Nouveau stockage d'énergie, pourquoi le Big Break ?

Le 9 août 2019 à 17h00, le Royaume-Uni a été contraint d'appuyer sur le bouton pause.

Un effondrement soudain du réseau électrique en Angleterre et au Pays de Galles a entraîné une panne de courant massive à . La gare la plus fréquentée de Londres, King's Cross, a été forcée de fermer temporairement en cas d'urgence, bloquant un grand nombre de passagers; de nombreux autres citoyens ont été piégés dans le métro et les hôpitaux dont l'alimentation de secours était insuffisante ont été contraints de suspendre leurs activités. En ce crépuscule d'été, un million de personnes se trouvaient dans un état d'incertitude.

A 16 h 52 min 33 s 49 s, un coup de foudre provoque un court-circuit dans la ligne d'une sous-station, qui est rapidement dégagée mais entraîne le premier hors-réseau de l'alimentation électrique distribuée et l'affaiblissement du réseau électrique principal.

16: 52: 33,728 secondes, situé en mer du Nord, la plus grande centrale éolienne offshore Hornsea Horn au monde, il y a une baisse significative de la production d'énergie éolienne. Comme le Royaume-Uni a vigoureusement promu l'énergie propre, 40% de l'électricité du pays repose sur la production d'énergie éolienne et photovoltaïque, et le talon d'Achille de ces nouvelles sources d'énergie n'est pas assez stable.

À 16 h 52 min 34 s à 53 h 58, une série de pannes s'est produite à l'unité de vapeur de la centrale électrique de Little Barford, et l'alimentation électrique distribuée hors réseau s'est agrandie. Depuis lors, la triple pile de sources d'énergie distribuées, le parc éolien de Horn et les unités de vapeur de Little Barford qui se sont déconnectées du réseau en raison de la foudre ont entraîné une perte de 6,5% de la charge totale sur le réseau, une baisse significative de la fréquence et la début de coupures de courant dans de nombreuses régions.

L'analyse de l'incident indique qu'il s'agissait d'un effondrement du réseau en raison d'un pourcentage élevé d'énergie propre (énergie éolienne) connectée au réseau et d'une alimentation de secours insuffisante. La grande quantité de nouvelle production d'énergie remplaçant la production d'énergie traditionnelle a conduit à une réduction de la capacité du système électrique à résister au différentiel de puissance. En cas de perturbations successives du système électrique, le secours du système est insuffisant pour rattraper dans le temps le déficit de puissance, provoquant l'accident.

En fin de compte, il a été heureux que l'unité de stockage pompé ait pu augmenter sa production à temps pour empêcher une nouvelle expansion de l'accident, montrant ainsi l'importance du stockage d'énergie pour un pourcentage élevé de nouvelles sources d'énergie lorsqu'elles sont connectées au réseau.

L'énergie éolienne et le photovoltaïque sont très dépendants de la météo elle-même. Par exemple, le PV a tendance à culminer à midi, et la nuit il n'y a pas d'électricité disponible, mais la nuit est exactement le pic de consommation d'électricité, donc d'autres sources d'énergie doivent être utilisées pour réguler le pic, qui est une grande charge sur le la grille.

Dans le cadre du grand objectif de neutralité carbone de la Chine, l'Administration nationale de l'énergie a présenté un plan pour stimuler rapidement les énergies propres telles que l'énergie photovoltaïque et éolienne, ce qui nécessite un soutien systématique et à grande échelle au stockage de l'énergie. Actuellement, le moyen de stockage d'énergie le plus traditionnel au monde est le stockage par pompage, tandis que dans le nouveau stockage d'énergie, le stockage d'énergie électrochimique se développe à un rythme alarmant.

