Was genau ist neue Energiespeicherung? Wie lässt sie sich entwickeln?

Was genau ist neue Energiespeicherung? Wie lässt sie sich entwickeln?

Bei geringem Stromverbrauch wird die elektrische Energie genutzt, um die Luft in die Salzkaverne zu komprimieren;

Wenn der Stromverbrauch seinen Höhepunkt erreicht, wird Luft abgelassen, um die Luftturbine anzutreiben und so Strom zu erzeugen.

Im Druckluftspeicherprojekt in einer Salzkaverne in Jintan, Jiangsu, wird die tausend Meter tiefe unterirdische Salzkaverne in ein großflächiges „Kraftwerk“ umgewandelt. Ein Speicherzyklus kann 300.000 kWh Strom speichern, was dem täglichen Stromverbrauch von 60.000 Einwohnern entspricht.

Dieser Druckluftspeicher gehört zu einer neuen Generation von Energiespeichern. Kürzlich veröffentlichte mein Land den „14. Fünfjahresplan“ zur Umsetzung der Entwicklung neuer Energiespeicher, der vorsieht, dass neue Energiespeicher bis 2025 von der anfänglichen Kommerzialisierungsphase in die Phase der großflächigen Entwicklung eintreten und die Voraussetzungen für eine großflächige kommerzielle Anwendung erfüllen.

Was genau ist also neue Energiespeicherung? Wie kann sie im Zeitraum des „14. Fünfjahresplans“ entwickelt werden?

Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff „neue Energiespeicher“ auf neue Energiespeichertechnologien, die nicht auf Pumpspeicherkraftwerken basieren. Dazu gehören unter anderem neue Lithium-Ionen-Batterien, Flussbatterien, Schwungräder, Druckluftspeicher, Wasserstoff- (Ammoniak-)Energiespeicher, thermische (Kälte-)Energiespeicher usw.

Natürlich ist die traditionelle Pumpspeichertechnologie kein Relikt vergangener Zeiten. Sie ist nach wie vor die ausgereifteste und wirtschaftlichste Energiespeichertechnologie. Sie hat sich zu einem tragfähigen Geschäftsmodell entwickelt und eignet sich für den großflächigen Ausbau und Bau von Pumpspeicherkraftwerken.

Sie müssen wissen, dass Windkraft und Photovoltaik Energie „vom Himmel nehmen“ und ihre Stromerzeugung schwankend und intermittierend ist – abhängig von extremer Hitze und Windstille sowie extremer Kälte und Dunkelheit. Angesichts des zukünftigen großflächigen und anteilsmäßigen Einsatzes, der gleichzeitigen Ablösung der Kohleverstromung und des verlangsamten Ausbaus neuer Kapazitäten, wird die Stromerzeugung aus Windkraft und Photovoltaik bei Windstille, Lichtmangel und extremen Wetterbedingungen stark zurückgehen. Wer wird dann die Stromversorgung sicherstellen?

Die Rolle von Energiespeichern lässt sich gemeinhin mit der einer „Powerbank“ vergleichen: Sie laden sich auf, wenn Wind- und Photovoltaikstrom stark produziert werden oder der Stromverbrauch gering ist, und entladen sich, wenn die Windstromproduktion niedrig ist oder der Stromverbrauch Spitzenwerte erreicht. Dadurch können nicht nur Schwankungen in der Photovoltaik- und Windstromerzeugung ausgeglichen und der Anteil erneuerbarer Energien erhöht werden, sondern sie arbeiten auch mit konventionellen Wärmekraftwerken, Kernkraftwerken und anderen Energiequellen zusammen, um Hilfsdienstleistungen wie Spitzenlast- und Frequenzregelung für den Netzbetrieb bereitzustellen und die Flexibilität des Stromnetzes zu verbessern.

