Америка Кошмо Штаттарынын Батареяны сактоону ишке ашыруудагы тоскоолдуктар: Баасы жана Продукттары

Учурда АКШда тармакты декарбонизациялоочу ар кандай технологиялар бар болсо да, социалдык, каржылык жана ошондой эле саясий тоскоолдуктар бул заманбап технологияларды айлана-чөйрөнүн өзгөрүшүнө бөгөт коюу үчүн талап кылынган мөөнөттө жайылтуудан качышы мүмкүн. Бул перспектива батареяны сактоо мейкиндигин жайылтуудагы эң чоң 2 тоскоолдукту көрсөтөт: баа жана ошондой эле өнүмдөр. Заманбап технологиянын негизги аккумуляторун сактоо мейкиндигинде чыгымдар, өзгөчө, адатта, өтө жогору бойдон калууда. Массачусетс заманбап технологиялар институтунун изилдөө тобу энергияны сактоочу мейкиндикти тезирээк бошотуу жана бааларды азайтуу үчүн Америка Кошмо Штаттарынын өкмөтү тарабынан иштелип чыккан жана берилген саясий жана ошондой эле каржылык стратегиялардын жыйнагын изилдеди. Баалардын көтөрүлүшүн эске алуу маанилүү нерсе - бул аккумулятордук материалдардын салыштырмалуу жогорку баасы, отчетто эске алынат. Ал эми кичирээк өлчөмдөгү жана жөнөкөйлөштүрүлгөн жеткирүү чынжырчасы батарейка өнүмдөрүнүн актуалдуулугун баса белгилейт, ылдамдыкты жогорулатат жана тез масштабды көбөйтүүнү кыйындатат. Бул үчүн технологиялык жана экономикалык кызматтардан тышкары факторлор бар, алардын айрымдары MIT тарабынан талданат. Көбүнчө, фирманын атаандаштык артыкчылыктары (б.а. эксклюзивдүү пландоо жана ошондой эле өндүрүш) жана экономикалык тышкаркы өндүрүштүн (б.а. борборлоштуруу, стандартташтыруу ж.б.) ортосунда кандайдыр бир карама-каршы өнөктөштүк бар, аларды саясий жана экономикалык сыйлыктар аркылуу жеңүү керек. Акыр-аягы, тез өсүү менен курчап турган чөйрөнү өзгөртүүнү чечүү, ошондой эле эң эффективдүү чечимдерди ишке ашыруу үчүн коомчулукта, ошондой эле эксклюзивдүү инвестициялык тармактарда жогорку ылдамдык талап кылынат.

Климаттын кошумча модификациясын болтурбоо үчүн эң маанилүү чечимдердин арасында электр энергетика тармагын декарбонизациялоо саналат. Бириккен мамлекеттик энергетикалык деталдар башкармалыгы (EIA) тарабынан башталган маалыматтарга ылайык, 2020-жылы электр рыногунда өндүрүлгөн көмүртектин жалпы эмиссиясы АКШдагы көмүртектин жалпы чыгышынын болжол менен 32% түзгөн. Шамал, ошондой эле күн энергиясы сыяктуу энергиянын кайра жаралуучу булактарын колдонуу менен энергияны глобалдык жылуулукка алып келген негизги булгоочу көмүр кычкыл газын чыгарбастан өндүрүүгө болот. Ошого карабастан, кайра жаралуучу энергия кайра-кайра жаралуучу көйгөйлөргө туш болот, анткени аны менен камсыз кылуу белгисиз болгон климаттык шарттарга, ошондой эле мурунку адам көзөмөлүнө көз каранды, бул каалаган убакта көбүрөөк энергия менен камсыз кыла турган казылып алынган отун өндүрүүчү объекттерден айырмаланып турган олуттуу айырма. Үзгүлтүктөрдү жоюу жана суроо-талаптын ар дайым канааттандырылышын камсыз кылуу үчүн ар кандай чечимдер бар: мисалы, энергиянын кайра жаралуучу булактарын өндүрүүчү объектилер күн же шамал жетишсиз болгондо, түзүлгөн электр энергиясы дагы эле сунуштун суроо-талабын канааттандыра ала тургандай кылып ашыкча курулса болот. Бирок, бул ыкма кымбатка турат, ошондой эле кыскартууга алып келет. Дагы бир кызмат - бул башкарылуучу энергия менен камсыздоонун минималдуу көлөмүн (мисалы, экологиялык таза суутек, ошондой эле өзөктүк энергия ж. Ошого карабастан, бул өнүгүп келе жаткан инновациялар дагы эле көмүртектүү нейтралдуу жол-жоболорду колдонуу менен өндүрүлгөндө жашоого мүмкүн болгон чыгымдарды жана эффективдүүлүктү аткаруу үчүн күрөшүп жатышат. Бир нече ыкмалар керек болсо да, энергияны сактоочу мейкиндик системалары абдан келечектүү каражат болуп саналат, ошондой эле дизайн тандоолордун чоң спектрин сунуштайт.

