Miért lehet A Vanádiumáramú akkumulátorok a közüzemi energiatárolás jövője

az Invinity Energy Systems vanádium áramlási akkumulátorát a National Renewable Energy teszteli … Laboratórium (2019).

Invinity Energy Systems

az év elején a Kaliforniai Energia Bizottság (CEC) 20 millió dolláros felhívást tett közzé a hosszú távú energiatárolás kiépítésére irányuló kutatási projektek finanszírozására. A cél az volt, hogy világos megértést alakítsanak ki arról, hogy a hosszú távú energiatárolás (10 óra vagy annál hosszabb) milyen szerepet játszhat abban, hogy az állam 2045-ig dekarbonizálja a villamosenergia-ágazatot. A lítium-ion akkumulátorokat kizárták a kérésből.

a CEC négy energiatárolási projektet választott ki, amelyek észak-amerikai vanádiumáramú akkumulátorokat (“VFBs”) és az egyesült királyságbeli Invinity Energy Systems plc-t tartalmaztak. A négy telephely mind kereskedelmi vagy ipari létesítmény, amely saját maga akar energiát termelni (például napenergia), és bizonyos esetekben képes a hálózaton kívül is működni. Az Invinity teljes hatóköre 7,8 megawattóra (MWh) akkumulátor a négy projektben. A cél része az, hogy ezeket a létesítményeket hosszabb ideig le lehessen venni a hálózatról, hogy elkerüljék az áramellátásuk megszakadását a hálózati kiesések során.

mi a VFB, és hogyan különbözik a mindenütt jelenlévő lítium-ion akkumulátortól? Hogy megválaszoljam ezeket a kérdéseket, és többet tudjak meg az Invinity Energy Systems-ről, ezen a héten beszéltem az Invinity kereskedelmi igazgatójával és társalapítójával, Matt Harperrel és Joe Worthingtonnal, a vállalat kommunikációs igazgatójával.

Matt képzett gépészmérnök, és elmagyarázta, hogy 25 éve épít tiszta energia technológiát. Az elmúlt 15 évben áramlási elemeket fejlesztett ki.

a vanádium olyan elem, amely általában négy különböző oxidációs állapotban létezhet. Ez csak azt jelenti, hogy ionként létezhet különböző töltésekkel. Például egy vanádiumionnak, amelyből hiányzik három elektron, v töltése Lenne3+. Ha hozzáad egy elektront, akkor v2+ ionná alakul. Az elektronok oda-vissza átvitele okozza a VFBs töltését és kisülését, mivel az akkumulátorban lévő vanádiumionok v2+ – ról V5+ – ra ingadoznak.

ez abban különbözik a lítium-ion akkumulátoroktól, hogy minden alkalommal, amikor a lítium feltöltődik és lemerül, a lítium fémet a katódra helyezi. Bár ez a reakció szinte teljesen visszafordítható, néhány ezer ciklus után lebomláshoz vezet, és a teljesítmény csökken.

a VFB két, vízben oldott elektrolittartályból áll, amelyeket protoncserélő membrán választ el egymástól. Mindkét elektrolit vanádium alapú. Az akkumulátorok töltése és lemerülése során a vanádiumionok egyszerűen az oxidációs állapotok között mozognak. Matt szerint ezt évtizedekben mért időtartam alatt több tízezer alkalommal lehet megtenni, anélkül, hogy a vanádium-oldatok töltéstartási képessége romlana.

becsléseik szerint 10-20 évente a membrán, amelyen az ionos faj áthalad, cserét igényel. Ez megint ellentétben áll egy lítium-ion akkumulátorral, ahol a teljes akkumulátort ki kell cserélni. Összehasonlították ezt egy autó karbantartásával. Matt jelezte, hogy vannak olyan termékeik a területen, amelyek több mint 30 éve végzik a kerékpározás töltését és kisütését.

a Li-ion akkumulátorok előnye az energiasűrűség, ezért a VfB-ket helyhez kötött alkalmazásokhoz célozzák. A hálózati méretű tároláshoz használt Li-ion akkumulátorokhoz képest azonban a VFBs-szel nincs tűzveszély. A Li-ion akkumulátorokat egymástól távolabb kell elhelyezni, vagy elegendő tűzoltással kell rendelkezniük. Így a VfB-k szorosabban csomagolhatók, mint a lítium, így a rácsméretű működés lábnyoma összehasonlítható.