L'analyse approfondie d'aujourd'hui est le troisième article du pôle scientifique et technologique "Carbon Neutral", où nous nous concentrerons sur le nouveau stockage d'énergie, en mettant l'accent sur le stockage d'énergie électrochimique. Nous allons d'abord résumer les méthodes de stockage d'énergie disponibles, et quels sont leur potentiel d'itération technique et leur espace incrémentiel sur le marché ? Dans le cadre de la tendance à l'augmentation de la part de la production d'énergie nouvelle, à quels scénarios les différentes méthodes de stockage d'énergie peuvent-elles répondre ? Et l'analyse économique du stockage de l'énergie, qui paie pour le stockage de l'énergie ?

1、Pourquoi le stockage d'énergie explose-t-il ?

Pour comprendre pourquoi le stockage d'énergie explose, vous devez d'abord comprendre le réseau.

La vitesse de l'électricité est très rapide, transmise à la vitesse de la lumière, de sorte que la production, la transmission et la distribution d'électricité doivent être complétées dans une synchronisation instantanée, et l'ensemble du système électrique est dans un équilibre dynamique à tout moment. Lorsque le réseau est en fonctionnement normal, la puissance active générée par le générateur et la puissance active consommée par la charge sont en équilibre, et la fréquence de l'ensemble du système est maintenue à la valeur nominale.

Lorsque la puissance d'alimentation est supérieure à la puissance de charge, la fréquence du système augmente et inversement, elle diminue. Par conséquent, le réseau doit s'assurer que la fréquence se situe dans une plage raisonnable au moyen d'une régulation de fréquence primaire et d'une régulation de fréquence secondaire, sinon un effondrement de la fréquence se produira, entraînant une panne de courant sur une grande surface, tout comme cet accident au Royaume-Uni 2019 blackout à le début de cet article.

Les systèmes électriques ont des exigences de stabilité élevées.

Mais pour l'éolien, le photovoltaïque et autres nouvelles énergies, une faiblesse fatale est une forte intermittence et volatilité. Pour l'éolien, que se passe-t-il si le vent devient faible à un certain moment, voire nul ? Pour le photovoltaïque, et s'il pleut beaucoup en un mois, pas de soleil ? Et généralement, la lumière est la plus forte à midi et la plus faible la nuit, et sa production d'énergie fluctue également.

Cette instabilité est un cauchemar pour le réseau et doit être régulée par d'autres moyens. Ce nouvel approvisionnement en énergie, comme les fluctuations quotidiennes de l'énergie éolienne jusqu'à 80% de capacité installée, rendra l'ensemble du réseau vulnérable, en cas de conditions météorologiques extrêmes, au risque d'effondrement du réseau, qui s'est produit aux États-Unis et en Europe, de sorte que le vent l'électricité et le photovoltaïque étaient autrefois appelés «poubelles» par les gens du pouvoir.

Dans cette forte volatilité, s'il n'y a pas de stockage d'énergie, comme le Qinghai, la Mongolie intérieure et d'autres lieux de puissance scénique, dans le cas d'une lumière ou d'un vent suffisants, génèrent beaucoup d'électricité mais ne peuvent pas s'épuiser, il fait face à un taux très élevé de lumière abandonnée, de vent abandonné.

L'Agence internationale de l'énergie (AIE) a donné une ligne directrice qui divise la proportion d'énergie renouvelable intermittente (éolien et PV) à absorber par le réseau en quatre étapes.

Phase I : en dessous de 3%, pratiquement pas d'impact sur le fonctionnement du réseau.

Étape 2 : Entre 3% et 15%, l'impact sur le réseau est moindre, et la volatilité et l'intermittence peuvent être lissées en prévoyant la production intermittente d'unités d'énergie renouvelable et en renforçant le dispatching.

La troisième étape: entre 15%-25%, l'impact sur le réseau est plus important, lorsque les exigences de flexibilité du réseau sont fortement augmentées, la nécessité d'augmenter la centrale de régulation de fréquence à court terme, la nécessité à moyen et long terme d'introduire de l'énergie stockage.

