विभिन्न ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरू कसरी तुलना गर्छन्?

 

 

मैले धेरै घण्टा भित्र डुब्न बिताएको छुऊर्जा भण्डारण प्रविधिहरू। इमानदारीपूर्वक, मेरो छिमेकीको ब्याट्री सेटअपको बारेमा जिज्ञासाको रूपमा सुरु भएको कुरा जुनूनमा परिणत भयो। त्यसोभए यहाँ मैले के पत्ता लगाएको छु-र मलाई विश्वास गर्नुहोस्, यी केही चीजहरूले मलाई आश्चर्यचकित तुल्यायो।

परिदृश्य नाटकीय रूपमा परिवर्तन भएको छ। पाँच वर्षअघि, हामी मूलतया लिथियम-आयन र पम्प गरिएको हाइड्रोको बारेमा कुरा गरिरहेका थियौं। त्यो थियो। अब? विकल्पहरू लगभग भारी छन्।

लिथियम - आयन कथा

सबैलाई लिथियम - आयन थाहा छ। तपाईको फोन, ल्यापटप, सायद तपाईको कार-यो जताततै छ। तर यहाँ छ जहाँ चीजहरू ग्रिड- मापन र गृह अनुप्रयोगहरूको लागि रोचक हुन्छन्।

ऊर्जा घनत्व उल्लेखनीय छ। हामी 150-250 Wh/kg को बारेमा कुरा गर्दैछौं, जसको मतलब तपाईले गम्भीर भण्डारण क्षमतालाई अपेक्षाकृत कम्प्याक्ट एकाइहरूमा प्याक गर्न सक्नुहुन्छ। त्यसलाई 35-40 Wh/kg मा लिड-एसिडसँग तुलना गर्नुहोस्, र तपाईंले लिथियम-आयनले यति चाँडो किन लियो भनेर बुझ्न थाल्नुहुन्छ। यो नजिक पनि छैन।

राउन्ड-यात्रा दक्षता लगभग 85-95% बस्छ। त्यो महत्त्वपूर्ण छ। तपाईंले प्रत्येक 100 kWh मा राख्नुभयो भने, तपाईंले 85-95 फिर्ता गरिरहनुभएको छ। बाँकी उर्जा तातो बन्छ, त्यसैले यी प्रणालीहरूमा थर्मल व्यवस्थापन धेरै महत्त्वपूर्ण हुन्छ। मैले स्थापनाहरू देखेको छु जहाँ खराब शीतलनले दक्षतालाई 10-15 प्रतिशत बिन्दुले घटाएको छ। महँगो गल्ती।

साइकल जीवन रसायन विज्ञान र प्रयोग ढाँचामा निर्भर गर्दछ। LFP (लिथियम आइरन फस्फेट) कोशिकाहरूले 4,000-6,000 चक्रहरू डिस्चार्जको 80% गहिराइमा हिट गर्न सक्छन्। NMC रसायन? समान अवस्थाहरूमा 1,500-2,000 जस्तै। तपाईंले आजीवन मूल्य गणना गर्दा त्यो भिन्नता महत्त्वपूर्ण हुन्छ।

डिग्रेडेसन कर्भ भनेको निर्माताहरूले सधैं जोड दिँदैनन्। तपाईले इष्टतम उपयोगको साथ पनि प्रति वर्ष लगभग 2-3% क्षमता गुमाउनुहुन्छ। एक दशक पछि, त्यो 10 kWh ब्याट्री वास्तविक रूपमा 8 kWh ब्याट्री हो। सोही अनुसार योजना बनाउनुहोस्।

फ्लो ब्याट्रीहरू: कम मूल्याङ्कन गरिएको विकल्प

म स्वीकार गर्छु कि मैले वर्षौंसम्म प्रवाह ब्याट्रीहरूलाई कम आँकलन गरें। एक आला टेक्नोलोजी जस्तो देखिन्थ्यो जुन वास्तवमा कहिल्यै मापन गर्दैन। म गलत थिएँ।

अवधारणा सुरुचिपूर्ण छ: दुई इलेक्ट्रोलाइट समाधानहरू अलग ट्याङ्कहरूमा भण्डारण गरिन्छ, सेल स्ट्याक मार्फत पम्प गरिन्छ जहाँ तिनीहरूले झिल्लीमा आयनहरू आदानप्रदान गर्छन्। पावर आउटपुट स्ट्याक साइजमा निर्भर गर्दछ। ऊर्जा क्षमता ट्यांक आकार मा निर्भर गर्दछ। तपाईंले तिनीहरूलाई स्वतन्त्र रूपमा मापन गर्न सक्नुहुन्छ- जुन निश्चित अनुप्रयोगहरूको लागि साँच्चै उपयोगी छ।

