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वाणिज्यिक ऊर्जा भंडारण सिंहावलोकन

08 जनवरी, 2022

By hoppt

ऊर्जा भंडारण

नवीकरणीय ऊर्जा कार्बन तटस्थता की दीर्घकालिक योजना का एक अनिवार्य हिस्सा है। नियंत्रणीय परमाणु संलयन, अंतरिक्ष खनन और जलविद्युत संसाधनों के बड़े पैमाने पर परिपक्व विकास के बावजूद, जिनके पास अल्पावधि में वाणिज्यिक मार्ग नहीं है, पवन ऊर्जा और सौर ऊर्जा वर्तमान में सबसे आशाजनक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत हैं। फिर भी, वे पवन और प्रकाश संसाधनों द्वारा सीमित हैं। ऊर्जा भंडारण भविष्य के ऊर्जा उपयोग का एक अनिवार्य हिस्सा होगा। इस लेख और उसके बाद के लेखों में बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियां शामिल होंगी, जो मुख्य रूप से कार्यान्वयन मामलों पर केंद्रित होंगी।

हाल के वर्षों में, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के तेजी से निर्माण ने कुछ पिछले डेटा को अब उपयोगी नहीं बना दिया है, जैसे "संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण 440MW की कुल स्थापित क्षमता के साथ दूसरे स्थान पर है, और सोडियम-सल्फर बैटरी कुल क्षमता पैमाने के साथ तीसरे स्थान पर है। 440 मेगावाट का। 316 मेगावाट" आदि। इसके अलावा, यह खबर कि हुआवेई ने 1300 मेगावाट के साथ दुनिया की "सबसे बड़ी" ऊर्जा भंडारण परियोजना पर हस्ताक्षर किए हैं, जबरदस्त है। हालाँकि, मौजूदा आंकड़ों के अनुसार, 1300MWh विश्व स्तर पर सबसे महत्वपूर्ण ऊर्जा भंडारण परियोजना नहीं है। केंद्रीय सबसे बड़ी ऊर्जा भंडारण परियोजना पंप भंडारण से संबंधित है। नमक ऊर्जा भंडारण जैसी भौतिक ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के लिए, इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण के मामले में, 1300MWh सबसे महत्वपूर्ण परियोजना नहीं है (यह सांख्यिकीय क्षमता का मामला भी हो सकता है)। मॉस लैंडिंग एनर्जी स्टोरेज सेंटर की वर्तमान क्षमता 1600MWh (दूसरे चरण में 1200MWh, दूसरे चरण में 400MWh सहित) तक पहुंच गई है। फिर भी, हुआवेई के प्रवेश ने मंच पर ऊर्जा भंडारण उद्योग को सुर्खियों में ला दिया है।

वर्तमान में, व्यावसायीकृत और संभावित ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों को यांत्रिक ऊर्जा भंडारण, तापीय ऊर्जा भंडारण, विद्युत ऊर्जा भंडारण, रासायनिक ऊर्जा भंडारण और विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण में वर्गीकृत किया जा सकता है। भौतिकी और रसायन विज्ञान मूलतः एक ही हैं, तो आइए फिलहाल उन्हें अपने पूर्ववर्तियों की सोच के अनुसार वर्गीकृत करें।

  1. यांत्रिक ऊर्जा भंडारण/थर्मल भंडारण और शीत भंडारण

ऊर्जा संग्रहण:

