Батерейны урт хугацааны хадгалалт гэдэг нь нэрлэсэн чадлын гаралтын үед 10 ба түүнээс дээш цаг цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах, цэнэглэх чадвартай системийг хэлнэ. Эдгээр системүүд нь олон өдрийн эсвэл улирлын чанартай эрчим хүч хадгалах хэрэгцээг хангахын тулд 4{4}}8 цагийн хэрэглээнд хэмнэлттэй үйлчилдэг ердийн лити{2}}ионы батерейгаас давж гардаг. Энэхүү технологи нь салхи, нарны үүсгүүр удаан хугацаанд хэлбэлзэх үед сэргээгдэх эрчим хүчний нэгдлийг дэмжих зорилготой урсгалын батерей, төмрийн агаарын систем, шахсан агаарын хуримтлал, дулааны хуримтлал зэрэг янз бүрийн арга барилыг хамардаг.
Үргэлжлэх хугацаа яагаад чухал вэ: Хадгалах хугацааны эдийн засаг
Эрчим хүч хадгалах зах зээл нь "4{1}}цагийн дүрэм"-цахилгаан эрчим хүчний бөөний зах зээл дээр батлагдсан хүчин чадлын зээлийн бүтэц дээр төвлөрсөн бөгөөд энэ хугацаанд лити{5}}ионы батерейг ашиглахад хүргэсэн. 2024 он гэхэд литийн{7}}ионы системүүд нь АНУ-д хэрэглүүрийн хэмжээний шинэ батерейны суурилуулалтын 99%-ийг бүрдүүлсэн бөгөөд ихэнх нь 4 цаг ба түүнээс бага хугацаанд тохируулагдсан байна.
Энэхүү төвлөрөл нь эдийн засгийн бодит байдлыг харуулж байна: лити{0}}ион батерейнууд нь арбитражийн үнэ цэнийг-барьж, хямд цахилгаан эрчим хүч худалдан авч, хэдэн цагийн дараа дээд зэргийн үнээр зарахдаа гарамгай байдаг. NREL-ийн шинжилгээ нь 4{5}}цагийн систем нь 4 цагийн хүчин чадалтай дүрэмтэй байршилд илүү урт төхөөрөмжүүдээс авах боломжтой нийт цаг шилжүүлэх утгын 80 гаруй хувийг эзэлдэг болохыг харуулж байна. Нэмэлт үнэ цэнэ нь нэмэгдсэн хүчин чадлын жилийн зардлаас доогуур буурдаг тул дөрөвөөс хойшхи нэмэлт цаг бүр буурдаг өгөөжийг өгдөг.
Тооцоолол нь сэргээгдэх эрчим хүчний өндөр нэвтрэлтийг агуулсан сүлжээнүүдээр эрс өөрчлөгддөг. Калифорниа, Техас мужууд нийлүүлэлтийн{1}}эрэлтийн зөрүү богино{2}}хүргэх хадгалах сангаас давж чадах босгыг давж байна. 2024 онд нар, салхи АНУ-ын шинэ цахилгаан эрчим хүчний хүчин чадлын 70%-ийг эзэлж, батерейнууд 23%-ийг нэмжээ. Техас мужид 2021 оны хоёрдугаар сард болсон өвлийн шуурга, 2020 оны наймдугаар сард Калифорнид болсон халууны давалгааны үеэр үүссэн сэргээгдэх эрчим хүчний хүчин чадал зарим өдөр 4{11}}цагийн батарей бүрэн дуусдаг тул сэргээгдэх эрчим хүчний хэрэглээ маш бага байдаг.
Богино, дунд, урт хугацааны хоорондох ялгаа нь зөвхөн техникийн шинж чанартай биш юм. Дунд зэргийн хугацаатай системүүд (8{4}}24 цаг) өдөр тутмын ачааллын шилжилт болон уртасгасан оргил эрэлтийг зохицуулдаг. Олон{6}}өдөр хадгалах (24+ цаг) нь цаг агаарын -үүсэлтээс үүдэлтэй -гурван өдрийн үүлэрхэг хэсэг эсвэл долоо хоног үргэлжлэх салхины ган гачигт-тодорхой болдог. Улирлын агуулах нь хэдийгээр арилжааны талаар ховор яригддаг ч зуны нарны эрчим хүчийг өвлийн халаалтын хэрэгцээнд шилжүүлэх болно.
Зах зээлийн тодорхойлолт нь харьяаллын дагуу өөр өөр байдаг. Калифорни муж нь батерейны удаан хадгалах хугацааг 12 цаг ба түүнээс дээш гэж ангилдаг бөгөөд нэмэлт 1 ГВт олон{3}} өдрийн худалдан авалтын зорилттой. Нью Йорк үүнийг эрчим хүч хадгалах замын зураглалд 8+ цаг, харин санхүүжилтийн хөтөлбөрт 10+ цаг гэж тодорхойлдог. Массачусетс гурван хувин үүсгэсэн: дунд{8}}хугацаа (4{10}}10 цаг), урт{12}}хугацаа (10-24 цаг), олон-өдөр (24+ цаг). АНУ-ын Эрчим хүчний яам нь-өдөр хоорондын (10-36 цаг), олон өдөр/олон долоо хоног (36-160 цаг) болон улирлын (160+ цаг) сегментүүдийг хуваадаг.
Эдгээр тодорхойлолтын ялгаа нь зах зээлийн төлөвшлийн үе шатуудыг тусгадаг. Литийн -ионы эдийн засгийн үр ашигтай байдал -ойролцоогоор 8-12 цаг дуусвал урт хугацаа эхэлдэг гэдгийг энэ талбар ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрч байгаа ч хэрэглээ, технологи, үнэ цэнийн саналууд нь үргэлжлэх хугацааны хувьд ихээхэн ялгаатай байдаг.
