cynhyrchu hydrogen yn yr haf pan fydd allbwn solar ar ei uchaf, ei storio mewn ceudyllau neu danciau tanddaearol, a'i ddefnyddio yn y gaeaf pan fydd y galw'n cynyddu. Byddai'r electrolyte mewn batri llif yn dal i weithio ar ôl chwe mis o eistedd yn segur, yn sicr, ond hydrogen yn unig ... yn eistedd yno. Dim pryderon hunan-ryddhau.
Y fantais arall yw amlochredd. Gall hydrogen wedi'i storio ddod yn drydan eto, ie. Ond gall hefyd fwydo prosesau diwydiannol, tanwydd cerbydau, neu gynhyrchu gwres. Mae gan yr opsiwn hwnnw werth gwirioneddol, hyd yn oed os yw'n anodd ei fesur.
Nodyn Cyflym ar Flywheels
Bron anghofio flywheels. Maent yn storio egni cinetig mewn rotor troelli-fel arfer cyfansoddion ffibr carbon yn rhedeg mewn gwactod i leihau ffrithiant. Mae amser ymateb yn y bôn ar unwaith, sy'n eu gwneud yn berffaith ar gyfer rheoleiddio amlder. Ond mae gallu ynni yn gyfyngedig. Rydych chi'n edrych ar funudau storio, nid oriau. Mae Beacon Power yn gweithredu cyfleuster 20 MW yn Efrog Newydd sy'n rheoli amledd yn hyfryd. Ar gyfer storio swmp? Edrych yn rhywle arall.
Storio Thermol yn Diddorol
Halen tawdd, tywod wedi'i gynhesu, hylifau cryogenig, rhew-mae mwy o amrywiaeth yma nag y mae pobl yn ei sylweddoli.
Mae gweithfeydd pŵer solar crynodedig wedi defnyddio storfa halen tawdd ers blynyddoedd. Gall gwaith Gemasolar yn Sbaen gynhyrchu trydan am hyd at 15 awr heb olau haul uniongyrchol gan ddefnyddio gwres sy'n cael ei storio mewn halwynau nitrad tawdd tua 565 gradd. Mae'n dechnoleg profedig.
Yr hyn sy'n fy nghyffroi yn ddiweddar yw storio tywod a graean wedi'i gynhesu. Mae'r systemau hyn yn defnyddio deunyddiau rhad, toreithiog a all wrthsefyll tymereddau uwch na 1000 gradd. Dim cadwyni cyflenwi egsotig i boeni amdanynt. Adeiladodd cwmni o'r Ffindir o'r enw Polar Night Energy fatri tywod 100 MWh sydd wedi bod yn gweithredu'n fasnachol ers 2022. Mae effeithlonrwydd tripio crwn yn is efallai 50{9}60% ar gyfer trydan i drydan - ond os mai gwresogi yw eich prif raglen, gallwch daro {1390}
Mae storio rhew ar gyfer cymwysiadau oeri yn haeddu sôn hefyd. Gwnewch iâ yn y nos pan fydd trydan yn rhad, defnyddiwch ef ar gyfer aerdymheru yn ystod oriau brig y prynhawn. Syml, effeithiol, ac eisoes wedi'i leoli mewn miloedd o adeiladau masnachol. Ddim yn glamorous, ond mae'n gweithio.
Felly Sut Ydyn nhw'n Cymharu Mewn Gwirionedd?
Yr ateb gonest yw: mae'n dibynnu ar yr hyn yr ydych yn ceisio ei wneud. Rwy'n casáu'r ateb hwnnw, ond mae'n wir.
Gofynion Hyd
Ar gyfer is{0}}ail ymateb ac-anghenion hyd byr (eiliadau i funudau), mae olwynion hedfan a chynwysyddion uwch yn dominyddu. Maent yn ddrud fesul kWh ond yn ddiguro o ran cyflymder. Mae ïon lithiwm yn trin y ffenestr 1-4 awr yn hynod o dda - dyma lle mae'r rhan fwyaf o leoliadau preswyl a masnachol yn byw. Unwaith y byddwch chi'n gwthio heibio 8-10 awr, mae batris hydro a llif yn dod yn fwy darbodus. Ar gyfer storio tymhorol sy'n ymestyn dros wythnosau neu fisoedd, hydrogen yw'r unig opsiwn ymarferol ar hyn o bryd.
