नई ऊर्जा भंडारण, बड़ा ब्रेक क्यों?

9 अगस्त, 2019 को शाम 5:00 बजे, यूके को पॉज़ बटन दबाने के लिए मजबूर होना पड़ा।

इंग्लैंड और वेल्स में पावर ग्रिड के अचानक ढहने से बड़े पैमाने पर बिजली आउटेज हो गया है। लंदन का सबसे व्यस्त स्टेशन, किंग्स क्रॉस, एक आपात स्थिति में अस्थायी रूप से बंद करने के लिए मजबूर किया गया था, जिससे बड़ी संख्या में यात्री फंसे हुए थे; कई अन्य नागरिक मेट्रो में फंस गए थे, और अपर्याप्त बैकअप शक्ति वाले अस्पतालों को निलंबित करने के लिए मजबूर किया गया था। गर्मी के इस धुंधलके में, दस लाख लोग अनिश्चितता की स्थिति में थे।

16:52:33.49 पर, बिजली गिरने से एक सबस्टेशन की लाइन में शॉर्ट सर्किट हो गया, जो जल्दी से साफ हो गया था लेकिन वितरित बिजली आपूर्ति के पहले ऑफ-ग्रिड और मुख्य पावर ग्रिड के कमजोर होने का कारण बना।

16:52:33.728 सेकंड, उत्तरी सागर में स्थित, दुनिया का सबसे बड़ा हॉर्नसी हॉर्न अपतटीय पवन ऊर्जा स्टेशन, पवन ऊर्जा उत्पादन में महत्वपूर्ण गिरावट है। जैसा कि यूके स्वच्छ ऊर्जा को सख्ती से बढ़ावा दे रहा है, देश की बिजली का 40% पवन और फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन पर निर्भर करता है, और इन नए ऊर्जा स्रोतों की दुखती एड़ी, पर्याप्त स्थिर नहीं है।

16:52:34-53:58 पर, लिटिल बारफोर्ड पावर स्टेशन की भाप इकाई में आउटेज की एक श्रृंखला हुई, और वितरित बिजली आपूर्ति ऑफ-ग्रिड आकार में विस्तारित हुई। तब से, वितरित बिजली स्रोतों के ट्रिपल स्टैक, हॉर्न विंड फार्म और लिटिल बारफोर्ड स्टीम इकाइयां जो बिजली गिरने के कारण ऑफ-ग्रिड हो गईं, जिसके परिणामस्वरूप ग्रिड पर कुल भार का 6.5% का नुकसान हुआ, आवृत्ति में एक महत्वपूर्ण गिरावट आई और कई इलाकों में बिजली कटौती शुरू

घटना का विश्लेषण इंगित करता है कि ग्रिड से जुड़ी स्वच्छ ऊर्जा (पवन ऊर्जा) के उच्च प्रतिशत और अपर्याप्त बिजली व्यवस्था बैकअप के कारण यह ग्रिड का पतन था। पारंपरिक ऊर्जा उत्पादन की जगह नई ऊर्जा उत्पादन की बड़ी मात्रा ने बिजली प्रणाली की बिजली अंतर को झेलने की क्षमता में कमी का कारण बना। बिजली व्यवस्था में लगातार गड़बड़ी की स्थिति में, समय पर बिजली की कमी को पूरा करने के लिए सिस्टम बैकअप अपर्याप्त था, जिससे दुर्घटना हुई।

अंत में, यह सौभाग्य की बात थी कि पंप की गई भंडारण इकाई दुर्घटना के आगे विस्तार को रोकने के लिए समय पर अपने उत्पादन को बढ़ाने में सक्षम थी, इस प्रकार ग्रिड से जुड़े नए ऊर्जा स्रोतों के उच्च प्रतिशत के लिए ऊर्जा भंडारण के महत्व को दर्शाता है।

पवन ऊर्जा और फोटोवोल्टिक दोनों ही मौसम पर ही बहुत अधिक निर्भर हैं। उदाहरण के लिए, पीवी दोपहर में चरम पर होता है, और रात में बिजली उपलब्ध नहीं होती है, लेकिन रात में बिजली की खपत चरम पर होती है, इसलिए शिखर को नियंत्रित करने के लिए अन्य ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करना पड़ता है, जो कि बिजली पर एक बड़ा भार है। ग्रिड।