भ्यानेडियम रेडक्स फ्लो ब्याट्रीहरू (VRFBs) अहिले व्यावसायिक बजारमा हावी छन्। राउन्ड-ट्रिप दक्षता लिथियम-आयन-सामान्यतया ६५-७५%- भन्दा कम छ तर यहाँ कुरा छ: इलेक्ट्रोलाइटले लिथियम-आयन इलेक्ट्रोडले गर्ने तरिकालाई घटाउँदैन। केही उत्पादकहरूले न्यूनतम क्षमता हानिका साथ २०,000+ चक्रहरू दाबी गर्छन्। इलेक्ट्रोलाइट नै लगभग अनिश्चित कालको लागि पुन: प्रयोग गर्न सकिन्छ।

यद्यपि पदचिह्न पर्याप्त छ। तपाईलाई ट्याङ्की, पम्प, सेल स्ट्याक, शीतलन प्रणालीको लागि ठाउँ चाहिन्छ। उपयोगिता-का लागि 4+ घण्टा अवधि आवश्यकताहरूको साथ स्केल स्थापनाहरू, अर्थशास्त्र आकर्षक देखिन थाल्छ। आवासीय लागि? व्यावहारिक छैन। कम्तिमा अझै छैन।

पम्प्ड हाइड्रो: अझै विशाल

यहाँ मैले केही समय बिताउनु पर्ने हुन्छ, किनभने पम्प गरिएको हाइड्रोलाई आधुनिक ऊर्जा भण्डारण छलफलहरूमा बेवास्ता गरिन्छ, र त्यो गल्ती हो।

विश्वव्यापी रूपमा, पम्प गरिएको हाइड्रोले स्थापित ग्रिड-मापन ऊर्जा भण्डारण क्षमताको लगभग 95% प्रतिनिधित्व गर्दछ। त्यसलाई डुब्न दिनुहोस्। सबै लिथियम-आयन शीर्षकहरू, सबै प्रवाह ब्याट्री प्रेस विज्ञप्तिहरू-तिनीहरू बाँकी 5% को लागि प्रतिस्पर्धा गर्दैछन्। संख्याहरू अचम्मलाग्दो छन्: विश्वभर 160 GW भन्दा बढी पम्प गरिएको हाइड्रो क्षमता, सयौं GWh मा नापिएको ऊर्जा भण्डारण गर्दै।

सिद्धान्त सरल हुन सक्दैन। बिजुली सस्तो वा प्रचुर हुँदा पानी माथि पम्प गर्नुहोस्। तपाईंलाई पावर चाहिने बेला यसलाई टर्बाइनहरू मार्फत तल प्रवाह गर्न दिनुहोस्। गुरुत्वाकर्षण सम्भाव्य ऊर्जा, भण्डारण र जारी। कुनै विदेशी सामग्री, कुनै जटिल रसायन, परम्परागत अर्थमा कुनै गिरावट चिन्ता छैन।

राउन्ड-ट्रिप दक्षता दायरा 70-85% बाट, स्थापना डिजाइनमा निर्भर गर्दछ। लिथियम -आयन जत्तिकै उच्च छैन, तर फ्लो ब्याट्रीहरूसँग प्रतिस्पर्धी। र यहाँ के महत्त्वपूर्ण छ: प्रणालीहरू अन्तिम। भर्जिनियामा बाथ काउन्टी पम्प भण्डारण स्टेशन 1985 देखि सञ्चालन भइरहेको छ। लगभग चार दशक भरपर्दो सञ्चालन। 40-वर्ष पुरानो ब्याट्री फेला पार्न प्रयास गर्नुहोस् जुन अझै पनि काम गर्दछ।

प्रतिक्रिया समय परिवर्तनशील-स्पीड पम्प-टर्बाइनहरूसँग नाटकीय रूपमा सुधार भएको छ। आधुनिक स्थापनाहरू दुई मिनेट भित्र शून्यबाट पूर्ण आउटपुटमा जान सक्छ। यो धेरै ग्रिड स्थिरीकरण आवश्यकताहरूको लागि पर्याप्त छिटो छ।

स्पष्ट सीमा भूगोल हो। तपाईंलाई उचाइ भिन्नता र पानी चाहिन्छ। धेरै उपयुक्त साइटहरू पहिले नै नर्वे, स्विट्जरल्याण्ड, र संयुक्त राज्य अमेरिकाका केही भागहरूमा विकसित भइसकेका छन्। तर-र यो मनमोहक छ-बंद-लुप प्रणालीहरूमा बढ्दो चासो छ जुन प्राकृतिक जल निकायहरूमा भर पर्दैन। परित्याग गरिएका खानीहरू, उद्देश्य-जलाशयहरू, भूमिगत गुफाहरू पनि।