Технологийн ландшафт: Лити-Ионы химийн гаднах байдал
Цахилгаан химийн хадгалалт нь одоогийн хэрэглээнд давамгайлж байгаа боловч урт хугацааны батерейг хадгалах технологи нь цахилгаан химийн, механик, дулааны болон химийн гэсэн дөрвөн ангилалд багтдаг. Тус бүр нь өөр өөр зардлын бүтэцтэй өөр өөр хэрэгцээг хангадаг.
Урсгал батерейнууд: Эрчим хүч ба эрчим хүчийг салгах
Урсгал батерейнууд нь цахилгаан химийн эсүүдээр шахагдсан шингэн электролитүүдэд эрчим хүчийг хуримтлуулдаг. Эрчим хүч, эрчим хүч хамтдаа хэмжигддэг лити{1}}ион батерейгаас ялгаатай нь урсгалын системүүд нь эдгээр шинж чанаруудыг ялгадаг-чадвар нь стекийн хэмжээнээс хамаардаг бол энерги нь электролитийн савны эзэлхүүнээр хэмжигддэг. Энэхүү архитектурын ялгаа нь батерейг ашиглалтын хугацаа уртассаар-өрсөлдөх чадвартай болгодог.
Ванадий редокс урсгалын батерей нь арилжааны хувьд хамгийн боловсронгуй урсгалын технологийг төлөөлдөг. Invinity Energy Systems-ийн ванадийн системүүд нь хамгийн бага эвдрэлтэйгээр 14,000 мөчлөгт 15+ жилийн ашиглалтын хугацааг өгдөг. Энержи Куинслэнд нь 2035 он гэхэд муж улсын 80% сэргээгдэх эрчим хүчний зорилтод хүрэхийн тулд литийн{7}}ионоос илүү төрөлжүүлэх хүчин чармайлтын нэг хэсэг болгон Австралид 250 кВт/750 кВт/цаг хүчин чадалтай ванадийн нэгжийг байршуулсан. CellCube Австралийн үйлдвэрлэлийн хүчин чадлыг жил бүр 1 ГВт/8 ГВт/цаг болгох зорилт тавьж байна.
Ванадийн сул тал нь өртөг болон нийлүүлэлтийн сүлжээнд оршдог. Геополитикийн тогтворгүй байдал, үнийн хэлбэлзэлтэй-хятад, Орос, Өмнөд Африкийн-бүс нутгаас голчлон элементийн эх үүсвэрүүд төслийн тодорхой бус байдлыг бий болгодог. Ванадийн электролитийн үнэ нэг кВт.ц хүчин чадалд 40-60 доллар орчим байдаг бөгөөд энэ нь системийн нийт зардлын 30-40 хувийг бүрдүүлдэг.
Төмрийн урсацын хими нь хямд өртөгтэй-төлөв болж гарч ирсэн. ESS Inc.-ийн Эрчим хүчний агуулахын системд төмрийн хлоридын электролитийг нэг кВт.цагт ойролцоогоор 20 ам.-ванадийн үнээр ашигладаг. Номхон далайн баруун хойд үндэсний лаборатори нь фосфонат{6}}д суурилсан төмрийн цогцолборыг бүтээж, төмрийн батерейны эхэн үеийн задралын асуудлыг шийдэж, 10,{8}} мөчлөгт ашиглах боломжтой. ESS нь 2024 оны 5-р сард Амстердамын Schiphol нисэх онгоцны буудалд системийг байрлуулж, дизель нэмэлт генераторуудыг 75 кВт/500 кВт/цаг төмрийн урсгалын нэгжээр сольсон. Австралийн Эрчим Хүчний Хадгалах Үйлдвэрүүд төрийн хувийн хэвшлийн санхүүжилтээр 65 сая AUD{16}}төмөр 3.2 ГВт цахилгаан үйлдвэрлэх хүчин чадалтай байхаар төлөвлөж байна.
Төмөр системүүд нь ванадиас бага хүчдэлийн гаралтыг хүлээн авдаг-ерөнхийдөө 0.9-1.0V, 1.4-1.6V-цахилгаануудын нягтыг бууруулдаг. Гэсэн хэдий ч төмрийн олдоц элбэг (99% дахин боловсруулах үнэ, 2 ам.доллар/кг түүхий эд) болон бэлэн PVC сантехник, хуванцар савыг ашиглах энгийн химийн бодисууд нь суулгах зай хязгаарлагдаагүй урт хугацааны хэрэглээнд энэ хязгаарлалтыг нөхөж өгдөг.
Төмөр-Агаар: Олон-Сүлжээний масштабаар өдрийн хадгалалт
Form Energy нь 100{2}}цагийн хүчин чадалтай, байгалийн хийн оргилуурын станцуудын оронд нүүрстөрөгчгүй-болдог системд чиглэсэн арилжааны төмрийн{0}}агаарын батерейны бүтээн байгуулалтыг эхлүүлсэн. Технологи нь төмрийн исэлдэлтийг-агаарт агуулагдах хүчилтөрөгчийг нэг электрод болгон ашигладаг. Цэнэглэх үед төмөр нь хүчилтөрөгчтэй урвалд орж электрон ялгаруулдаг; цэнэглэх нь үйл явцыг урвуу болгодог.
Массачусетс{0}}д суурилсан Маягт нь 150 сая долларын Эрчим хүчний яамны буцалтгүй тусламж зэрэг 1 тэрбум гаруй долларын хөрөнгө оруулалтыг баталгаажуулсан. Great River Energy нь Формын анхны үзүүлбэрийг зохион байгуулж байна: 1 МВт-ын хүчин чадалтай систем нь 150 цагийн турш тасралтгүй гадагшилдаг нүүрсний хүчин чадлыг нөхөхөд зориулагдсан. Нүүрстөрөгчийн бодлогыг чангатгаснаар 10{8}}20 жилийн дотор гацах эрсдэлтэй байгалийн хийн үйлдвэрүүдийг барихын оронд Миннесотагийн хамтын ажиллагаа-сэргээгдэх эрчим хүчтэй хослуулсан урт хугацааны нөөцийг сонгосон.