चीन के कार्बन तटस्थता के बड़े लक्ष्य के तहत, राष्ट्रीय ऊर्जा प्रशासन ने फोटोवोल्टिक और पवन ऊर्जा जैसी स्वच्छ ऊर्जा को तेजी से बढ़ावा देने की योजना दी है, जिसके लिए बड़े पैमाने पर और व्यवस्थित ऊर्जा भंडारण समर्थन की आवश्यकता होती है। वर्तमान में दुनिया में ऊर्जा भंडारण का सबसे पारंपरिक साधन पंप भंडारण है, जबकि नए ऊर्जा भंडारण में विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण खतरनाक दर से बढ़ रहा है।

आज का गहन विश्लेषण "कार्बन न्यूट्रल" साइंस एंड टेक्नोलॉजी हब में तीसरा लेख है, जहां हम विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण पर ध्यान देने के साथ नए ऊर्जा भंडारण पर ध्यान केंद्रित करेंगे। हम सबसे पहले संक्षेप में बताएंगे कि कौन सी ऊर्जा भंडारण विधियां उपलब्ध हैं, और उनकी तकनीकी पुनरावृति क्षमता और बाजार वृद्धिशील स्थान क्या हैं? नई ऊर्जा उत्पादन के अनुपात में वृद्धि की प्रवृत्ति के तहत, विभिन्न ऊर्जा भंडारण विधियों को कौन से परिदृश्य मिल सकते हैं? और ऊर्जा भंडारण का आर्थिक विश्लेषण, ऊर्जा भंडारण के लिए कौन भुगतान करता है?

1、ऊर्जा भंडारण क्यों फट रहा है?

यह समझने के लिए कि ऊर्जा भंडारण में विस्फोट क्यों हो रहा है, आपको पहले ग्रिड को समझने की आवश्यकता है।

बिजली की गति बहुत तेज होती है, प्रकाश की गति से संचारित होती है, इसलिए बिजली के उत्पादन, पारेषण और वितरण को तत्काल सिंक्रनाइज़ेशन में पूरा करने की आवश्यकता है, और पूरी बिजली प्रणाली हर समय एक गतिशील संतुलन में रहती है।. जब ग्रिड सामान्य संचालन में होता है, तो जनरेटर द्वारा उत्पन्न सक्रिय शक्ति और लोड द्वारा खपत की जाने वाली सक्रिय शक्ति संतुलन में होती है, और पूरे सिस्टम की आवृत्ति को रेटेड मूल्य पर बनाए रखा जाता है।

जब बिजली की आपूर्ति की शक्ति भार शक्ति से अधिक होती है, तो सिस्टम आवृत्ति बढ़ जाती है, और इसके विपरीत, यह घट जाती है। इसलिए, ग्रिड को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि आवृत्ति प्राथमिक आवृत्ति विनियमन और माध्यमिक आवृत्ति विनियमन के माध्यम से एक उचित सीमा के भीतर है, अन्यथा एक आवृत्ति पतन होगा, जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ा क्षेत्र ब्लैकआउट हो जाएगा, ठीक उसी तरह जैसे यूके 2019 में ब्लैकआउट हुआ था। इस लेख की शुरुआत।

पावर सिस्टम में उच्च स्थिरता की आवश्यकताएं होती हैं।

लेकिन पवन ऊर्जा, फोटोवोल्टिक और अन्य नई ऊर्जा, एक घातक कमजोरी एक मजबूत आंतरायिकता और अस्थिरता है। पवन ऊर्जा के लिए, क्या होगा यदि हवा एक निश्चित समय पर कमजोर हो जाती है, या यहां तक कि कोई हवा नहीं है? फोटोवोल्टिक के लिए, क्या होगा अगर एक महीने में बहुत बारिश हो, सूरज न हो? और आम तौर पर प्रकाश दोपहर में सबसे मजबूत और रात में सबसे कमजोर होता है, और इसकी बिजली उत्पादन में उतार-चढ़ाव भी होता है।