निर्माण लागत उच्च रहन्छ। हामी प्रमुख स्थापनाहरूका लागि अरबौं डलरको कुरा गर्दैछौं र वर्षहरूमा, कहिलेकाहीं दशकहरूमा मापन गरिएको समयरेखाहरूलाई अनुमति दिन्छौं। त्यो अगाडि-लोड गरिएको लगानी नयाँ विकासको लागि मुख्य बाधा हो, प्राविधिक सीमितताहरू होइन।

संकुचित वायु

CAES-संकुचित वायु ऊर्जा भण्डारण। हाल दुईवटा ठूला - मापनका बिरुवाहरू सञ्चालनमा छन्: जर्मनीमा हनटोर्फ (१९७८ देखि) र अलाबामामा म्याकइन्टोस (१९९१ देखि)। दुवैले भूमिगत नुन गुफाहरू प्रयोग गर्छन्। पारम्परिक एडियाब्याटिक डिजाइनहरूको लागि दक्षता लगभग 40-50% छ, यद्यपि उन्नत आइसोथर्मल दृष्टिकोणले 70%+. रोचक प्रविधि, सीमित परिनियोजनको वाचा गर्दछ। अघि बढ्दै छ।

हाइड्रोजन प्रश्न

म हाइड्रोजनमा अगाडि र पछाडि जान्छु। केही दिन मलाई लाग्छ कि यो लामो-अवधि भण्डारणको भविष्य हो। अन्य दिन, दक्षता हानि असुरक्षित देखिन्छ।

यहाँ आधारभूत गणित छ जसले मानिसहरूलाई ट्रिप गर्छ। इलेक्ट्रोलिसिस लगभग ६०-८०% दक्षतामा चल्छ। कम्प्रेसन वा द्रवीकरणले ऊर्जाको अर्को भाग लिन्छ। जब तपाइँ ईन्धन सेल मार्फत बिजुलीमा रूपान्तरण गर्नुहुन्छ, तपाइँ शायद 40-60% दक्षता हेर्दै हुनुहुन्छ। ती सँगै स्ट्याक गर्नुहोस् र 25-45% को बीचमा राउन्ड-ट्रिप दक्षता भूमिहरू। त्यो... राम्रो छैन।

तर दक्षता नै सबै कुरा होइन। हाइड्रोजनले अन्य प्रविधिहरूले गर्न नसक्ने कुरा प्रदान गर्दछ: साँच्चै मौसमी भण्डारण बिना गिरावट। ग्रीष्ममा हाइड्रोजन उत्पादन गर्नुहोस् जब सौर्य उत्पादन चुचुरो हुन्छ, यसलाई भूमिगत गुफा वा ट्यांकहरूमा भण्डार गर्नुहोस्, र जाडोमा माग बढ्दा प्रयोग गर्नुहोस्। फ्लो ब्याट्रीमा रहेको इलेक्ट्रोलाइटले छ महिना निष्क्रिय बसेपछि पनि काम गर्छ, पक्कै, तर हाइड्रोजन त्यहाँ बस्छ। कुनै स्व-डिस्चार्ज चिन्ता छैन।

अर्को फाइदा बहुमुखी प्रतिभा हो। भण्डारण गरिएको हाइड्रोजन फेरि बिजुली बन्न सक्छ, हो। तर यसले औद्योगिक प्रक्रियाहरू, इन्धन सवारी साधनहरू, वा तातो उत्पन्न गर्न पनि सक्छ। त्यो वैकल्पिकताको वास्तविक मूल्य छ, यद्यपि यसलाई परिमाण गर्न गाह्रो छ।

Flywheels मा द्रुत नोट

फ्लाईव्हीलहरू लगभग बिर्सिए। तिनीहरूले स्पिनिङ रोटरमा गतिज ऊर्जा भण्डारण गर्छन्-सामान्यतया घर्षण कम गर्न भ्याकुममा चल्ने कार्बन फाइबर कम्पोजिटहरू। प्रतिक्रिया समय अनिवार्य रूपमा तात्कालिक हुन्छ, जसले तिनीहरूलाई फ्रिक्वेन्सी नियमनका लागि उत्तम बनाउँछ। तर ऊर्जा क्षमता सीमित छ। तपाईं भण्डारणको मिनेट हेर्दै हुनुहुन्छ, घण्टा होइन। बीकन पावरले न्यूयोर्कमा २० मेगावाटको सुविधा सञ्चालन गर्दछ जसले फ्रिक्वेन्सी नियमनलाई राम्रोसँग गर्छ। थोक भण्डारणको लागि? अन्यत्र हेर्नुस् ।

