2,5 triljonu dolāru iemesls, kāpēc mēs nevaram paļauties uz akumulatoriem, lai attīrītu tīklu

Moss Landing spēkstacijas attēls Hugo | flickr

No dabasgāzes spēkstacijas Moss Landing ostā, Kalifornijā, paceļas pāris 500 pēdu gari dūmu skursteņi, radot industriālu skatu pār jauko piejūras pilsētu.

Tomēr, ja valsts regulatori parakstīsies, tā varētu būt pasaulē lielākā litija jonu akumulatoru projekta vieta. 2020. gada beigas , palīdzot līdzsvarot mainīgo vēja un saules enerģiju Kalifornijas tīklā.

300 megavatu iekārta ir viens no četriem milzīgiem litija jonu uzglabāšanas projektiem, kas Pacific Gas and Electric, Kalifornijas lielākais uzņēmums, prasīja Kalifornijas Komunālo pakalpojumu komisija apstiprinās jūnija beigās. Kopumā tie tīklam pievienotu pietiekami daudz uzglabāšanas jaudas, lai mēnesī apgādātu aptuveni 2700 mājas (vai uzglabātu aptuveni 0,0009 procentus no elektroenerģijas, ko valsts izmanto katru gadu).

Kalifornijas projekti ir viens no pieaugošajiem centieniem visā pasaulē, tostarp Tesla 100 megavatu akumulatoru bloks Dienvidaustrālijā, lai izveidotu arvien lielākas litija jonu uzglabāšanas sistēmas, cenām samazinoties un atjaunojamās enerģijas ražošanai palielinoties. Tie rada pieaugošu optimismu, ka šīs milzīgās baterijas ļaus vēja un saules enerģijai izspiest arvien lielāku daļu fosilā kurināmā ražotņu.

Taču šajā rožainajā scenārijā ir problēma. Šīs baterijas ir pārāk dārgas un nedarbojas gandrīz pietiekami ilgi, tādējādi ierobežojot to lomu tīklā, saka eksperti. Ja mēs plānojam paļauties uz tiem milzīgu uzglabāšanas apjomu, jo vairāk atjaunojamo energoresursu nonāk tiešsaistē, nevis pievērsties plašākam zemu oglekļa emisiju avotu, piemēram, kodolenerģijas un dabasgāzes, apvienojumam ar oglekļa uztveršanas tehnoloģiju, mēs varētu virzīties uz bīstami nepieejamu ceļu.

Mazas devas

Saskaņā ar 2016. gada pētījumu mūsdienu akumulatoru uzglabāšanas tehnoloģija vislabāk darbojas ierobežotā vietā, lai aizstātu spēkstacijas, kurās tiek sasniegts maksimums. analīze pētnieki no MIT un Argonne National Lab. Tās ir mazākas iekārtas, kuras mūsdienās bieži darbina ar dabasgāzi, kuras var atļauties darboties neregulāri, ātri iedarbinot, kad cenas un pieprasījums ir augsts.

Nākamo piecu gadu laikā litija jonu akumulatori varētu ekonomiski konkurēt ar šiem dabasgāzes pīķiem, saka Marko Ferrara, Form Energy līdzdibinātājs, MIT spinout, kas izstrādā tīkla akumulatorus.

Viņš saka, ka gāzes pīķu bizness ir diezgan tuvu beigām, un litija joni ir lielisks aizstājējs.

Šī galvenā loma ir tieši tā, kas ir paredzēta lielākajai daļai jauno un gaidāmo litija jonu akumulatoru projektu. Patiešām, Kalifornijas uzglabāšanas projekti galu galā varētu aizstāt trīs dabasgāzes iekārtas reģionā, no kurām divas ir pīķa augi .

Taču daudz tālāk par šo lomu akumulatoriem rodas reālas problēmas. 2016. gada pētījuma autori atklāja, ka atdeve strauji samazinās, ja tīklam tiek pievienots daudz akumulatora krātuves. Viņi secināja, ka akumulatoru uzglabāšanas savienošana ar atjaunojamās enerģijas stacijām ir vājš aizstājējs lielām, elastīgām ogļu vai dabasgāzes kombinētā cikla stacijām, kuras var izmantot jebkurā laikā, darbināt nepārtraukti un mainīt jaudas līmeni, lai apmierinātu mainīgo pieprasījumu visā periodā. diena.

Litija jonu tehnoloģija ir ne tikai pārāk dārga šai funkcijai, bet arī ierobežotais akumulatora darbības laiks nozīmē, ka tā nav piemērota, lai aizpildītu tukšumus dienās, nedēļās un pat mēnešos, kad vēja un saules enerģijas ražošana ir karoga laikā.

Šī problēma ir īpaši aktuāla Kalifornijā, kur gan vējš, gan saule strauji nokrīt rudens un ziemas mēnešos.

Tas noved pie kritiskas problēmas: kad atjaunojamie enerģijas avoti sasniedz augstu līmeni tīklā, jums ir nepieciešams daudz, daudz vairāk vēja un saules elektrostaciju, lai maksimālās slodzes laikā nodrošinātu pietiekami daudz jaudas, lai tīkls darbotos garajos sezonas kritumos, saka Džese Dženkins. pētījuma līdzautors un energosistēmu pētnieks. Tam savukārt ir vajadzīgas akumulatoru bankas, kas to visu var uzglabāt, līdz tas ir nepieciešams.

Un tas galu galā ir astronomiski dārgi.