Төмрийн{0}}агаарын системүүд нь уртасгах зориулалттай хэд хэдэн давуу талтай. Төмрийн үнэ ванадийн аравны нэг орчим-. Эрчим хүчний нягтрал нь 200 Втц/литр-хүрдэг ванадийн батерейны 25-50 Втц/литрээс илт өндөр байна. Энэхүү технологи нь лити, кобальт болон бусад нийлүүлэлтээр хязгаарлагдах металлаас зайлсхийж, дулааны гүйлтийн эрсдэлгүйгээр аюулгүй ажилладаг.
Гол бэрхшээл нь үйлдвэрлэлийн цар хүрээ хэвээр байна. Маягт нь үзүүлэнгийн төслөөс захиалгат суурилуулалтаас илүү-хувьдах бүтээгдэхүүн бүтээхэд шилжих ёстой. Систем бүр олон өдрийн цэнэгийн хувьд төмөр болон агаарын электродын гадаргуугийн талбайг их хэмжээгээр шаарддаг бөгөөд энэ нь жижиг лити{4}}ионы модулиудад байхгүй үйлдвэрлэлийн нарийн төвөгтэй байдлыг бий болгодог.
Механик хадгалалт: Тогтоосон шийдэл, шинэ хандлага
Усан цахилгаан станц нь АНУ-ын одоогийн эрчим хүчний нөөцийн 90%-ийг эзэлдэг бөгөөд Хятад, АНУ, Европ даяар 150 гаруй ГВт-ын хүчин чадалтай. Системүүд усыг бага-хэрэгцээтэй үед өгсөж шахаж, шаардлагатай үед турбинуудаар дамжуулж, усан сангийн хүчин чадлаас хамааран хэдэн цагаас хэдэн өдрийн турш хадгалах боломжтой. 100{10}}жилийн ашиглалтын туршлага нь найдвартай байдлыг харуулж байгаа боловч газарзүйн шаардлага-өөр өөр өндөрлөг дэх хоёр усан сан нь шинэ барилга барихыг хязгаарладаг.
Шахсан агаарын энергийн хуримтлал (CAES) нь цэнэглэх явцад шахсан агаарыг газар доорхи агуй эсвэл уст давхаргад шахаж, дараа нь турбинаар дамжуулан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг. 1978 оны үйл ажиллагааны системүүд нь эдийн засгийн сорилтоос болж хэд хэдэн төсөл хаагдсан ч техникийн боломжтой гэдгийг баталж байна. Орчин үеийн адиабат CAES загварууд нь өргөтгөх явцад дахин ашиглах зорилгоор шахалтын дулааныг барьж, үр ашгийг 42% -иас 70% хүртэл нэмэгдүүлдэг.
Таталцлын энергийн хуримтлал нь янз бүрийн хэлбэртэй байдаг. Energy Vault нь хөрс, хаягдал материалаар хийсэн нийлмэл блокуудыг өргөж, буулгаж, боломжит энергийг механик аргаар хадгалдаг. Тус компани нь Pacific Gas & Electric компанитай 48 цагийн турш 293 МВт/цаг цахилгаан үйлдвэрлэх зориулалттай, түймэрт өртөмтгий{3}}Хойд Калифорнийн дэд станцын 8.5 МВт-ын гибрид системийн гэрээ байгуулсан. Таталцлын хүч нь уурхайн босоо аманд жинтэй массыг унагаж, дараа нь дахин цэнэглэхийн тулд өргөдөг. Эдгээр систем нь хамгийн бага доройтолтой 30+ жилийн ашиглалтын хугацааг амлаж байна.
Механик хадгалалт нь ихэвчлэн цахилгаан химийн хувилбаруудаас бага эрчим хүчний нягтралтай байдаг боловч бат бөх чанар, материалын элбэг дэлбэг байдлыг нөхдөг. Хөрөнгийн зардал нь тусгай цахилгаан химийн салбарт биш харин барилгын инженерчлэлд төвлөрдөг.
Дулаан хадгалах: Эрчим хүчний буфер болгон халаана
Дулааны энергийн хуримтлал нь дулаан, хүйтнийг хуримтлуулж, дараа нь цахилгаан болгон хувиргадаг. Нарны төвлөрсөн цахилгаан станцуудад түгээмэл байдаг хайлсан давсны систем нь давсны хольцыг 565 градус хүртэл халааж, температурыг 6-15 цагийн турш хадгална. Мальта нь цахилгааныг дулаан (500 градус + хайлсан давс), хүйтэн (-160 градус + хөргөсөн шингэн) хэлбэрээр нэгэн зэрэг хадгалж, дулааны хөдөлгүүрээр дамжуулан цахилгаан болгон хувиргадаг.
Шингэн агаарын энергийн хуримтлал (LAES) нь илүүдэл цахилгааныг ашиглан агаарыг шингэрүүлж, тусгаарлагдсан саванд хадгалж, дараа нь турбин жолоодохын тулд ууршуулдаг. Highview Power-ийн төлөвлөж буй 50 МВт/300 МВт/цаг хүчин чадалтай Манчестерт үйлдвэр нь 40{5}}жилийн ашиглалтын хугацааг 50-70%-ийн хоёр талдаа үр ашигтай байлгах зорилготой. Технологи нь хялбархан цар хүрээтэй бөгөөд газарзүйн хязгаарлалтгүйгээр ажилладаг боловч дунд зэргийн үр ашиг нь өндөр үзүүлэлттэй хувилбаруудтай харьцуулахад эдийн засгийн хэрэглээг хязгаарладаг.