थर्मल भण्डारण रोचक हुन्छ

पग्लिएको नुन, तातो बालुवा, क्रायोजेनिक तरल पदार्थ, बरफ- यहाँ मानिसहरूले बुझेको भन्दा धेरै विविधता छ।

केन्द्रित सौर्य ऊर्जा प्लान्टहरूले वर्षौंदेखि पग्लिएको नुन भण्डारण प्रयोग गर्दै आएका छन्। स्पेनको जेमासोलर प्लान्टले लगभग 565 डिग्रीमा पग्लिएको नाइट्रेट लवणमा भण्डारण गरिएको तातो प्रयोग गरेर प्रत्यक्ष सूर्यको किरण बिना 15 घण्टासम्म बिजुली उत्पादन गर्न सक्छ। यो प्रमाणित प्रविधि हो।

मलाई हालसालै तातो बालुवा र बजरी भण्डारण गर्ने कुरा हो। यी प्रणालीहरूले सस्तो, प्रचुर मात्रामा सामग्रीहरू प्रयोग गर्छन् जसले 1000 डिग्री भन्दा माथिको तापक्रम सहन सक्छ। चिन्ताको लागि कुनै विदेशी आपूर्ति श्रृंखलाहरू छैनन्। पोलर नाइट एनर्जी नामक फिनल्याण्डको कम्पनीले 100 मेगावाटको बालुवा ब्याट्री निर्माण गर्‍यो जुन 2022 देखि व्यावसायिक रूपमा सञ्चालन भइरहेको छ। राउन्ड-ट्रिप दक्षता कम छ-सम्भवतः 50-बिजुलीको लागि 60%{10}}देखि-, यदि तपाइँको बिजुलीले प्राथमिक तताउन सक्छ भने ९०%+.

चिसो अनुप्रयोगहरूको लागि बरफ भण्डारण पनि उल्लेख योग्य छ। बिजुली सस्तो हुँदा रातमा बरफ बनाउनुहोस्, शिखर दिउँसोको समयमा वातानुकूलितको लागि प्रयोग गर्नुहोस्। सरल, प्रभावकारी, र हजारौं व्यावसायिक भवनहरूमा पहिले नै तैनाथ गरिएको छ। ग्लैमरस होइन, तर यसले काम गर्छ।

त्यसोभए तिनीहरूले वास्तवमा कसरी तुलना गर्छन्?

इमानदार जवाफ हो: यो तपाइँ के गर्न कोशिस गर्दै हुनुहुन्छ मा निर्भर गर्दछ। म त्यो जवाफलाई घृणा गर्छु, तर यो सत्य हो।

अवधि आवश्यकताहरू

उप-दोस्रो प्रतिक्रिया र छोटो- अवधि आवश्यकताहरूको लागि (सेकेन्डदेखि मिनेट), फ्लाईव्हील र सुपर क्यापेसिटरहरू हावी हुन्छन्। तिनीहरू प्रति kWh महँगो छन् तर गतिको लागि अपराजेय छन्। लिथियम-आयनले 1-४ घण्टाको सञ्झ्याललाई धेरै राम्रोसँग ह्यान्डल गर्छ- यो त्यही हो जहाँ अधिकांश आवासीय र व्यावसायिक डिप्लोयमेन्टहरू बस्छन्। एकचोटि तपाईंले 8-10 घण्टा अघि धकेल्नुभयो भने, पम्प गरिएको हाइड्रो र फ्लो ब्याट्रीहरू अधिक किफायती हुन्छन्। हप्ता वा महिना फैलिएको मौसमी भण्डारणको लागि, हाइड्रोजन साँच्चै एक मात्र व्यवहार्य विकल्प हो।

लागत वास्तविकता

लिथियम-आयन प्याक लागतहरू २०१० मा लगभग $१,१००/किलोवाट घन्टाबाट २०२४ मा लगभग $१४०/किलोवाट घन्टामा झरेको छ। यो अचम्मको प्रक्षेपण हो। तर ब्याट्री लागत समीकरण को भाग मात्र हो। प्रणालीको सन्तुलन, स्थापना, ग्रिड इन्टरकनेक्शन, अनुमति दिँदै- यी "नरम लागतहरू" बढ्दो रूपमा परियोजना बजेटहरूमा हावी हुन्छन्। 100 kWh को आवासीय प्रणाली स्थापना गर्न $20,000-35,000 लागत हुन सक्छ, स्थान र स्थानीय नियमहरूमा धेरै निर्भर गर्दछ।