यह अस्थिरता ग्रिड के लिए एक बुरा सपना है और इसे अन्य तरीकों से नियंत्रित किया जाना चाहिए। यह नई ऊर्जा आपूर्ति, जैसे कि स्थापित क्षमता के 80% तक की पवन ऊर्जा दैनिक उतार-चढ़ाव, पूरे ग्रिड को कमजोर बना देगी, यदि अत्यधिक मौसम, ग्रिड के पतन का जोखिम, जो संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप में हुआ है, तो वह हवा बिजली और फोटोवोल्टिक को कभी सत्ता के लोगों द्वारा "कचरा शक्ति" कहा जाता था।

इस उच्च अस्थिरता में, यदि कोई ऊर्जा भंडारण नहीं है, जैसे कि किन्हाई, इनर मंगोलिया और प्राकृतिक शक्ति के अन्य स्थान, पर्याप्त प्रकाश या हवा के मामले में, बहुत अधिक बिजली पैदा करते हैं लेकिन उपयोग नहीं कर सकते हैं, यह परित्यक्त प्रकाश, परित्यक्त हवा की बहुत उच्च दर का सामना करता है.

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (आईईए) ने एक दिशानिर्देश दिया है जो ग्रिड द्वारा अवशोषित होने वाली आंतरायिक नवीकरणीय ऊर्जा (पवन और पीवी) के अनुपात को चार चरणों में विभाजित करता है।

चरण I: 3% से नीचे, मूल रूप से ग्रिड संचालन पर कोई प्रभाव नहीं।

चरण 2: 3%-15% के बीच, ग्रिड पर प्रभाव कम होता है, और आंतरायिक अक्षय ऊर्जा इकाई उत्पादन की भविष्यवाणी करके और प्रेषण को मजबूत करके अस्थिरता और आंतरायिकता को सुचारू किया जा सकता है।

तीसरा चरण: 15%-25% के बीच, ग्रिड पर प्रभाव बड़ा होता है, जब ग्रिड लचीलेपन की आवश्यकताएं बहुत बढ़ जाती हैं, अल्पावधि में आवृत्ति विनियमन पावर स्टेशन को बढ़ाने की आवश्यकता होती है, मध्यम और दीर्घकालिक ऊर्जा शुरू करने की आवश्यकता होती है भंडारण।

चरण 4: 25% और 50% के बीच, ग्रिड स्थिरता को चुनौती दी जाती है, कुछ घंटों के लिए आंतरायिक नवीकरणीयों द्वारा आपूर्ति की गई 100% बिजली के साथ, और सभी बिजली संयंत्रों को ऊर्जा भंडारण के साथ लचीले ढंग से संचालित करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जाना चाहिए ताकि बिजली और लोड पक्ष पर यादृच्छिक विविधताओं का सामना किया जा सके। .

सादृश्य का उपयोग करने के लिए, पावर ग्रिड एक बड़ी नदी की तरह है, यदि समय में केवल 1-2 छोटी सहायक नदियाँ, बड़े पर समग्र जल प्रवाह और पानी पर बहुत बड़ा प्रभाव नहीं है, मीनाज़िफ़ भी बहुत बड़ा प्रभाव नहीं है, लेकिन जब अधिक और अधिक सहायक नदियाँ, और कभी-कभी कुछ सहायक नदियों में पानी होता है, कभी-कभी पानी नहीं होता है, मुख्य नदी का जल स्तर बहुत बदल जाता है, इसे विनियमित करना आवश्यक है। जब नई ऊर्जा का अनुपात 15% से अधिक हो जाता है, तो ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी का उपयोग "शिखर को काटने और घाटी को भरने" के लिए आवश्यक है।

विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों के बढ़ते अनुपात के मामले में, चार्जिंग पोस्ट की संख्या भी उच्च दर से बढ़ेगी, और चार्जिंग के चरम पर बड़े पावर ग्रिड पर प्रभाव अपेक्षाकृत बड़ा होगा। जलाशय जैसे बफर स्टोरेज सिस्टम से लैस, यह घरेलू ऊर्जा भंडारण व्यवसाय के विकास के लिए मुख्य ड्राइविंग बलों में से एक है, जो इलेक्ट्रिक वाहनों के स्वामित्व से निकटता से संबंधित है।

