Батарея для хранения энергии

Аккумуляторная батарея для хранения энергии

Аккумулятор энергии, называемый аккумулятором энергии, представляет собой электрохимическое устройство, специально используемое для хранения электрической энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии (например, солнечной энергии и энергии ветра) или электрической энергии в непиковые часы электросети, а также для высвобождения электрической энергии во время пикового энергопотребления или нехватки электроэнергии¹. Являясь ключевым компонентом новой энергосистемы, аккумуляторные батареи реализуют передачу электроэнергии во времени и пространстве, эффективно устраняя непостоянство и нестабильность возобновляемых источников энергии. Они имеют большое значение для повышения стабильности энергосистемы, повышения энергопотребления и достижения целей «двойного углерода».

В результате глубокой трансформации глобальной структуры энергетики индустрия аккумуляторных батарей прошла путь развития от раннего доминирования свинцово-кислотных батарей до широкого внедрения литий-ионных батарей и далее к сосуществованию диверсифицированных технических направлений. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы (особенно литий-железо-фосфатные аккумуляторы) занимают доминирующее положение на рынке благодаря высокой плотности энергии, длительному сроку службы и умеренной стоимости. Между тем, такие технические решения, как проточные батареи и натрий-ионные батареи, продемонстрировали уникальные преимущества в долговременном хранении энергии и конкретных сценариях применения, что подтолкнуло отрасль к развитию в сторону повышения безопасности, снижения затрат и увеличения срока службы.

Свинцово-кислотные аккумуляторы
Свинцово-кислотные аккумуляторы представляют собой старейшую технологию хранения энергии. Их электроды изготовлены из свинца и оксидов свинца, электролитом служит раствор серной кислоты. К их достоинствам относятся отработанная технология, высокая надежность и низкая стоимость. Тем не менее, свинцово-кислотные аккумуляторы имеют такие недостатки, как низкая плотность энергии, короткий срок службы (приблизительно 1000–1500 циклов), медленная скорость зарядки и загрязнение тяжелыми металлами. В настоящее время они в основном используются на чувствительных к стоимости рынках низкого уровня, включая небольшие автономные системы и резервные источники питания ИБП, и постепенно заменяются литий-ионными батареями.

Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы в настоящее время являются наиболее широко распространенной технологией хранения энергии. Их основной принцип работы основан на интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития между положительными и отрицательными электродами для реализации накопления энергии. В секторе накопления энергии литий-железо-фосфатные батареи (LFP) занимают доминирующее положение. Не содержащие драгоценных металлов батареи LFP отличаются высокой безопасностью, длительным сроком службы (от 6000 до 12 000 циклов) и относительно низкой стоимостью, что делает их абсолютным основным продуктом на современном рынке хранения энергии. Тройные литиевые батареи обеспечивают высокую плотность энергии и хорошие характеристики при низких температурах, но имеют относительно низкую безопасность и более высокую стоимость и в основном используются в особых сценариях с жесткими требованиями к плотности энергии.

Проточные батареи
Проточные батареи — это технологии, подходящие для крупномасштабного и длительного хранения энергии. Отличительной особенностью является разделение мощности и емкости: активные материалы хранятся во внешних резервуарах с электролитом и закачиваются в батарею для запуска химических реакций. Полностью ванадиевые проточные батареи являются наиболее технически совершенным и коммерчески продвинутым типом проточных батарей. Обладая сверхдлительным сроком службы (от 15 000 до 20 000 циклов), превосходной безопасностью и нулевым эффектом памяти, они подходят для сценариев длительного хранения энергии, требующих более четырех часов разрядки. Кроме того, в постоянной разработке находятся и другие разновидности, такие как железо-хромовые проточные батареи; они пользуются преимуществом более низких затрат, но немного отстают в технической зрелости.

Натриево-серные батареи
В натриево-серных батареях в качестве отрицательного электрода используется жидкий натрий, в качестве положительного электрода — сера, а в качестве сепараторов электролита — керамические трубки. Они характеризуются высокой плотностью энергии, высоким КПД и длительным сроком службы, однако должны работать при высоких температурах (свыше 300°С), что предъявляет чрезвычайно жесткие требования к теплоизоляции и обеспечению безопасности системы. Ограниченные особыми условиями эксплуатации, натриево-серные батареи имеют относительно ограниченные сценарии применения, в основном сконцентрированные в конкретных проектах по снижению пиковых нагрузок в сети.

Натрий-ионные аккумуляторы
Натрий-ионные батареи имеют тот же рабочий механизм, что и литий-ионные, но заменяют литиевые ресурсы натриевыми. Их сильные стороны заключаются в богатых запасах сырья, большом потенциале снижения затрат, превосходных низкотемпературных характеристиках и повышенной безопасности по сравнению с литиевыми батареями. В настоящее время натрий-ионные батареи все еще находятся на ранней стадии коммерциализации и, как ожидается, дополнят литиевые батареи в сценариях длительного хранения энергии и низкотемпературного применения.