Tài liệu Bài tập lớn hệ thống lưu trữ năng lượng ess

Bài tập lớn Đề tài: Hệ thống lưu trữ năng lượng-ESS Nhóm phụ trách: Nhóm 3 Giới thiệu về hệ thống lưu trữ năng lượng Lưu trữ năng lượng điện đề cập đến quá trình chuyển đổi năng lượng điện từ mạng lưới điện thành một dạng năng lượng lưu trữ được và có thể chuyển đổi trở lại năng lượng điện khi cần Lưu trữ năng lượng điện có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như phát điện, mạng lưới phân phối và truyền tải, nguồn năng lượng phân tán, năng lượng tái tạo. Lịch sử của lưu trữ năng lượng điện Các hệ thống lưu trữ năng Các bộ acquy axit chì Đầu thế kỷ 20 Dùng để cấp điện cho tải trên các mạng một chiều Thủy điện tích năng lượng khác 1929-2005 2005 - nay Hệ thông lưu trữ năng lượng đầu tên được đưa vào sử dụng(PHS). Đến năm 2005 đã có hơn 200 hệ thống PHS đã được sử dụng có tổng công suất phát điện lên tới 100 GW Đầu tư vào PHS đã giảm xuống vì vấn đề môi trường. Thay vào đó đã xuất hiện nhiều kiểu hệ thống lưu trữ khác như: khí nén, pin, pin nhiên liệu, banh đà, hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt Tính cấp bách của hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) • ESS là nhu cầu cấp thiết trong sản xuất điện thông thường, đóng vai trò quan trọng trong thiết kế nhà máy phát điện. • ESS được coi là một công nghệ cấp thiết đối với hệ thống sử dụng nguồn năng lượng phân tán(DER), đảm bảo cung cấp nguồn điện liên tục trong hệ thống này. • ESS còn là hệ thống cần thiết để bù đắp tính gián đoạn và không kiểm soát được của các hệ thống phát điện dựa trên năng lượng tái tạo. Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Thủy điện tích năng (PHS) Cấu tạo cơ bản - Thủy điện tích năng(PHS) là hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn được thực hiện rộng rãi nhất - Một hệ thống như vậy thường bao gồm: (1)Hai bể chứa nằm ở các độ cao khác nhau. (2)Một bộ phận để bơm nước lên độ cao (để lưu trữ điện năng dưới dạng thế năng trong giờ thấp điểm). (3)Một tua bin để tạo ra điện với nước quay trở lại độ cao thấp (chuyển đổi thế năng thành điện trong giờ cao điểm). Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Thủy điện tích năng (PHS) Ưu, nhược điểm Ưu điểm • Lượng lưu trữ lớn, thời gian lưu trữ dài • Lấy lại được 71-85% năng lượng điện được sử dụng để bơm nước lên hồ chứa trên cao. • Vốn chi phí trên một đơn vị năng lượng tương đối thấp Nhược điểm • Điều kiện địa lý để thiết kế hai hồ chứa lớn và một hoặc 2 đập. • Thời gian xây dựng dài ~ 10 năm. • Chi phí cao: hàng trăm đến hàng nghìn triệu đô la, cho các vấn đề xây dựng và môi trường. Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Thủy điện tích năng Nhà máy thủy điện tích năng Bác Ái, Ninh Thuận Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES) Hệ thống A-CAES của công ty Hydrostor ở Goderich, Ontario Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES) Cấu tạo và cơ chế hoạt động • • • • • Hệ thống A-CAES của công ty Hydrostor ở Goderich, Ontario Động cơ/Máy phát điện Một máy nén khí với bộ làm mát giữa và bộ làm mát sau. Một dãy tuabin (bao gồm tuabin cao áp và thấp áp) Khoang chứa để lưu trữ khí nén Thiết bị điều khiển và phụ trợ: bộ phận lưu trữ nhiên liệu và bộ trao đổi nhiệt Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES) Ưu và nhược điểm Ưu điểm • Có thời gian lưu trữ dài. • Chi phí vốn thấp và hiệu quả cao. • Hiệu quả lưu trữ nằm trong khoảng 7089% Nhược điểm • Phụ thuộc chủ yếu vào địa lý do nhà máy phải gần mỏ đá, hang muối, tầng chứa nước … • CAES không phải là một hệ thống độc lập mà phải được liên kết với một nhà máy tuabin khí, Không thể được sử dụng với các loại nhà máy điện khác như nhà máy nhiệt điện than, gió hoặc quang điện mặt trời. • CAES có yêu cầu cần đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và phát thải ô nhiễm môi trường. Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES) Nhà máy CAES đầu tiên ở Huntorf, Đức • Đi vào hoạt động từ năm 1978 • Có thể tích chứa ~310.000 m3 được chuyển đổi từ các mỏ muối khai thác dung dịch dưới lòng đất 600m • Có máy nén 60MW với áp suất tối đa 10 Mpa • Chu kỳ hằng ngày với 8 giờ sạc và tạo ra 290MW trong 2 giờ Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Pin Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Pin • Khái quát về pin: Pin là hình thức lưu trữ điện lâu đời nhất, lưu trữ điện dưới dạng năng lượng hóa học. Pin bao gồm một hoặc nhiều tế bào điện hóa và mỗi tế bào bao gồm chất điện phân lỏng, sệt hoặc rắn cùng với điện cực dương (cực dương) và điện cực âm (cực âm). Trong quá trình tích điện, các phản ứng điện hóa xảy ra ở hai cực tạo ra dòng electron chạy qua mạch ngoài. Các phản ứng có thể đảo ngược, cho phép sạc lại pin bằng cách đặt một điện áp bên ngoài qua các điện cực. • Ưu điểm của pin: • Nhược điểm của pin: • Cung cấp tinh đa dạng của nhiên • Mật độ năng lượng thấp liệu • Khả năng lưu trữ điện nhỏ, chi • Phản hồi rất nhanh với những phí bảo trì cao, vòng đời ngắn thay đổi về tải • Khả năng xả điện hạn chể • Pin có tổn thất ở chế độ chờ rất • Hầu hết các loại pin đều chứa thấp và có thể có hiệu suất năng các vật liệu độc hại lượng cao (60-95%) Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Pin Pin axit chì (acquy axit chì) Giới thiệu, cấu tạo Pin axit chì, được phát minh vào năm 1859, là thiết bị điện hóa có thể sạc lại lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi. Một pin axit chì bao gồm (ở trạng thái tích điện) các điện cực bằng kim loại chì(Pb) và ôxit chì(PbO2 ) trong chất điện phân là axit sunfuric có nồng độ khoảng 37%. Ác quy axit-chì Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Pin Pin axit chì (acquy axit chì) Quá trình xả Anot: Catốt: Pb + SO42- ↔ PbSO4 + 2ePbO2 + SO42- + 4H+ +2e-↔ PbSO4 + 2H2O. Quá trình nạp Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Pin Pin axit chì (acquy axit chì) Phân loại: acquy cần bảo dưỡng yêu cầu châm nước thường xuyên, ắc quy không cần bảo dưỡng không cần châm thêm nước, sử dụng trong khởi động và ắc quy có van điều chế. Ưu và nhược điểm của pin axit chì: Ưu điểm • Có chi phí trên 1 đơn vị năng lượng thấp • Độ tin cậy và hiệu quả cao (70-90%) • Là lựa chọn phổ biến cho một số ứng dụng về chất lượng điện, UPS Nhược điểm • Vòng đời ngắn (500-1000 chu kỳ sạc) • Mật độ năng lượng thấp (30-50 Wh/kg) Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Pin Pin Lithium-ion Cấu tạo và quá trình nạp xả của pin Li-ion • Cực âm: là các oxit kim loại của Liti như: LiCoO2, LiMO2, LiNiO2, … • Cực dương: được làm bằng than chì có cấu trúc phân lớp • Chất điện phân: được tạo thành từ các muối Liti (ví dụ LiPF6) hòa tan trong các muối hữu cơ Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Pin Pin Lithium-ion Ưu và nhược điểm của pin Li-ion: Ưu điểm Nhược điểm • Mật độ năng lượng cao (có thể • Việc sản xuất pin li-ion với quy đạt tới 1800Wh/kg) mô lớn có chi phí cao (do các • Tuổi thọ chu kỳ cao mạch bảo về quá tải bên trong) • Hiệu suất của pin Li-ion gần như → giá thành cao. 100% Một số hệ thống lưu trữ năng lượng Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà (Flywheel energy storage system) Một hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng tại Paris, Pháp