Realiti Cost
Mae costau pecyn ïon lithiwm wedi plymio-o tua $1,100/kWh yn 2010 i tua $140/kWh yn 2024. Mae hynny'n taflwybr syfrdanol. Ond dim ond rhan o'r hafaliad yw costau batri. Cydbwysedd y system, gosod, rhyng-gysylltu grid, caniatáu-y "costau meddal" hyn yn dominyddu cyllidebau prosiectau yn gynyddol. Gallai system breswyl 100 kWh gostio $20,000-35,000 wedi'i gosod, yn dibynnu'n helaeth ar leoliad a rheoliadau lleol.
Pwmp hydro sydd â'r gost storio wedi'i lefelu isaf ar gyfer cymwysiadau hir, fel arfer $50-80/MWh dros oes y prosiect. Y daliad yw'r gofyniad cyfalaf ymlaen llaw y soniais amdano yn gynharach. Mae angen buddsoddwyr amyneddgar arnoch chi.
Mae batris llif yn dal yn ddrud-efallai $300-500/kWh ar gyfer systemau cyflawn - ond mae'r oes hirach yn newid y mathemateg ar gostau wedi'u lefelu. Os yw eich cais yn gofyn am 10,{5}} cylch dros 20 mlynedd, rhedwch y rhifau yn ofalus.
Ystyriaethau Amgylcheddol
Dyma lle dwi'n cael ychydig o bregethu, sori. Mae gweithgynhyrchu ïon lithiwm yn cael effeithiau amgylcheddol gwirioneddol-amodau mwyngloddio cobalt, defnydd dŵr echdynnu lithiwm, diwedd{3}}heriau ailgylchu bywyd. Rydyn ni'n gwella ar bob un o'r rhain, ond mae esgus bod batris yn berffaith lân yn naïf. Mae hydro wedi'i bwmpio yn newid tirweddau ac ecosystemau, er bod dyluniadau dolen gaeedig yn lleihau effeithiau. Nid yw hydrogen o electrolysis ond mor lân â'r trydan sy'n ei bweru. Mae'r cyfaddawdau hyn yn bwysig ac yn haeddu trafodaeth onest.
Yr hyn y byddwn yn ei argymell mewn gwirionedd
Ar gyfer y rhan fwyaf o gartrefi a busnesau bach? Lithiwm-ion, yn benodol cemeg LFP. Mae'r dechnoleg yn aeddfed, mae gosodwyr yn ei deall, ac mae prisiau wedi dod yn wirioneddol resymol. Parwch ef â solar to ac mae gennych system a fydd yn eich gwasanaethu'n dda am 10-15 mlynedd.
Ar gyfer{0}}prosiectau graddfa grid gyda 4+ gofynion hyd awr, mae'r sgwrs yn dod yn fwy diddorol. Byddwn yn gwerthuso batris llif o ddifrif ochr yn ochr â ïon lithiwm, yn enwedig os yw'r cais yn gofyn am gyfrif cylchol uchel. A pheidiwch â diystyru hydro wedi'i bwmpio dim ond oherwydd ei fod yn swnio'n hen-ffasiwn-lle mae daearyddiaeth yn caniatáu hynny, yn aml dyma'r buddsoddiad hirdymor gorau.
Cadwch lygad ar dechnolegau newydd hefyd. Mae batris ïon sodiwm yn cyrraedd hyfywedd masnachol a gallent danseilio cost ïon lithiwm o fewn ychydig flynyddoedd. Mae batris aer haearn yn cynnig dwysedd egni rhyfeddol ar gyfer cymwysiadau hir. Mae storio disgyrchiant gan ddefnyddio blociau solet yn lle dŵr yn cael ei fasnacheiddio.
Mae'r dirwedd yn datblygu'n gyflym. Efallai nad yr hyn sy'n edrych yn optimaidd heddiw yw'r ateb mewn pum mlynedd. Mae'r ansicrwydd hwnnw'n rhwystredig os oes angen i chi wneud penderfyniad nawr, ond mae hefyd yn wirioneddol gyffrous. Rydym yn byw trwy drawsnewidiad yn y ffordd y mae'r byd yn storio ynni, ac nid yw cyflymder arloesi yn arafu.