Зах зээлийн динамик: Хөрөнгө оруулалт ба байршуулалтын замнал
Удаан хугацааны эрчим хүчний нөөцийн зах зээл 2024 онд 4.82-4.84 тэрбум ам.долларт хүрсэн бөгөөд 2030-2032 он гэхэд 10.43-13.35 тэрбум ам.доллар байх төлөвтэй байгаа нь жилийн 13.5-13.6%-ийн нийлмэл өсөлтийг илэрхийлж байна. Эдгээр тоо нь сэргээгдэх эрчим хүчийг нэвтрүүлэх нь сүлжээг тэнцвэржүүлэх бодит сорилтуудыг бий болгож байгаа тул ашиглалтыг хурдасгаж байгааг харуулж байна.
Механик агуулах нь 2024 оны зах зээлд эзлэх хувийн жингийн 69%-ийг эзэлдэг, боловсорч гүйцсэн ус шахдаг ус болон шинээр гарч ирж буй шахсан агаарын төслүүд давамгайлдаг. Химийн агуулах-гол төлөв урсдаг батерей болон металл-агаарын систем-үйлдвэрлэлийн хэмжээ болон зардал буурахын хэрээр 2032 он хүртэл CAGR 15.95%-иар хамгийн хурдан өсөх төлөвтэй байна.
Үргэлжлэх хугацаа нь өсөлтийн тодорхой хэлбэрийг харуулдаг. 8{4}}24 цагийн сегмент нь 2024 оны орлогын 46%-ийг эзэлж, батерей, дулааны хуримтлал зэрэг технологийн тусламжтайгаар өдөр тутмын нийлүүлэлтийн-эрэлтийн цоорхойг шийдэж байв. 36 цагаас илүү хугацаатай{8}}өдөр цаг агаарын үйл явдлуудад тохиромжтой-2032 он хүртэл нүүрстөрөгчийг ялгаруулах гүний шаардлагаас үүдэн 20,79%-ийн тооцоолсон CAGR буюу хамгийн хурдацтай хөгжиж буй сегментийг төлөөлдөг.
Хүчин чадлын хүрээ нь бас ялгаатай. 50 МВт хүртэл хүчин чадалтай системүүд нь 2024 онд зах зээлийн 46%-ийг эзэлж, арилжааны байгууламж, бичил сүлжээ, түгээсэн эрчим хүч зэрэгт үйлчилдэг. 100 МВт-аас дээш хүчин чадалтай суурилуулалтын-хэрэгслийн{7}}хэмжээний төслүүд-2032 он хүртэл CAGR 17.54%-иар өргөжин тэлж, сүлжээний операторууд том хүчин чадалтай дэд бүтцийг-байруулж байна.
2019-2024 оны хооронд урт хугацааны технологид хийсэн дэлхийн хөрөнгө оруулалт 58 тэрбум доллараас давж, 2019-2024 оны хооронд 57 ГВт-ын хүчин чадалтай. АНУ-ын Эрчим хүчний яамны "Цахилгаан эрчим хүчний нөөцийг нэмэгдүүлэх хугацаа" (DAYS) хөтөлбөр нь 10{10}}100 цагийн турш 0.05 доллар/кВт.ц-аас доош түвшний өртөгтэй, байгалийн хийн оргилуур бүхий үйлдвэрүүдтэй өрсөлдөхүйц хадгалах системийг бий болгодог.
Бүс нутгийн байршуулалтын загварууд
Ази-Номхон далай нь хүчин чадлыг нэмэгдүүлснээр тэргүүлдэг. Хятад улс 2025 оны 6-р сарын байдлаар 100 ГВт-ын шинэ эрчим хүчний нөөцийг (шахдаг усан цахилгаан станцаас бусад) ашиглаж байгаа нь анх удаагаа ус татдаг усан цахилгаан станцаас давсан. Сэргээгдэх эрчим хүчний төслүүдтэй хослуулан хадгалах шаардлагатай засгийн газрын даалгаврууд ашиглалтыг хурдасгасан ч сүүлийн үеийн шинэчлэлүүд-хатуу хуваарилалтын дүрмээс илүү зах зээлд тулгуурласан эдийн засгийг хэрэгжүүлэх боломжийг олгосон нь өсөлтийн замналыг өөрчилж магадгүй юм.
Калифорнийн 2 ГВт урт{1}}хугацаатай хүсэлт, олон{2}}өдөр хадгалах зорилтууд нь худалдан авалтын найдвартай байдлыг хангадаг. "Power China" компани 16 ГВт.ц цахилгаан эрчим хүч худалдан авах тендер зарласан. Өмнөд Солонгос 540 МВт/3,240 МВт/цаг хүчин чадлыг олгосон нь бүтээн байгуулагчдад төслийн санхүүжилтийн орлогыг харуулах боломжийг олгосон.
Дотоодын үйлдвэрлэлд зориулсан Net-0 Industry Act урамшууллыг үл харгалзан Европын хэрэглээ хоцрогдсон. ЕХ нь BESS-ийн хүчин чадлыг 2024 онд бага зэрэг нэмсэн боловч бодлогын хүрээ төлөвших тусам 2025-2026 онд төслүүд сэргэнэ. Герман, Итали улс ванадийн урсгал, төмрийн урсгал, шингэн агаарын технологийг турших олон туршилтын төслийг хэрэгжүүлдэг.
Үнэ цэнийн саналууд: Яагаад хугацаа төлдөг вэ?
Урт{0}}хугацаатай хадгалалт нь богино хугацааны системд эдийн засгийн хувьд нэвтэрч чадахгүй- олон урсгалаар орлого бүрдүүлдэг.