Kalifornija sapņo

Ir problēmas, kuras Kalifornija nevar atļauties ilgi ignorēt. Valsts jau ir uz ceļa līdz 2020. gadam 50 procentus no elektroenerģijas iegūt no tīriem avotiem, un likumdevējs atkal ņemot vērā likumprojekts, kas liktu līdz 2045. gadam sasniegt 100 procentus. Lai sarežģītu lietas, regulatori janvārī nobalsoja slēgt štata pēdējo atomelektrostaciju, bezoglekļa avotu, kas nodrošina 24 procenti PG&E enerģijas. Tādējādi Kalifornija būs ļoti atkarīga no atjaunojamiem avotiem, lai sasniegtu savus mērķus.

Tīra gaisa darba grupa, Bostonas enerģētikas politikas ideju grupa, nesen atklāja, ka atjaunojamo energoresursu 80 procentu atzīmes sasniegšana Kalifornijā vasaras mēnešos nozīmētu milzīgu pārpalikuma ražošanu, kas prasīs 9,6 miljonus megavatstundu enerģijas uzkrāšanas. Lai sasniegtu 100 procentus, būtu nepieciešami 36,3 miljoni.

Pašlaik štatā kopumā ir 150 000 megavatstundu enerģijas uzkrāšanas. (Tā galvenokārt ir sūknētā hidroelektrostacija ar nelielu akumulatoru daļu.)

Ja atjaunojamie resursi nodrošinātu 80 procentus no Kalifornijas elektroenerģijas, vasaras maksimuma laikā tiktu saražoti vairāk nekā astoņi miljoni megavatstundu enerģijas pārpalikuma. Tīra gaisa darba grupas CAISO datu analīze.

Izveidojot atjaunojamās enerģijas ražošanas un uzglabāšanas līmeni, kas nepieciešams, lai sasniegtu valsts mērķus, izmaksas pieaugtu eksponenciāli — no 49 USD par ražošanas megavatstundu 50% līdz USD 1612 par 100%.

Un tas ir, pieņemot, ka litija jonu akumulatori maksās aptuveni trešdaļu no tā, ko viņi maksā tagad.

Kalifornijas elektroenerģijas sistēmas izmaksas pieaug eksponenciāli, ja atjaunojamie resursi saražo lielāko daļu elektroenerģijas. Tīra gaisa darba grupas CAISO datu analīze.

Sistēmā pilnībā dominē uzglabāšanas izmaksas, saka Stīvs Briks, Clean Air Task Force vecākais padomnieks. Jūs izveidojat šo milzīgo uzglabāšanas iekārtu, kuru piepildāt līdz gada vidum un pēc tam to vienkārši izkliedējat. Tas ir milzīgs kapitālieguldījums, kas tiek izmantots ļoti maz.

Šie spēki ievērojami palielinātu elektroenerģijas izmaksas patērētājiem.

Jums jāapstājas un jāuzdod sev jautājums: 'Vai ir kāds veids, kā sabiedrība to atbalstītu?' Briks saka.

Līdzīgi, pētījums šā gada sākumā Enerģētikas un vides zinātne atklāja, ka, lai apmierinātu 80 procentus no ASV elektroenerģijas pieprasījuma ar vēja un saules enerģiju, būtu nepieciešama vai nu valsts mēroga ātrgaitas pārvades sistēma, kas var līdzsvarot atjaunojamo enerģijas avotu ražošanu simtiem jūdžu attālumā, vai arī 12 stundu elektroenerģijas uzglabāšana visai sistēmai (skatiet sadaļu Paļaušanās tikai uz atjaunojamiem enerģijas avotiem. ievērojami palielina enerģijas kapitālā remonta izmaksas).

Pašreizējās cenās šāda izmēra akumulatoru uzglabāšanas sistēma izmaksātu vairāk nekā 2,5 triljonus USD.

Baiga cenu zīme

Protams, ir iespējama lētāka un labāka tīkla uzglabāšana, un pētnieki un jaunizveidotie uzņēmumi pēta dažādas iespējas. Veidlapa Enerģija, kas nesen nodrošināts finansējums no Bill Gates's Breakthrough Energy Ventures mēģina izstrādāt ūdens sēra plūsmas akumulatorus ar daudz ilgāku darbības laiku, par piekto daļu no izmaksām, ja litija jonu akumulatori, visticamāk, nonāktu.

Ferrara modelēšana atklāja, ka šāds akumulators varētu nodrošināt atjaunojamo enerģijas avotu 90 procentus no elektroenerģijas nepieciešamības lielākajai daļai tīklu, tikai par nedaudz augstākām izmaksām nekā mūsdienās.

Taču ir bīstami cerēt uz šāda veida akumulatoru sasniegumiem, un pat tad, ja Form Energy vai kāds cits uzņēmums to panāk, izmaksas tik un tā eksponenciāli pieaugs, pārsniedzot 90 procentu slieksni, saka Ferrara.

Dženkinss saka, ka risks ir tāds, ka mēs palielināsim dziļas dekarbonizācijas izmaksas enerģētikas sektorā līdz vietai, kur sabiedrība nolemj, ka vienkārši nav atļauties turpināt virzību uz nulles oglekļa emisiju.

Atjauninājums: diagramma tika noņemta no šī stāsta, jo tajā nepareizi bija norādīts atjaunojamo energoresursu izplatības līmenis elektroenerģijas tīklā, kas attēlots uz vertikālās ass.

paslēpties