a költségeket illetően az Invinity arról számol be, hogy akkumulátoraikat ugyanabban a ballparkban értékesítik, mint a Li-ion / MWh az ipari piacon. Az Invinity VFB előnye az idő múlásával a kiegyenlített költségekben rejlik, mivel egyetlen eszköz több évtizedes szolgáltatást képes nyújtani. A VFBs naponta több teljes ciklust képes feltölteni és lemeríteni 20 évig. Annak ellenére, hogy több ezer ciklust kaphat Li-ion akkumulátorral, olyan közüzemi vagy kereskedelmi tárolási alkalmazáshoz, ahol napi kerékpározásra van szükség, ami nem biztos, hogy elegendő a Li-ion előnyeinek biztosításához.

az Invinity alapvető technológiáját – a VFB magját képező “cell stack” – et-a kanadai Vancouverben fejlesztik és gyártják. A vállalatnak van egy szállítója Kínában is, amely fémdobozokat készít. A végső összeszerelés azonban a létesítmények mérete miatt a lehető legközelebb történik a projektek szállításához.

az Invinity VfB-jeinek kereskedelmi alkalmazásai több mint 40 telephelyen vannak telepítve Európában, Észak-Amerikában, Afrikában, Ázsiában és Ausztráliában. Az alábbiakban egy 2 MWh projekt található Kínában, amely két éve működik.

2 MWh telepítés a Huanghe Hydro-ban Kínában.

Invinity Energy Systems.

megkérdeztem, hogy az Invinity mit csinál másképp, mint a versenytársak ezen a téren. Matt azt mondta nekem, hogy az Invinity megközelítése az volt, hogy a kémia alapjait kulcsrakész termékként szállítsa. Nagy volumenű gyártásra támaszkodtak az ár csökkentése és a jó minőség-ellenőrzés érdekében. Néhány VFB gyártó nem tudott olcsó terméket szállítani, mert nem szabványosították a termelést. Az Invinity mintegy 250 modult gyártott 2017 óta, és jelenleg az Egyesült Királyságban az Energy Superhub Oxford részét képező telephelyet építenek, amely 162 modullal rendelkezik.

jelenleg kereskedelmi alkalmazások V flow akkumulátorok. A hangsúly a kereskedelmi / ipari alkalmazásokon van, amelyek ellensúlyozzák a csúcsdíjperiódusokat, a hálózati léptékű generálás tisztességes részét, valamint az önálló mikrogrideket, ahol az egyének folyamatosan vagy áramkimaradások alatt szeretnének kikapcsolni a hálózatot.

végül megkérdeztem a vanádium ellátásáról. Megtudtam, hogy a vanádium a földkéreg 13.leggyakoribb fémes eleme. Sokkal gazdagabb, mint a réz. Ezenkívül az akkumulátorban lévő vanádiumellátás gyakorlatilag végtelenül újrahasznosítható, mivel a vanádiumionok oxidációs állapotok között mozognak, és nem pusztulnak el vagy bomlanak le. Amellett, hogy a vanádium elektrolit végtelenül újrafelhasználható, az Invinity VfB egyensúlya szinte teljes egészében olyan közönséges anyagokból készül, mint az acél és a háztartási műanyagok, amelyek könnyen újrahasznosíthatók.

az Egyesült Államokban jelenleg nagy vanádiumforrások vannak, a kínálat 90% – a acélgyártásba kerül. Tehát az olyan acéltermelő régiók, mint Kína, jelenleg a legnagyobb vanádiumtermelők.

összegzésként Matt elismerte, hogy a Li-ion akkumulátorok bebizonyították, hogy az energiatárolás nyereséges lehet, és a VFBs profitált a fejlődésből. Hozzátette, hogy a Li-ion akkumulátorok kiválóan alkalmasak 2-4 óra energia tárolására évente 50 alkalommal, de a VfB-k olyan hosszú távú alkalmazásokban ragyognak, ahol minden nap energiára van szükség; például amikor a napenergiát éjjel-nappal igény szerint elérhetővé teszik.

de aggodalomra ad okot egy adott technológia — különösen az olyan Li-ion akkumulátor, amelyet a hálózati tároláshoz szinte kizárólag offshore gyártanak — koncentrációja. Tehát a VFBs diverzifikációt kínál a tárolóhelyen, mind a gyártási helyen, mind pedig egy olyan piacra irányítva, amely talán jobban illeszkedik, mint a Li-ion akkumulátorok esetében.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.