Хүчин чадлын үнэ цэнэ үргэлжлэх тусам нэмэгддэг. 4{5}}цагийн батерей нь оргил ачааллын үед бат бөх хүчин чадлыг хангадаг ч удаан үргэлжилсэн хатуу хангамжийн үед хурдан дуусдаг. 8{6}}12 цагийн систем нь үдшийн оргил үе болон шөнийн уналтын үед гаралтыг хангадаг. Олон өдрийн хадгалах сан нь байгалийн хийг нөөцлөх эсвэл ачааллыг бууруулах шаардлагатай цаг агаарын-байгалийн хангамжийн цоорхойг-долоо хоногт-уртсан салхи, ган гачиг, олон өдрийн үүл бүрхэвчийг шийддэг.
Эрчим хүчний цаг{0}}хувийн өөрчлөлтийн үнэ цэнэ нь өдөр тутмын арбитражаас давж гардаг. Системүүд зуны нарны элбэг дэлбэг байдлыг сөрөг үнээр (хямралт түгээмэл үед) худалдан авч, өвлийн халаалтын оргил үед зарж болно. Улирлын чанартай энэхүү арбитраж нь ихэвчлэн онолын хувьд хүлээгдэж буй технологийн өртөг бууралт хэвээр байгаа ч 24-48 цагийн ээлжинд өндөр сэргээгдэх эрчим хүчний сүлжээнд эдийн засгийн үр ашигтай байгааг харуулж байна.
Дамжуулах хойшлуулах нь ихээхэн үнэ цэнийг илэрхийлдэг. Алсын сэргээгдэх эрчим хүчийг холбохын тулд нэг миль тутамд 2-5 сая долларын цахилгаан дамжуулах шугам барихын оронд нийтийн аж ахуйн нэгжүүд дотооддоо хадгалах санг байрлуулж, тасалдсан үүсэлтийг шингээж,-хүсэлтээр гаргадаг. Pacific Gas & Electric-ийн 8.5 МВт-ын гибрид систем нь түймрээс тусгаарлагдсан дэд станц руу өндөр өртөгтэй дамжуулалтын шинэчлэлтүүдийг орлуулдаг.
Сүлжээний уян хатан байдал-Удаан хугацааны тасалдалын үед эрчим хүчийг хадгалах чадвар нь-найдвартай байдалд төвлөрсөн- зах зээлд дээд зэргийн үнийг тогтоодог. Form Energy-ийн 100{5}}цагийн системүүд нь нүүрстөрөгчийг ангижруулах даалгаврыг биелүүлэхийн зэрэгцээ дизель генераторын хамаарлыг арилгадаг олон{7}} өдрийн нөөцөөр хангадаг. Энэхүү найдвартай байдлын үнэ цэнийг зөвхөн эрчим хүчний зах зээл дээр олж авахад хэцүү байдаг ч босоо тэнхлэгт нэгдсэн инженерийн шугам сүлжээг ашиглахад түлхэц болдог.
Сэргээгдэх эрчим хүчийг хязгаарлахаас зайлсхийх нь өөрөөр{0}}үр ашиггүй зарцуулсан үйлдвэрлэлийг ашиглах замаар үнэ цэнийг бий болгодог. Калифорни муж 2023 онд 2.4 сая МВт.цаг гаруй сэргээгдэх эрчим хүчээ -жилд 360,000 байшинг эрчим хүчээр хангахад хүрэлцэхүйц хязгаарласан. Урт хугацааны хадгалалт нь энэ илүүдлийг барьж, шаардлагатай үед хэдэн цагаар эсвэл хэдэн өдөр урагшлуулдаг.
Техникийн саад бэрхшээл ба шийдэл
Аюулгүй байдлын асуудал нь өндөр-энергийн-нягтралтай системүүдэд нөлөөлдөг. Лити{3}}ионы түймэр тархсан хэвээр байгаа тул хяналт тавих, гал унтраах дэд бүтэц, даатгалын хураамжийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Төмрийн урсгалын батерейнууд нь орчны даралт дахь усан электролитийг ашиглан дулааны урсгалаас бүрэн зайлсхийдэг. Ванадийн систем нь аюулгүй ажилладаг боловч шингэрүүлсэн хүхрийн хүчлийн электролитийн агааржуулалтыг шаарддаг.
Үр ашиг нь технологиос хамааран ихээхэн ялгаатай байдаг. Лити{1}}ион нь 85-95% -эргэн тойрох үр ашигтай. Урсгал батерейнууд нь 50{9}}80%, ванадий төмрөөс илүү үзүүлэлттэй. Төмөр агаарын системүүд нь 50-60% үр ашигтай байхаар зорьдог - байнгын дугуй унахаас илүү үргэлжлэх хугацааг чухалчилдаг хэрэглээнд зөвшөөрөгдөх боломжтой. Механик хадгалалт нь 70-85% (шахсан ус, шахсан агаар) -аас 50-70% (шингэн агаар) хооронд хэлбэлздэг.
Мөчлөгийн амьдрал нь эдийн засгийн үр ашгийг тодорхойлдог. Литиум{1}}ион батерейнууд цэнэгийн гүн болон температурын удирдлагаас хамааран 1000-3000 циклийн дараа мууддаг. Электролит солих нь эвдрэлийг арилгадаг тул урсгал батерейнууд нь 10,000{11}}20,000 циклийг амлаж, хүчин чадал нь хамгийн бага хэмжээгээр буурдаг. Төмөр-агаар технологи нь ижил төстэй ашиглалтын хугацааг зорьдог боловч олон арван жилийн үйл ажиллагааны өгөгдөл дутагдалтай байдаг.
Үйлдвэрлэлийн сорилтууд нь технологийн ангиллаар өөр өөр байдаг. Литийн-ион их хэмжээний-гигаватт-цагийн үйлдвэрүүдээс ашиг тус хүртэж, сургалтын муруйн зардлыг бууруулах боломжтой. Урсгал батерейнууд нь тусгай мембран, электрод, электролит үйлдвэрлэхийг бага хэмжээгээр шаарддаг бөгөөд энэ нь хэмнэлтийг хязгаарладаг. Төмрийн-агаар нь электродын гадаргуугийн том талбайг олон өдрийн-хоногоор гадагшлуулах шаардлагатай тул угсралтын ажлыг төвөгтэй болгодог.