Die Bauzeit neuer Energiespeicher ist kurz, die Standortwahl einfach und flexibel, die Anpassungsfähigkeit hoch und die Abstimmung auf Entwicklung und Verbrauch neuer Energien besser. Diese Vorteile treten zunehmend deutlicher hervor. Es ist daher unerlässlich, die großflächige Anwendung fortschrittlicher Energiespeichertechnologien zu beschleunigen.

Beispielsweise beträgt die Bauzeit: Die Bauzeit eines Pumpspeicherkraftwerks beträgt in der Regel 6 bis 8 Jahre, die Bauzeit eines elektrochemischen Energiespeicherprojekts im Bereich der neuen Energiespeicherung 3 bis 6 Monate und die Bauzeit eines neuen Druckluftspeicherprojekts im Allgemeinen 1,5 bis 2 Jahre.

Ein weiteres Beispiel ist die Standortwahl und die Anwendungsszenarien: Die Standortwahl für Pumpspeicherkraftwerke erfordert oft einen Ort mit großem Gefälle, aber mit starken Kapazitätsvorteilen und einer großen Einzelstationsgröße eignet es sich für großflächige und systemweite Anwendungen auf der Netzseite; das Volumen der neuen Energiespeicher-Einzelstation kann groß oder klein sein, sie ist stark an die Umgebungsbedingungen angepasst und kann flexibel in verschiedenen Anwendungsszenarien wie Stromversorgung, Stromnetz und Verbraucherseite eingesetzt werden und als zusätzliche Ergänzung für Pumpspeicher dienen.

Was die Einstellbarkeit betrifft, so ist die Reaktionsgeschwindigkeit des neuen elektrochemischen Energiespeichers hoch; er kann innerhalb von Millisekunden bis Sekunden reagieren.

Die neuen Energiespeichertechnologien meines Landes haben den Übergang von der Forschungs- und Entwicklungsphase zur ersten Phase der Kommerzialisierung vollzogen und dabei beachtliche Fortschritte erzielt. Lithium-Ionen-Batterien, Druckluftspeicher und andere Technologien haben ein weltweit führendes Niveau erreicht.

CATL

Beispielsweise hat sich bei elektrochemischen Energiespeichertechnologien in den letzten fünf Jahren die Energiedichte von Lithiumbatterien, wie sie von CATL repräsentiert werden, mehr als verdoppelt, die Zyklenlebensdauer hat sich um das Zwei- bis Dreifache erhöht und die Anwendungskosten sind um mehr als 60 % gesunken.

Bisher wurden neue Energiespeicher vorwiegend als Hilfskomponente von Wärmekraftwerken zur Frequenzregelung eingesetzt. Nach der Klärung ihrer eigenständigen Marktstellung und der zukünftigen Einführung von Strompreisrichtlinien können neue Energiespeicher nun selbstständig an der netzgekoppelten Lastverteilung, der Transaktionsabwicklung usw. teilnehmen, was die Markteinführung neuer Energiespeicher beschleunigt.

Ein Phänomen verdient jedoch Beachtung: Über 80 % der aktuell im Bau befindlichen Energiespeicherprojekte basieren auf Lithium-Ionen-Batterien und stellen damit den größten Anteil dar. Die zehn führenden Anbieter von Energiespeichertechnologien nach installierter Kapazität in China waren 2021: Ningde Times, China National Energy Storage, EVE Power, Penghui Energy, Narada Power, Haiji Xin Energy, Lishen, Envision Power, China Innovation Aviation und Zhongtian Technology. Die zehn führenden Anbieter von PCS-Energiespeichern nach installierter Kapazität waren 2021: Shangneng Electric, Kehua Shuneng, Soying Electric, NARI Jibao, Sunshine Power, Shenghong Shares, Huazi Technology, Zhiguang Energy Storage, Inovance Technology und XJ.