घरेलू ऊर्जा भंडारण का बड़ा विस्फोट नीतिगत परिवर्तनों से हुआ है। कार्बन तटस्थता और ऊर्जा आत्मनिर्भरता में सुधार के संदर्भ में, राष्ट्रीय ऊर्जा बोर्ड ने "2021 में पवन ऊर्जा और फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन के विकास और निर्माण से संबंधित मामलों पर सूचना" में 1.2 बिलियन की कुल स्थापित क्षमता तक पहुंचने की योजना बनाई है। 2030 में किलोवाट पवन ऊर्जा और फोटोवोल्टिक, और 2020 के अंत तक, कुल परिदृश्य केवल 630 मिलियन किलोवाट है, इस लक्ष्य का मतलब है कि अगले 10 वर्षों में, पवन ऊर्जा और फोटोवोल्टिक प्रत्येक में 300 मिलियन किलोवाट जोड़ने के लिए।

सहायक ऊर्जा भंडारण उद्योग के लिए, 2020 के बाद से एक गहन नीति रही है, विशेष रूप से 2021 में अब तक कई विशिष्ट लैंडिंग नीतियां जारी की गई हैं, अनिवार्य पीवी सहित, भंडारण नीति के साथ पवन ऊर्जा, नए प्रतिष्ठानों की आवश्यकता को 15% से 20% ऊर्जा भंडारण के साथ कॉन्फ़िगर किया जाना चाहिए। इस अनुपात की गणना पीवी पावर प्लांट के आधार पर रात में पावर कर्व डाउन या हवा कमजोर होने पर की जाती है, लेकिन 2 घंटे का पावर इनपुट सुनिश्चित करना भी जारी रहता है।

राष्ट्रीय ग्रिड के अनुमान के अनुसार, 2035 से पहले, हवा और प्रकाश की स्थापित क्षमता क्रमशः 700 मिलियन और 650 मिलियन किलोवाट तक पहुंच जाएगी, और पवन और सौर ऊर्जा की अधिकतम दैनिक उतार-चढ़ाव दर 156 मिलियन और 416 मिलियन किलोवाट तक पहुंचने की उम्मीद है। क्रमशः, जो वर्तमान विनियमन क्षमता से बहुत अधिक है। लगभग 500 मिलियन किलोवाट नई ऊर्जा के दैनिक बिजली के उतार-चढ़ाव से निपटने के लिए विनियमन क्षमता रखने के लिए पीकिंग सिस्टम का पुनर्निर्माण करना अत्यावश्यक है।

एक ओर, ऊर्जा भंडारण चोटी काटने और घाटियों को भरकर चोटी और घाटी के घंटों के दौरान बिजली उत्पादन और बिजली खपत भार के बीच बेमेल को हल कर सकता है; दूसरी ओर, यह दृश्यों की बिजली उत्पादन की अस्थिरता के कारण ग्रिड की अस्थिरता को हल करने के लिए बिजली सहायक सेवाएं प्रदान करने में भाग ले सकता है। इसके अलावा, ऊर्जा भंडारण प्रणाली का लचीला विन्यास भी बिजली की स्थानीय खपत को बढ़ा सकता है और पारेषण प्रणाली की निर्माण लागत को कम कर सकता है।

एक साथ लिया गया, अनिवार्य वितरण और भंडारण अल्पकालिक पीढ़ी के पक्ष में एक विस्फोटक वृद्धि बिंदु बन जाएगा। ग्रिड की ओर और बिजली की तरफ, ऊर्जा भंडारण के लिए नीति-संचालित मांग भी तेजी से बढ़ेगी, पीक और वैली टैरिफ और स्थानीय सब्सिडी आदि के साथ, सभी औद्योगिक और आवासीय ऊर्जा भंडारण में सकारात्मक योगदान देंगे।

दूसरा, ऊर्जा भंडारण के नए तरीके क्या हैं?

बिजली की रेडी-टू-यूज प्रकृति के कारण, ऊर्जा भंडारण भौतिक या रासायनिक मीडिया के माध्यम से ऊर्जा के अन्य रूपों में विद्युत ऊर्जा का रूपांतरण है।

तो ऊर्जा भंडारण के विभिन्न तरीके हैं, जिनमें मुख्य शामिल हैं पंप भंडारण, विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण, संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण, चक्का ऊर्जा भंडारण, पिघला हुआ नमक ऊर्जा भंडारण, विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा भंडारण, हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण और इतने पर.