Нийлүүлэлтийн сүлжээний хязгаарлалтууд өөр өөр байдаг. Лити, кобальт, никель нь геополитикийн төвлөрөл, үнийн хэлбэлзэлтэй тулгардаг. Ванадий ижил төстэй асуудалд өртдөг. Төмөр, натри, цайр зэрэг нь дотоодоос их хэмжээний эх үүсвэрийг санал болгодог боловч үйлдвэрлэлийн дэд бүтцийг бий болгох шаардлагатай. Дулааны болон механик агуулах нь ханган нийлүүлэлтийн сүлжээтэй-давс, агаар, бетон, ган-барааны материалыг ашигладаг.
Эдийн засгийн хэтийн төлөв: Өртгийн өрсөлдөх чадварт хүрэх зам
Хадгалалтын түвшинтэй зардал (LCOS) нь хөрөнгийн зардал, үйл ажиллагааны зардал, мөчлөгийн давтамж, үр ашгийг тооцоолох технологийн харьцуулалтыг өгдөг. ARPA-E-ийн DAYS хөтөлбөр нь 10-100 цагийн системд зориулсан LCOS-д 0,05$/кВт цаг зарцуулдаг бөгөөд энэ нь чулуужсан нөөцгүйгээр сэргээгдэх эрчим хүчийг өргөнөөр нэгтгэх боломжийг олгодог.
Төмрийн урсгалын батерейнууд энэ зорилтод удаан хугацаагаар ойртдог. Электролитийн үнэ нь ойролцоогоор 20 доллар/кВт.цаг үргэлжилдэг тул системийн эдийн засагт давамгайлдаг. 100 МВт/10 МВт систем (10 цагийн үргэлжлэх хугацаа) нь өнөөдөр ойролцоогоор 50-70 сая долларын өртөгтэй бөгөөд LCOS-д 0,06-0,08 долларын ашигтай байдаг. Үргэлжлэх хугацааг 20 цаг хүртэл хоёр дахин нэмэгдүүлэх нь электролитийн зардлыг нэмэгдүүлж, цахилгаан эрчим хүчний хамгийн бага хэрэглээг нэмэгдүүлж, LCOS-ийг 0.05 доллар/кВт цаг хүртэл бууруулна.
Ванадийн системийн харандаа нь ижил төстэй хэрэглээнд -өндөр хүчин чадалтай- хэмнэлттэй боловч олон өдрийн цэнэггүйдэлд өрсөлдөх чадвар багатай, 0,08$-0,12/кВтц. Сүүлийн үед ванадийн үнэ нэг фунт тутамд 7 доллараас 18+ доллар болж өссөн нь зардлын дарамтыг нэмэгдүүлсэн.
Төмрийн-агаарын эдийн засаг нь үйлдвэрлэлийн цар хүрээнээс хамаарна. Лити ионы 140$/кВт.ц-ын дундажаас эрс хямд, 100{4}}цагийн системд-үйлдвэрлэлийн хэмжээ нь 20$/кВтц-аас бага эрчим хүчний төслүүдийг бүрдүүлэх. Үүнд хүрэхийн тулд өнөөдөр аль нь ч байхгүй гигаваттын хэмжээний үйлдвэрүүд, хялбаршуулсан угсралт шаардлагатай.
Механик хадгалалтын зардлыг урьдчилан төвлөрүүлдэг. Ус шахах гигаватт-хувьтай байгууламжид 1.5-2.5 тэрбум доллар шаардлагатай бөгөөд ашиглалтын хугацаа нь 50-100 жил байна. Шахсан агаар нь одоо байгаа геологийн агуйнуудаас шалтгаалж 60-100 ам.доллар/кВт/цаг, шинэ малталт нь 150-200 доллар/кВт. Таталцлын систем нь барилгын инженерийн нарийн төвөгтэй байдлаас хамааран 130-200 доллар/кВт.
Бодлогын механизм нь зардлыг бууруулах ажлыг хурдасгадаг. Хөрөнгө оруулалтын татварын хөнгөлөлт (АНУ-ын Инфляцийг бууруулах хуулийн дагуу 30%), үйлдвэрлэлийн татварын хөнгөлөлт, төрийн худалдан авалтын мандат нь орлогын тодорхой байдлыг хангадаг. Калифорниа, Массачусетс, Нью Йорк мужууд үндсэн хадгалалтын урамшууллаас тусдаа урт{5}}хугацаатай хадгалах хөтөлбөрүүдийг санал болгож, үнэ цэнийн ялгаатай саналыг хүлээн зөвшөөрдөг.
Интеграцийн сорилтууд: Үргэлжлэх хугацаатай ажиллах
Сүлжээний харилцан холболтын цагийн хуваарь нь байршуулалтад саад учруулдаг. Дамжуулалтын хүрэлцээний судалгаа, зардлын хуваарилалтын хэлэлцээр, физик дэд бүтцийн шинэчлэлийн улмаас АНУ-ын харилцан холболтын дарааллын дундаж хугацаа 3{5}}5 жил давсан. Урт{6}}хугацаатай төслүүд нь олон өдрийн цэнэгийн хүчин чадал, сүлжээний тогтвортой байдалд оруулсан хувь нэмрийн талаар нэмэлт шалгалттай тулгардаг.
Зах зээлийн дүрмийн шинэчлэл нь технологийн хөгжилд хоцрогдсон. Ихэнх бөөний захууд нь цаг тутам эрчим хүчний арбитраж, хязгаарлагдмал нэмэлт үйлчилгээ (давтамжийн зохицуулалт, хүчдэлийн дэмжлэг) -ийн хадгалалтыг нөхдөг. Тэд олон өдрийн фирмийн хүчин чадал, дамжуулалтыг хойшлуулах эсвэл улирлын шилжилтийг зохих ёсоор үнэлдэггүй. Зохицуулах байгууллагууд эдгээр ашиг тусыг авахын тулд нөхөн олговрын бүтцийг аажмаар дасан зохицдог.