Andere Speichertypen wie Flussbatterien, Blei-Säure-Batterien, Wärmespeicher und Kältespeicher machen einen relativ geringen Anteil aus. Die Gesamtleistung von Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung ist gut, jedoch müssen Sicherheits- und Rohstoffrückgewinnungsprobleme noch weiter gelöst werden. Flüssigbatterien sind sicher und einfach zu recyceln und zu regenerieren, die Systemkosten sind jedoch relativ hoch.

Energiespeicherung der Zukunft: Redox-Flow-Batterie aus Vanadium

Im Gegensatz zu Lithium ist China ein Land mit großen Vanadiumvorkommen; seine Reserven sind die größten der Welt, und wir haben die Preissetzungsmacht selbst in der Hand, was uns zu mehr Eigeninitiative verhilft.

Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie ist eine Art von Flussbatterie, die die Änderung des Valenzzustands von Vanadiumionen zur Speicherung und Freisetzung elektrischer Energie nutzt. Sie arbeitet unter Normalbedingungen (Temperatur und Druck). Der Elektrolyt ist eine wässrige Lösung. Der Reaktionsprozess beschränkt sich auf die Änderung des Valenzzustands der Vanadiumionen. Der Elektrolyt ist wiederverwendbar. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien sind Vanadium-Redox-Flow-Batterien sicherer. Sie weisen eine hohe Zyklenzahl von über 15.000 auf und können eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren erreichen.

Berichten zufolge waren State Grid, State Power Investment Corporation, National Energy Group, Huadian Group, Datang Group, Shanghai Electric u. a. an Projekten mit Vanadium-Redox-Flow-Batterien beteiligt. Zu den ersten in China in Betrieb genommenen Vanadium-Redox-Flow-Batteriesystemen zählen das ehemalige Windenergiespeicherprojekt Guodian Longyuan Woniushi und das nationale Demonstrationsprojekt Dalian Liquid Flow Battery Energy Storage Power Station zur Spitzenlastabdeckung. Beide Projekte nutzen die Flow-Batterie-Technologie des Dalian Chemical Physics Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Der Halbjahresbericht 2021 von Shanghai Electric zeigt, dass das von Shanghai Electric selbst entwickelte und gefertigte 1-MW/1-MWh-Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Energiespeicherkraftwerk die Abnahmeprüfung im Windkraft-Industriepark im Bezirk Haojiang der Stadt Shantou in der Provinz Guangdong erfolgreich bestanden hat.

Berichten zufolge arbeiten die führenden Unternehmen der gesamten Wertschöpfungskette der Vanadium-Redox-Flow-Batterieindustrie, vertreten durch Vanadium Titanium Co., Ltd., ein führender Anbieter von Vanadiumprodukten mit einem Marktwert von über 47 Milliarden Yuan, und Dalian Rongke Energy Storage, gemeinsam mit Panzhihua, der Hauptstadt von Vanadium und Titan, an der Schaffung einer „China Vanadium Power Capital“.

Im Oktober 2022 unterzeichneten Vanadium Titanium Co., Ltd. und Dalian Rongke einen Joint-Venture-Vertrag zur gemeinsamen Investition von 31,61 Millionen Yuan in die Gründung der Sichuan Vanadium Energy Storage Technology Co., Ltd. Vanadium Titanium Co., Ltd. hielt 51 % des Stammkapitals, Dalian Rongke 49 %.

Die Entwicklung neuer Energiespeicher ist jedenfalls nicht mehr aufzuhalten.

Gleichzeitig ist die neue Energiespeicherung auch eine wichtige Unterstützung für das Erreichen des Ziels der Klimaneutralität auf dem Höhepunkt der Kohlendioxidemissionen und zugleich ein wichtiger Kanal für die Teilnahme am internationalen Wettbewerb.

Derzeit nimmt ein Innovationssystem für grüne Energiespeichertechnologien Gestalt an, das Unternehmen als Hauptakteur einbezieht, marktorientiert ist und Produktion, Ausbildung, Forschung und Anwendung miteinander verbindet.

Neue Energiespeicher sind die Zukunft.