ऊर्जा भंडारण का सबसे पुराना और सबसे तकनीकी रूप से परिपक्व रूप पंप ऊर्जा भंडारण है। यह वास्तव में बहुत सरल है: पंपिंग प्रतिरोध में अतिरिक्त बिजली डाली जाती है और बांध की ऊंचाई के बीच के अंतर का उपयोग करके जल स्तर को उच्च स्तर पर पंप किया जाता है। जब बिजली की जरूरत हो तो गेट खोल दें और बिजली पैदा करने के लिए पानी छोड़ दें। यह जितनी बिजली स्टोर कर सकता है, वह बहुत बड़ी है।

2000 से 2020 तक, संचयी वैश्विक स्थापित क्षमता के 90% के लिए पंप किए गए भंडारण खाते। इसका इतना बड़ा हिस्सा होने का मुख्य कारण इसका अर्थशास्त्र है। हालांकि पंप किए गए भंडारण में निवेश बहुत बड़ा है, आम तौर पर 3 बिलियन से 5 बिलियन के साथ शुरू होता है, और इसे बनाने में 5 से 8 साल लगते हैं, एक छोटे जलाशय के निर्माण के बराबर, लेकिन इसका जीवन चक्र अन्य भंडारण विधियों से कहीं अधिक है। आवेदन अवधि के 50 से 60 वर्ष तक, और पंप किए गए भंडारण का निर्वहन गीगावाट-घंटे के स्तर पर होता है, जो लंबे समय तक ऊर्जा भंडारण और 4 घंटे से 7 घंटे के निर्वहन को प्राप्त कर सकता है, सबसे अधिक आर्थिक लागत।

लेकिन पंप किए गए भंडारण की एक घातक कमजोरी है - इसे सही जल संसाधन और भौगोलिक संरचना का पता लगाना चाहिए, और कई प्रांतों और शहरों में उपयुक्त स्थिति नहीं है यदि वे व्यवस्थित रूप से बाहर करना चाहते हैं।

जब ग्रिड पर नई ऊर्जा का अनुपात अपेक्षाकृत कम होता है, तो थर्मल पावर के लिए कम लागत वाले पंप स्टोरेज का उपयोग एक बहुत अच्छा समाधान होता है, लेकिन जब नई ऊर्जा का अनुपात 15% से अधिक हो जाता है, तो लचीला साइट चयन वाला समाधान, कम व्यक्तिगत इनपुट लागत, कम निर्माण चक्र और अच्छे अर्थशास्त्र की जरूरत है।

सभी नए ऊर्जा भंडारण समाधानों में, सबसे चमकीला तारा विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण है, जो हमारे सबसे आशाजनक ऊर्जा भंडारण विधियों में से एक है, और हम अगले भाग में इसका विस्तार से विश्लेषण करेंगे। इलेक्ट्रोकेमिकल के अलावा, हम पहले संक्षेप में कई नए ऊर्जा भंडारण विकल्प पेश करेंगे जो अभी तक बड़े पैमाने पर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं, और कुछ अभी भी प्रायोगिक चरण में हैं।

संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण: मात्रा अभी भी बहुत कम है, और इसका कार्य तर्क हवा को अतिरिक्त बिजली के साथ उच्च दबाव में संपीड़ित करना और बिजली की खपत की कम अवधि के दौरान भंडारण कक्ष में संग्रहीत करना है, अर्थात बिजली को वायु आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तित करना और स्टोर करना यह। जब बिजली की आवश्यकता होती है, तो भंडारण कक्ष से दहन कक्ष में उच्च दबाव वाली हवा छोड़ी जाती है, जिसे बिजली उत्पन्न करने के लिए गैस टरबाइन को चलाने के लिए ईंधन के दहन से गर्म किया जाता है। व्यवहार में, भंडारण कक्ष की निर्माण लागत को बचाने के लिए, यह अक्सर प्राकृतिक भंडारण कक्ष के रूप में उपयोग करने के लिए एक खदान की गुफा खोजने के लिए होता है, जिसे भौगोलिक संरचना द्वारा भी सीमित किया जा सकता है। संपीड़ित हवा की ऊर्जा दक्षता 65-75% पर अपेक्षाकृत कम है। 2021 के अंत तक, संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण, नई ऊर्जा भंडारण की वैश्विक स्थापित क्षमता के 2.3% के लिए जिम्मेदार है, और व्यावसायिक प्रचार वर्तमान में अपेक्षाकृत छोटा है।