दो ऊपरी और निचले जलाशय हैं, ऊर्जा भंडारण के दौरान ऊपरी जलाशय में पानी पंप करते हैं और बिजली उत्पादन के दौरान निचले जलाशय में पानी निकालते हैं। तकनीक परिपक्व है. 2020 के अंत तक, पंप भंडारण क्षमता की वैश्विक स्थापित क्षमता 159 मिलियन किलोवाट थी, जो कुल ऊर्जा भंडारण क्षमता का 94% है। वर्तमान में, मेरे देश ने कुल 32.49 मिलियन किलोवाट पंप भंडारण बिजली स्टेशनों को परिचालन में लाया है; निर्माणाधीन पंप भंडारण बिजली स्टेशनों का पूरा पैमाना 55.13 मिलियन किलोवाट है। निर्मित और निर्माणाधीन दोनों के पैमाने पर दुनिया में पहले स्थान पर है। एक ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन की स्थापित क्षमता हजारों मेगावाट तक पहुंच सकती है, वार्षिक बिजली उत्पादन कई अरब किलोवाट तक पहुंच सकता है, और ब्लैक स्टार्ट गति कुछ मिनटों के क्रम पर हो सकती है। वर्तमान में, चीन में संचालित सबसे बड़े ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन, हेबेई फेंगिंग पंप्ड स्टोरेज पावर स्टेशन की स्थापित क्षमता 3.6 मिलियन किलोवाट और वार्षिक बिजली उत्पादन क्षमता 6.6 बिलियन kWh है (जो 8.8 बिलियन kWh अतिरिक्त बिजली को अवशोषित कर सकता है)। लगभग 75% की दक्षता के साथ)। ब्लैक प्रारंभ समय 3-5 मिनट। हालाँकि पंप्ड स्टोरेज को आम तौर पर सीमित साइट चयन, लंबे निवेश चक्र और महत्वपूर्ण निवेश के नुकसान के रूप में माना जाता है, फिर भी यह सबसे परिपक्व तकनीक, सबसे सुरक्षित संचालन और सबसे कम लागत वाला ऊर्जा भंडारण साधन है। राष्ट्रीय ऊर्जा प्रशासन ने पंप भंडारण (2021-2035) के लिए मध्यम और दीर्घकालिक विकास योजना जारी की है।

2025 तक, पंप भंडारण का कुल उत्पादन पैमाना 62 मिलियन किलोवाट से अधिक होगा; 2030 तक, पूर्ण उत्पादन पैमाना लगभग 120 मिलियन किलोवाट होगा; 2035 तक, एक आधुनिक पंप भंडारण उद्योग का गठन किया जाएगा जो नई ऊर्जा के उच्च अनुपात और बड़े पैमाने पर विकास की जरूरतों को पूरा करेगा।

हेबेई फेंगिंग पंप्ड स्टोरेज पावर स्टेशन - निचला जलाशय

संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण:

जब बिजली का भार कम होता है, तो हवा को संपीड़ित किया जाता है और बिजली द्वारा संग्रहीत किया जाता है (आमतौर पर भूमिगत नमक गुफाओं, प्राकृतिक गुफाओं आदि में रखा जाता है)। जब बिजली की खपत चरम पर होती है, तो बिजली पैदा करने के लिए जनरेटर चलाने के लिए उच्च दबाव वाली हवा छोड़ी जाती है।

संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण

संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण को आम तौर पर पंप भंडारण के बाद जीडब्ल्यू-स्केल बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए दूसरी सबसे उपयुक्त तकनीक माना जाता है। फिर भी, यह पंपयुक्त भंडारण की तुलना में अपनी अधिक कठोर साइट चयन शर्तों, उच्च निवेश लागत और ऊर्जा भंडारण दक्षता के कारण सीमित है। कम, संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण की व्यावसायिक प्रगति धीमी है। इस वर्ष (2021) के सितंबर तक, मेरे देश की पहली बड़े पैमाने की संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण परियोजना - जियांग्सू जिन्तान साल्ट केव संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण राष्ट्रीय परीक्षण प्रदर्शन परियोजना, अभी ग्रिड से जुड़ी है। परियोजना के पहले चरण की स्थापित क्षमता 60 मेगावाट है, और बिजली रूपांतरण दक्षता लगभग 60% है; परियोजना का दीर्घकालिक निर्माण पैमाना 1000MW तक पहुंच जाएगा। अक्टूबर 2021 में, मेरे देश द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित की गई पहली 10 मेगावाट की उन्नत संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण प्रणाली को बिजी, गुइझोउ में ग्रिड से जोड़ा गया था। यह कहा जा सकता है कि कॉम्पैक्ट वायु ऊर्जा भंडारण की व्यावसायिक सड़क अभी शुरू हुई है, लेकिन भविष्य आशाजनक है।