Étape 4 : Entre 25% et 50%, la stabilité du réseau est mise à l'épreuve, avec 100% de la puissance fournie par des énergies renouvelables intermittentes pendant quelques heures, et toutes les centrales doivent être configurées pour fonctionner de manière flexible avec stockage d'énergie pour faire face aux variations aléatoires côté puissance et côté charge .

Pour utiliser une analogie, le réseau électrique est comme une grande rivière, si seulement 1-2 petits affluents dans le temps, le débit d'eau global sur le gros et pas trop gros impact sur l'eau Minaziff n'a pas non plus un trop gros impact, mais quand plus et plus d'affluents, et parfois certains affluents ont de l'eau, parfois pas d'eau, le niveau d'eau de la rivière principale change beaucoup, il est nécessaire de réguler. Lorsque la proportion d'énergie nouvelle dépasse 15%, le recours à la technologie de stockage d'énergie pour « couper le pic et combler la vallée », s'impose.

Surtout dans le cas d'une proportion croissante de véhicules électriques, le nombre de bornes de recharge augmentera également à un rythme élevé, et l'impact sur le grand réseau électrique au plus fort de la recharge sera relativement important. Doté d'un système de stockage tampon à la manière d'un réservoir, il est également l'un des principaux moteurs du développement de l'activité domestique de stockage d'énergie, étroitement liée à la possession de véhicules électriques.

La grande explosion du stockage de l'énergie domestique vient des changements de politique. Dans le cadre de la neutralité carbone et de l'amélioration de l'autonomie énergétique, l'Office national de l'énergie dans l'« Avis sur les questions relatives au développement et à la construction de l'énergie éolienne et de la production d'énergie photovoltaïque en 2021 », prévoit d'atteindre une capacité installée totale de 1,2 milliard kilowatts d'énergie éolienne et photovoltaïque en 2030, et à la fin de 2020, le paysage total n'est que de 630 millions de kilowatts, cet objectif signifie que dans les 10 prochaines années, l'énergie éolienne et le photovoltaïque ajouteront 300 millions de kilowatts chacun.

Pour l'industrie de soutien au stockage d'énergie, depuis 2020, il y a eu une politique intensive, en particulier en 2021 jusqu'à présent, de nombreuses politiques d'atterrissage spécifiques ont été émises, y compris PV obligatoire, éolien avec politique de stockage, nécessitant de nouvelles installations devant être configurées avec 15% à 20% de stockage d'énergie. Ce ratio est calculé sur la base de la centrale PV à la baisse de la courbe de puissance de nuit, ou de l'affaiblissement du vent, mais continue également à assurer 2 heures de puissance absorbée.

Selon l'estimation du réseau national, avant 2035, la capacité installée d'énergie éolienne et lumineuse atteindra respectivement 700 millions et 650 millions de kilowatts, et le taux de fluctuation quotidien maximal de l'énergie éolienne et solaire devrait atteindre 156 millions et 416 millions de kilowatts. respectivement, ce qui dépasse largement la capacité de régulation actuelle. Il est urgent de reconstruire le système de pointe pour avoir la capacité de régulation pour faire face à la fluctuation quotidienne de puissance d'environ 500 millions de kilowatts d'énergie nouvelle.

D'une part, le stockage d'énergie peut résoudre l'inadéquation entre la production d'électricité et la charge de consommation d'électricité pendant les heures de pointe et de creux en coupant les pics et en comblant les creux ; d'autre part, il peut participer à la fourniture de services auxiliaires de puissance pour résoudre l'instabilité du réseau causée par la volatilité de la production d'énergie des paysages. En outre, la configuration flexible du système de stockage d'énergie peut également augmenter la consommation locale d'électricité et réduire le coût de construction du système de transmission.

Pris ensemble, la distribution obligatoire et le stockage deviendront un point de croissance explosif du côté de la production à court terme. Du côté du réseau et du côté de l'électricité, la demande politique de stockage d'énergie progressera également régulièrement, avec des tarifs de pointe et de vallée et des subventions locales, etc., contribuant tous positivement au stockage d'énergie industriel et résidentiel.