Санхүүжилтийн бүтцийг сайжруулах шаардлагатай. Банкууд литийн{1}}ионы батерейг олон арван жилийн EV болон хэрэглээний электроникийн өгөгдөлтэй ойлгодог. Тэд 20-жилийн төмрийн урсгалын төсөл эсвэл 100-цагийн төмрийн агаарын системийн үйл ажиллагааны өргөн түүхгүй төслүүдийг бичих гэж тэмцэж байна. Төсөл боловсруулагчид өндөр хүүтэй өрийн багцуудыг нэгтгэж эсвэл өөрийн хөрөнгийн их хэмжээний хөрөнгийг шаарддаг.
Сайтын шаардлага нь эрс ялгаатай. Урсгал батерейнд электролитийн савны-ихэвчлэн литийн ионы суурилуулалтаас 2-3 дахин их зай шаардлагатай. Төмөр-агаарын систем нь агаарын электродуудад илүү их талбай шаарддаг. Эсрэгээр, механик хадгалалт нь тодорхой геологи (шахсан агаар) эсвэл өндрийн өөрчлөлт (шахсан ус, таталцал) шаарддаг бөгөөд энэ нь байршлын уян хатан байдлыг хязгаарладаг.
Интеграцийн багц: Ганц шийдэл байхгүй
Тохиромжтой хадгалах портфолио нь олон хугацааны хязгаарыг нэгтгэдэг гэдгийг сүлжээ төлөвлөгчид улам бүр хүлээн зөвшөөрдөг. Лити{1}}ион нь цаг-цагаас-цагийн тэнцвэрийг зохицуулдаг. Урсгал батерей буюу 8{7}}16 цагийн литийн системүүд нь уртасгасан оргил ба нэг шөнийн зайг зохицуулдаг. Төмрийн-агаар эсвэл олон{9}}өдөртэй урсгалын системүүд нь цаг агаарын нөлөөллөөс шалтгаалсан сэргээгдэх эрчим хүчний уналтыг гүүр болгодог. Технологи бүр нь дугуйн давтамж, үргэлжлэх хугацаа, зардлын хязгаарлалт дээр үндэслэн тодорхой орон зайг дүүргэдэг.
Калифорнийн арга барил нь энэ давхаргыг харуулж байна. Муж нь 1 ГВт-ын олон{2}}өдөр хадгалах багтаамжийг богино болон дунд хугацааны-тогтоосон томоохон зорилтуудын хажуугаар шаарддаг. Хэрэгслүүд нь тодорхой хэрэглээнд тохирсон технологиудыг сонгодог: давтамжийг зохицуулах литийн-ион ба 2{7}}4 цагийн оргил, өдөр тутмын ачааллыг шилжүүлэхэд зориулагдсан урсгал батерей, олон өдрийн тэсвэрлэх чадвартай төмрийн-агаар эсвэл устөрөгчийн систем.
Зарим урьдчилсан мэдээгээр сэргээгдэх эрчим хүчний 95%-д хүрэхийн тулд жилийн хүчин чадлын 5{4}}10%-ийг 8{9}}24 цагийн хадгалах сан, 2{11}}5%-ийг олон өдрийн турш ашиглах шаардлагатай гэж үзэж байна. Жилд 1000 ТВт/цаг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг системд 50-100 ТВт/цаг дунд, 20-50 ТВт/цаг урт хугацааны хадгалалт шаардлагатай. АНУ-ын одоогийн хүчин чадал нь нийт 10 TWh-аас бага байгаа нь байршуулалтын зөрүүг харуулж байна.
Ирээдүйн сүлжээ нь өдрийн хэрэгцээг хангах богино-лити, өдөр тутмын циклийг зохицуулах дундаж хугацаатай натри-ионы батерей, урт-төмрийн-агаар эсвэл ванадийн урсгалыг олон өдрийн цоорхойг нөхөх-боломжтой устөрөгчийн хуримтлал зэргийг багтаасан байх магадлалтай. Газарзүйн хүчин зүйл, нөөцийн хүртээмж, орон нутгийн сүлжээний шинж чанар нь бүх нийтийн шийдлээс илүүтэй тодорхой технологийн хольцыг тодорхойлно.
Байнга асуудаг асуултууд
Батерейг удаан хадгалах нь ердийн батерейгаас юугаараа ялгаатай вэ?
Удаан хугацааны батерейг хадгалах систем нь 2-8 цаг ажилладаг ердийн лити{1}}ион батерейтай харьцуулахад нэрлэсэн хүчээр 10+ цаг цэнэглэдэг. Өргөтгөсөн хугацаа нь цаг тутамд тэнцвэржүүлэхээс илүү олон{6}}өдөр сэргээгдэх эрчим хүчний цоорхойг шийддэг. Технологи нь ихээхэн ялгаатай-урсгалтай батерейнууд хүч болон эрчим хүчний хэмжилтийг салгаж, төмөр-агаар нь хэдэн өдрийн турш урвуу исэлдэлтийг ашигладаг ба механик системүүд боломжит энергийг шахсан агаар эсвэл өндөр массад хадгалдаг. Эрчим хүчний бүрэлдэхүүн хэсгүүд (электролит, төмөр, нөөцлүүр) нь лити-ионы хосолсон хүч-эрчим хүчний бүтэцтэй харьцуулахад-илүү хямд хэмжээтэй байдаг тул цэнэгийн бүтэц нь цэнэгийн{10}}хугацаа нь уртасдаг технологиудыг илүүд үздэг.
Яагаад бид лити{0}}ион батерейг удаан хугацаанд ашиглаж болохгүй гэж?