पम्प्ड हाइड्रोसँग लामो-अवधिका अनुप्रयोगहरूको लागि भण्डारणको सबैभन्दा कम लागत हुन्छ, सामान्यतया $५०-८०/MWh परियोजनाको जीवनकालमा। क्याच त्यो अग्रिम पूंजी आवश्यकता हो जुन मैले पहिले उल्लेख गरेको छु। तपाईलाई धैर्यवान लगानीकर्ता चाहिन्छ।

फ्लो ब्याट्रीहरू अझै महँगो छन्-सम्भवतः $300-पूरा प्रणालीहरूको लागि 500/kWh-तर लामो आयुले स्तरीकृत लागतहरूमा गणित परिवर्तन गर्दछ। यदि तपाइँको आवेदनले 10,000+ 20 वर्ष भन्दा बढी चक्र माग्छ भने, संख्याहरू सावधानीपूर्वक चलाउनुहोस्।

वातावरणीय विचारहरू

यहाँ मैले अलिकति प्रचार गर्छु, माफ गर्नुहोस्। लिथियम-आयन उत्पादनले वास्तविक वातावरणीय प्रभावहरू-कोबाल्ट खानी अवस्था, लिथियम निकासी पानीको प्रयोग, जीवन रिसाइक्लिंग चुनौतीहरू-को अन्त्य- गर्दछ। हामी यी सबैमा राम्रो हुँदैछौं, तर ब्याट्रीहरू पूर्ण रूपमा सफा छ भनी बहाना गर्नु भोली हो। पम्प गरिएको हाइड्रोले ल्यान्डस्केप र इकोसिस्टमलाई परिवर्तन गर्छ, यद्यपि बन्द-लुप डिजाइनहरूले प्रभावहरूलाई कम गर्छ। इलेक्ट्रोलाइसिसबाट हाइड्रोजन मात्र बिजुलीले यसलाई पावर जत्तिकै सफा गर्छ। यी ट्रेडअफहरू महत्त्वपूर्ण छन् र इमानदार छलफलको योग्य छन्।

म वास्तवमा के सिफारिस गर्छु

धेरै घरहरू र साना व्यवसायहरूको लागि? लिथियम-आयन, विशेष गरी LFP रसायन। प्रविधि परिपक्व छ, स्थापनाकर्ताहरूले यसलाई बुझेका छन्, र मूल्यहरू साँच्चै उचित भएको छ। यसलाई रूफटप सोलारसँग जोड्नुहोस् र तपाईंले १०-१५ वर्षसम्म राम्रोसँग सेवा गर्ने प्रणाली पाउनुभएको छ।

ग्रिड - मापन परियोजनाहरूको लागि 4+ घण्टा अवधि आवश्यकताहरू, कुराकानी थप रोचक हुन्छ। म लिथियम-आयनको साथमा प्रवाह ब्याट्रीहरूको गम्भीर रूपमा मूल्याङ्कन गर्छु, विशेष गरी यदि अनुप्रयोगले उच्च चक्र गणनाहरू माग गर्दछ। र पम्प गरिएको हाइड्रोलाई खारेज नगर्नुहोस् किनभने यो पुरानो-फैशनको-जहाँ भूगोलले अनुमति दिन्छ, यो प्रायः सबैभन्दा राम्रो-दीर्घकालीन लगानी हो।

उदीयमान प्रविधिहरूमा पनि नजर राख्नुहोस्। सोडियम-आयन ब्याट्रीहरू व्यावसायिक व्यवहार्यतामा पुगेका छन् र केही वर्षभित्रै लागतमा लिथियम-आयन कम गर्न सक्छन्। आइरन-एयर ब्याट्रीहरूले लामो-अवधिका अनुप्रयोगहरूको लागि उल्लेखनीय ऊर्जा घनत्व प्रदान गर्दछ। पानीको सट्टा ठोस ब्लक प्रयोग गरी गुरुत्वाकर्षण भण्डारण व्यवसायीकरण भइरहेको छ।

परिदृश्य द्रुत रूपमा विकसित हुँदैछ। आज जे राम्रो देखिन्छ, पाँच वर्षमा जवाफ नहुन सक्छ। त्यो अनिश्चितता निराशाजनक छ यदि तपाइँ अहिले निर्णय गर्न आवश्यक छ, तर यो साँच्चै रोमाञ्चक पनि छ। हामी संसारले कसरी ऊर्जा भण्डारण गर्छ भन्ने परिवर्तनको माध्यमबाट बाँचिरहेका छौं, र नवीनताको गति सुस्त भइरहेको छैन।