जिंतन संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण परियोजना।

पिघला हुआ नमक ऊर्जा भंडारण:

पिघला हुआ नमक ऊर्जा भंडारण, आम तौर पर सौर तापीय विद्युत उत्पादन के साथ मिलकर, सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करता है और पिघले हुए नमक में गर्मी संग्रहीत करता है। बिजली पैदा करते समय, पिघले हुए नमक की गर्मी का उपयोग बिजली पैदा करने के लिए किया जाता है, और उनमें से अधिकांश टरबाइन जनरेटर को चलाने के लिए भाप उत्पन्न करते हैं।

पिघला हुआ नमक ताप भंडारण

उन्होंने चीन के सबसे बड़े सौर तापीय विद्युत स्टेशन में हाई-टेक डुनहुआंग 100MW पिघला हुआ नमक टॉवर सौर तापीय विद्युत स्टेशन चिल्लाया। बड़ी स्थापित क्षमता वाली डेलिंगा 135 मेगावाट सीएसपी परियोजना का निर्माण शुरू हो गया है। इसका ऊर्जा भंडारण समय 11 घंटे तक पहुंच सकता है। परियोजना का कुल निवेश 3.126 बिलियन युआन है। इसे 30 सितंबर, 2022 से पहले आधिकारिक तौर पर ग्रिड से जोड़ने की योजना है और यह हर साल लगभग 435 मिलियन kWh बिजली पैदा कर सकता है।

डुनहुआंग सीएसपी स्टेशन

भौतिक ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों में फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारण, शीत भंडारण ऊर्जा भंडारण आदि शामिल हैं।

  1. विद्युत ऊर्जा भंडारण:

सुपरकैपेसिटर: इसकी कम ऊर्जा घनत्व (नीचे देखें) और गंभीर स्व-निर्वहन द्वारा सीमित, इसका उपयोग वर्तमान में केवल वाहन ऊर्जा पुनर्प्राप्ति, तात्कालिक पीक शेविंग और वैली फिलिंग की एक छोटी श्रृंखला में किया जाता है। विशिष्ट अनुप्रयोग शंघाई यांगशान डीपवाटर पोर्ट हैं, जहां 23 क्रेनें पावर ग्रिड पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती हैं। पावर ग्रिड पर क्रेन के प्रभाव को कम करने के लिए, एक 3MW/17.2KWh सुपरकैपेसिटर ऊर्जा भंडारण प्रणाली को बैकअप स्रोत के रूप में स्थापित किया गया है, जो लगातार 20s बिजली की आपूर्ति प्रदान कर सकता है।

अतिचालक ऊर्जा भंडारण: छोड़ा गया

  1. विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण:

यह लेख वाणिज्यिक विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण को निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत करता है:

लेड-एसिड, लेड-कार्बन बैटरियां

प्रवाह बैटरी

धातु-आयन बैटरी, जिसमें लिथियम-आयन बैटरी, सोडियम-आयन बैटरी आदि शामिल हैं।

रिचार्जेबल मेटल-सल्फर/ऑक्सीजन/एयर बैटरी

अन्य

लेड-एसिड और लेड-कार्बन बैटरी: एक परिपक्व ऊर्जा भंडारण तकनीक के रूप में, लेड-एसिड बैटरियों का व्यापक रूप से कार स्टार्टअप, संचार बेस स्टेशन बिजली संयंत्रों के लिए बैकअप बिजली आपूर्ति आदि में उपयोग किया जाता है। लेड-एसिड बैटरी के पीबी नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बाद कार्बन सामग्री के साथ डोप किया गया है, लेड-कार्बन बैटरी ओवर-डिस्चार्ज समस्या को प्रभावी ढंग से सुधार सकती है। तियानेंग की 2020 की वार्षिक रिपोर्ट के अनुसार, कंपनी द्वारा पूरा किया गया स्टेट ग्रिड झिचेंग (जिनलिंग सबस्टेशन) 12MW/48MWh लीड-कार्बन ऊर्जा भंडारण परियोजना झेजियांग प्रांत और यहां तक ​​कि पूरे देश में पहला सुपर-बड़े लीड-कार्बन ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन है।

फ्लो बैटरी: फ्लो बैटरी में आमतौर पर इलेक्ट्रोड के माध्यम से बहने वाले कंटेनर में संग्रहीत तरल होता है। चार्ज और डिस्चार्ज आयन एक्सचेंज झिल्ली के माध्यम से पूरा किया जाता है; निम्न चित्र का सन्दर्भ लें।

बैटरी प्रवाह योजनाबद्ध

अधिक प्रतिनिधि ऑल-वैनेडियम फ्लो बैटरी की दिशा में, डालियान इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल फिजिक्स और डालियान रोंगके एनर्जी स्टोरेज द्वारा पूरा किया गया गुओडियन लॉन्गयुआन, 5MW/10MWh प्रोजेक्ट, सबसे व्यापक ऑल-वैनेडियम फ्लो बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली थी। उस समय दुनिया, जो वर्तमान में निर्माणाधीन है, बड़े पैमाने पर ऑल-वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली 200MW/800MWh तक पहुंचती है।

मेटल-आयन बैटरी: सबसे तेजी से बढ़ने वाली और सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण तकनीक। उनमें से, लिथियम-आयन बैटरियां आमतौर पर उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, पावर बैटरी और अन्य क्षेत्रों में उपयोग की जाती हैं, और ऊर्जा भंडारण में उनका अनुप्रयोग भी बढ़ रहा है। निर्माणाधीन पिछली हुआवेई परियोजनाओं को शामिल करते हुए जो लिथियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण का उपयोग करती हैं, अब तक निर्मित सबसे बड़ी लिथियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण परियोजना मॉस लैंडिंग ऊर्जा भंडारण स्टेशन है जिसमें चरण I 300MW/1200MWh और चरण II 100MW/400MWh शामिल है, ए कुल 400MW/1600MWh।

लिथियम आयन बैटरी

लिथियम उत्पादन क्षमता और लागत की सीमा के कारण, सोडियम आयनों को अपेक्षाकृत कम ऊर्जा घनत्व के साथ प्रतिस्थापित करना, लेकिन प्रचुर भंडार से कीमत कम होने की उम्मीद है, लिथियम-आयन बैटरी के लिए विकास का मार्ग बन गया है। इसका सिद्धांत और प्राथमिक सामग्रियां लिथियम-आयन बैटरी के समान हैं, लेकिन इसे अभी तक बड़े पैमाने पर औद्योगिकीकृत नहीं किया गया है। मौजूदा रिपोर्टों में परिचालन में लाई गई सोडियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली में केवल 1MWh का पैमाना देखा गया है।

एल्युमीनियम-आयन बैटरियों में उच्च सैद्धांतिक क्षमता और प्रचुर भंडार की विशेषताएं होती हैं। यह लिथियम-आयन बैटरियों को बदलने के लिए एक शोध दिशा भी है, लेकिन कोई स्पष्ट व्यावसायीकरण मार्ग नहीं है। एक भारतीय कंपनी जो हाल ही में लोकप्रिय हो गई है, ने घोषणा की है कि वह अगले साल एल्यूमीनियम-आयन बैटरी के उत्पादन का व्यावसायीकरण करेगी और 10MW ऊर्जा भंडारण इकाई का निर्माण करेगी। आइए इंतजार करें और देखें।