Литиум{0}}ионы эдийн засаг 8-12 цагаас илүү хугацаанд мууддаг. Нэмэлт цаг тутамд илүү олон батерейны эсүүд болон холбогдох электроникууд шаардагдах бөгөөд зардал нь шугаман байдлаар ойролцоогоор $140/кВт.цаг болж өсдөг. Альтернатив технологиуд нь эрчим хүчний хуримтлалыг (хямд) эрчим хүчний хангамжаас (үнэтэй) тусгаарладаг. Урсгал батерейны электролитийн үнэ 20$-60/кВт.цаг-нэмэлт савнууд нь үнэтэй электроникгүйгээр ажиллах хугацааг нэмэгдүүлдэг. Төмрийн{15}}агаар нь $20/кВт.ц-аас доош зорилтот хэмжээнд хүрдэг. 100-цагийн лити-ион систем нь нэг МВт нь14+ сая ам.долларын өртөгтэй байх бол төмрийн агаар нь нэг МВт тутамд 2 сая доллараас доош үнэтэй байх болно. Нэмж дурдахад лити-ион нь хангамжийн хязгаарлалт, галын эрсдэл, 1000-3000 мөчлөгийн ашиглалтын хугацаатай тулгардаг бол урсгал батерейны хувьд 10,000-20,000 орчим байдаг.
Аль үйлдвэрүүд эсвэл програмууд урт хугацааны хадгалалт шаарддаг вэ?
Сэргээгдэх эрчим хүчний өндөр нэвтрэлттэй-Калифорни, Техас мужид 4{8}}цагийн батерейг нөхөх боломжгүй олон-өдөртэй нийлүүлэлтийн цоорхойтой тулгараад байгаа-компьютерүүд нь урт{0}}хугацаа хадгалах шаардлагатай. 24/7 ажиллагаатай аж үйлдвэрийн байгууламжууд нь дизель генераторын зардал, утаа ялгаруулахаас зайлсхийж найдвартай нөөцлөх зорилгоор өргөтгөсөн хадгалах санг ашигладаг. Алсын бичил сүлжээ болон арлын бүлгүүд шатахуун тээвэрлэх нь үнэтэй, эсвэл цаг агаарын нөхцөл байдлаас шалтгаалж -өдөр хадгалах боломжтой. Дата төвүүд нүүрстөрөгчийн саармаг үүргээ биелүүлэхийн зэрэгцээ сүлжээ тасрах үед ажиллахын тулд 8{13}}24 цагийн хадгалах санг улам бүр тодотгож байна. Уул уурхайн үйл ажиллагаа нь сэргээгдэх эрчим хүчийг өдрийн цагаар ашиглахаас өдрийн цагаар боловсруулах хэрэгцээнд шилжүүлэхийн тулд урт{15}}хугацаатай системийг ашигладаг.
Өргөн хүрээтэй хүүхэд үрчлүүлэхэд юу саад болж байна вэ?
Үйлдвэрлэлийн цар хүрээ хангалтгүй хэвээр байна-батарейны үйлдвэрлэлийн хүчин чадал жил бүр гигаватт-цагаас бага, лити ионы хувьд хэдэн зуун гигаватт-цагаас бага байна. Зах зээлийн дүрэм нь олон өдрийн найдвартай байдлын үнэ цэнийг хангалттай нөхөж чаддаггүй тул төслүүдийг зөвхөн эрчим хүчний арбитражаар дамжуулан эдийн засгийг зөвтгөхөд хүргэдэг. Хязгаарлагдмал үйл ажиллагааны өгөгдөл болон технологийн эрсдэлээс шалтгаалж төслийн санхүүжилтийн зардал литийн-ионоос давж байна. Урсгал батерейны мембран, төмрийн{9}}агаарын электрод зэрэг тусгай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийлүүлэлтийн сүлжээний хөгжил хоцорч байна. Харилцан холболтын дарааллын 3-5 жилийн хугацаа нь ашиглалтыг хойшлуулж, зөвшөөрөгдсөн процессууд нь тогтоосон аюулгүй байдлын стандартгүй шинэ технологитой тэмцэж байна. Үлгэр жишээ төслүүд гүйцэтгэлийг баталгаажуулж, бодлогын шинэчлэл нь тодорхой үнэ цэнийн саналыг хүлээн зөвшөөрснөөр эдгээр саад бэрхшээл багасдаг.
Батерейг удаан хугацаанд хадгалахын тулд урагшлах зам нь технологийн тасралтгүй хөгжил, үйлдвэрлэлийн цар хүрээг-өсгөх, зах зээлийн дүрмийн шинэчлэл, найдвартай байдлын үр ашгийг хүлээн зөвшөөрсөн бодлогын урамшууллыг хослуулсан. Янз бүрийн хугацаанд үйлчилдэг технологиуд нь өрсөлдөхөөс илүүтэй зэрэгцэн орших бөгөөд тус бүр нь тодорхой хэрэглээ болон дугуйн загварт тохирсон. Амжилт нь урьдчилан таамаглаж болохуйц гүйцэтгэл, өртөгтэй-үйлдвэрлэсэн бүтээгдэхүүн рүү төлөвлөгдсөн захиалгат суурилуулалтаас шилжихээс шалтгаална.
Мэдээллийн эх сурвалж:
Зах зээл, зах зээл - Урт хугацааны эрчим хүч хадгалах зах зээл (2024-2030)
Clean Energy Group - Урт -Эрчим хүчний нөөцийн тайлан (2025 оны 5-р сар)
Сэргээгдэх эрчим хүчний үндэсний лаборатори - Сүлжээний хадгалалтын судалгаа (2023)
Номхон далайн баруун хойд үндэсний лаборатори - Төмрийн урсгалын батерейны судалгаа (2024 оны 3-р сар)
Байгалийн харилцаа холбоо - Фосфонат-д суурилсан төмрийн цогцолбор судалгаа (2024)