Deuxièmement, quelles sont les nouvelles méthodes de stockage d'énergie ?

En raison de la nature prête à l'emploi de l'électricité, le stockage d'énergie est la conversion de l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie, par des moyens physiques ou chimiques.

Il existe donc différentes manières de stocker l'énergie, les principales étant stockage pompé, stockage d'énergie électrochimique, stockage d'énergie à air comprimé, stockage d'énergie à volant, stockage d'énergie de sel fondu, stockage d'énergie électromagnétique, stockage d'énergie hydrogène, etc..

La forme de stockage d'énergie la plus ancienne et la plus techniquement mature est le stockage d'énergie par pompage. C'est en fait très simple : l'électricité excédentaire est injectée dans la résistance de pompage et le niveau d'eau est pompé à un niveau élevé en utilisant la différence entre la hauteur du barrage. Lorsque l'électricité est nécessaire, ouvrez les portes et libérez l'eau pour produire de l'électricité. La quantité d'électricité qu'il peut stocker est très importante.

De 2000 à 2020, le stockage pompé représente 90% de la capacité installée mondiale cumulée. La principale raison pour laquelle il représente une proportion aussi importante est son économie. Bien que l'investissement dans le pompage-turbinage soit très important, généralement de 3 milliards à 5 milliards au départ, et qu'il prenne aussi 5 à 8 ans pour le construire, soit l'équivalent de la construction d'un petit réservoir, mais son cycle de vie dépasse de loin les autres méthodes de stockage, jusqu'à à 50 à 60 ans de période d'application, et la décharge du stockage pompé sont au niveau du gigawattheure, peut atteindre un stockage d'énergie de longue durée et 4 heures à 7 heures de décharge, le coût global du plus économique.

Mais le stockage par pompage a une faiblesse fatale : il doit trouver les bonnes ressources en eau et la bonne structure géographique, et de nombreuses provinces et villes n'ont pas les conditions appropriées si elles veulent disposer systématiquement.

Lorsque la proportion d'énergie nouvelle sur le réseau est relativement faible, l'utilisation d'un stockage pompé à faible coût pour l'énergie thermique est une très bonne solution, mais lorsque la proportion d'énergie nouvelle dépasse 15%, une solution avec une sélection de site flexible, un apport individuel inférieur coûts, un cycle de construction plus court et une bonne rentabilité sont nécessaires.

Parmi toutes les nouvelles solutions de stockage d'énergie, l'étoile la plus brillante est le stockage d'énergie électrochimique, qui est également l'une de nos méthodes de stockage d'énergie les plus prometteuses, et nous l'analyserons en détail dans la section suivante. En plus de l'électrochimique, nous présenterons d'abord brièvement plusieurs nouvelles options de stockage d'énergie qui ne sont pas encore disponibles dans le commerce à grande échelle, et certaines sont encore au stade expérimental.

Stockage d'énergie à air comprimé: Le volume est encore très faible, et sa logique de fonctionnement est de comprimer l'air à haute pression avec un excès d'électricité et de le stocker dans la chambre de stockage pendant la période de faible consommation d'électricité, c'est-à-dire de convertir l'électricité en énergie interne de l'air et de stocker il. Lorsque l'électricité est nécessaire, de l'air à haute pression est libéré de la chambre de stockage dans la chambre de combustion, qui est chauffée par la combustion du carburant pour entraîner la turbine à gaz afin de générer de l'électricité. En pratique, afin d'économiser le coût de construction de la chambre de stockage, il s'agit souvent de trouver une grotte minière à utiliser comme chambre de stockage naturelle, qui peut également être limitée par la structure géographique. L'efficacité énergétique de l'air comprimé est relativement faible, à 65-75%. Fin 2021, le stockage d'énergie par air comprimé représentait 2,3% de la capacité mondiale installée de stockage d'énergie nouvelle, et la promotion commerciale est actuellement relativement faible.