प्रतीक्षा करें और देखें

रिचार्जेबल मेटल-सल्फर/ऑक्सीजन/एयर बैटरी: आयन बैटरी की तुलना में उच्च ऊर्जा घनत्व के साथ लिथियम-सल्फर, लिथियम-ऑक्सीजन/एयर, सोडियम-सल्फर, रिचार्जेबल एल्यूमीनियम-एयर बैटरी आदि शामिल हैं। व्यावसायीकरण का वर्तमान प्रतिनिधि सोडियम-सल्फर बैटरी है। एनजीके वर्तमान में सोडियम-सल्फर बैटरी सिस्टम का अग्रणी आपूर्तिकर्ता है। संयुक्त अरब अमीरात में 108MW/648MWh सोडियम-सल्फर बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली को बड़े पैमाने पर परिचालन में लाया गया है।

  1. रासायनिक ऊर्जा भंडारण: दशकों पहले, श्रोडिंगर ने लिखा था कि जीवन नकारात्मक एन्ट्रापी प्राप्त करने पर निर्भर करता है। लेकिन अगर आप बाहरी ऊर्जा पर भरोसा नहीं करते हैं, तो एन्ट्रापी बढ़ जाएगी, इसलिए जीवन को शक्ति लेनी होगी। जीवन अपना रास्ता खोज लेता है, और ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए, पौधे प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से सौर ऊर्जा को कार्बनिक पदार्थों में रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। रासायनिक ऊर्जा भंडारण शुरू से ही एक प्राकृतिक विकल्प रहा है। रासायनिक ऊर्जा भंडारण मानव के लिए एक मजबूत ऊर्जा भंडारण विधि रही है क्योंकि इसने वोल्ट को बिजली के ढेर में बदल दिया है। फिर भी, बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण का व्यावसायिक उपयोग अभी शुरू हुआ है।

हाइड्रोजन भंडारण, मेथनॉल, आदि: हाइड्रोजन ऊर्जा में उच्च ऊर्जा घनत्व, स्वच्छता और पर्यावरण संरक्षण के उत्कृष्ट फायदे हैं और इसे भविष्य में व्यापक रूप से एक आदर्श ऊर्जा स्रोत माना जाता है। हाइड्रोजन उत्पादन→हाइड्रोजन भंडारण→ईंधन सेल का मार्ग पहले से ही चल रहा है। वर्तमान में, मेरे देश में 100 से अधिक हाइड्रोजन ईंधन भरने वाले स्टेशन बनाए गए हैं, जो दुनिया में शीर्ष पर हैं, जिसमें बीजिंग में दुनिया का सबसे बड़ा हाइड्रोजन ईंधन भरने वाला स्टेशन भी शामिल है। हालाँकि, हाइड्रोजन भंडारण तकनीक की सीमाओं और हाइड्रोजन विस्फोट के जोखिम के कारण, मेथनॉल द्वारा दर्शाया गया अप्रत्यक्ष हाइड्रोजन भंडारण भी भविष्य की ऊर्जा के लिए एक आवश्यक मार्ग हो सकता है, जैसे कि डालियान इंस्टीट्यूट में ली कैन की टीम की "तरल सूरज की रोशनी" तकनीक रसायन विज्ञान, चीनी विज्ञान अकादमी।

धातु-वायु प्राथमिक बैटरी: उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व के साथ एल्यूमीनियम-वायु बैटरी द्वारा दर्शाया गया है, लेकिन व्यावसायीकरण में बहुत कम प्रगति हुई है। कई रिपोर्टों में उल्लिखित प्रतिनिधि कंपनी फिनर्जी ने अपने वाहनों के लिए एल्यूमीनियम-एयर बैटरी का उपयोग किया। एक हजार मील की दूरी पर, ऊर्जा भंडारण में अग्रणी समाधान रिचार्जेबल जिंक-एयर बैटरी है।

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