Энергияны сактоочу мейкиндикти алуу мүмкүнчүлүгү кайра жаралуучу ресурстардын укугу тарабынан берилген электр энергиясын энергиянын башка түрлөрүнө, мисалы, жылуулук энергиясы, электрохимиялык энергия, электр энергиясы ж. Насостук гидрогенерациялоочу курулмалар чындыгында 100 жылдан ашык убакыттан бери энергияны сактоонун натыйжалуу жана ошондой эле жакшы документтештирилген түрү болуп саналат; Бириккен Штаттын Энергетика министрлигинин (DOE) маалыматы боюнча, сордурулган гидроэнергетика азыркы учурда Бириккен штаттын бардык пайдалуу масштабдагы энергияны сактоо тутумдарынын 95% энергия сактоо мейкиндигин түзөт. Ошого карабастан, электр тармактарын декарбонизациялоо үчүн көбүрөөк энергия сактоо мейкиндиги талап кылынат: АКШнын Энергетикалык Маалымат Администрациясынын (EIA) изилдөө отчетуна ылайык, учурда АКШда 2 ГВттан азыраак пайдалуу масштабдагы энергия сактоочу мейкиндик системалары орнотулган, ошондой эле 2050-жылы терең декарбонизацияга жардам берүү үчүн жүздөгөн гигаватт энергия сактоо мейкиндиги талап кылынышы мүмкүн. Насостук гидроэнергетиканы масштабдоо кыйын, анткени ал, адатта, ири, капиталды көп талап кылган энергияны сактоочу мейкиндик долбоорлору үчүн гана кирешелүү, ошондой эле ишке ашыруу жерлери географиялык жана уруксат берүүчү чектөөлөр менен чектелген. Мындан тышкары, тармак кызматтардын жыйындысы болуп саналат, алардын ар бири ар кандай мүнөздөмө күчкө, ошондой эле электр энергиясына болгон талаптарга, реакция убактысына жана башкаларга таянып, энергияны сактоо мейкиндигинин ар кандай кызматтарын талап кылат. Заманбап технологиянын кубат сактагычы колдонмо үчүн практикалык жана экономикалык жактан идеалдуу экендигин аныктоого жардам берүү үчүн колдонулган эң кеңири таралган статистика бул 'мезгил' болуп саналат, ал ошондой эле батарейканы толук заряддоо же кайра кубаттандыруу талап кылынган учурду билдирет. Ошондуктан, көптөгөн узактыгы боюнча иштетүү үчүн тандоолорду изилдөөгө болот. Бир катар мезгилдерге жетүү үчүн чоң дизайн мейкиндигине ээ болгондуктан, батарейкалар энергияны сактоо жумуштары үчүн бир катар жагымдуу энергия сактоочу мейкиндик технологияларын колдонушат.

Батарея - бул электр энергиясын өзгөртүү үчүн 'кыскартуу' реакцияларынын ортосундагы энергия айырмасын колдонгон, натыйжада электр энергиясын химиялык энергия катары үнөмдөөчү же электр энергиясын химиялык энергиядан үнөмдөөчү электрохимиялык сактоочу түзүлүш. Батареялар энергияны сактоонун башка түрлөрүнөн көптөгөн артыкчылыктарга ээ. Мисалы, электрохимиялык реакциялар декарбонизацияланган тордогу (жана ошондой эле жалпысынан, энергия менен камсыздалган тордо) термохимиялык реакцияларга караганда, электр энергиясын түз чыгаруунун (негизинен жалпы температура деңгээлинде жана басымда) улам бир кыйла ишенимдүү.

Мындан тышкары, колдонууга негизделген энергияны сактоонун заманбап технологиялары үчүн кеңири жайгашуу бөлмөсүн камсыз кылуучу ар кандай редокс реакциясынын энергиясын сактоо пландары бар. Мисал катары, кардарлардын электроникасында колдонулган бизнес-батареялардын ар түрдүүлүгүн карап көрөлү, алар ар кандай конструкцияларда колдонуу үчүн жеткиликтүү болгон тармактык батареянын кубаттуулугун сактоочу мейкиндик системаларынын бир аз гана бөлүгүн түзөт: литий-ион, коргошун-кислота, никель-кадмий, цинк-көмүртек батареялары ж.б. жерлер. Бул артыкчылыктар батарейкаларды декарбонизациядан өткөн тармактык операциялар үчүн гана эмес, кошумча кызматтар катары кошумча наркты сунуштоого мүмкүндүк берет; мисалы, батарейкалар кубаттуулуктун көз карандысыздыгын жана ишенимдүүлүгүн жогорулатат. 2017-жылы 'Мария' бороон-чапкынында Пуэрто-Риконун электр тармагынын кыйрашын эске алыңыз. Кайталануучу ресурстарды өндүрүүчү объектилерди жана энергияны сактоочу мейкиндик системаларын камтыган чачыранды микротүйүндөрдүн долбоорлору электр энергиясынын трагедиялуу чоң өчүрүүлөрүнүн алдын алат. Себеби дисперстүү генерация электр өткөргүч алкактарын (мисалы, электр линиялары жана коммуналдык мамылар сыяктуу) курууну жана кайра жабдууну азайтат, бирок алар аба ырайынын катаал окуяларына дуушар болушат.

Мындан тышкары, дисперстүү электр энергиясын өндүрүү жалгыз чекиттин иштебей калуу мүмкүнчүлүгүнөн кутулат. Албетте, коңшулук саясий жана финансылык эркиндик маселелери да эске алынышы керек. Көптөгөн өлкөлөрдө экономикалык жактан практикалык жактан кайра жаралбаган отун булактарынын чоң ресурстары жок, ошондуктан кайра жаралуучу энергия рыногуна өзгөртүү киргизүү электр энергиясынын ички өндүрүшүн өркүндөтүшү мүмкүн, электр энергиясын импорттоого болгон муктаждыкты азайтат, ошондой эле геосаясий эркиндикти жогорулатат. Америка Кошмо Штаттары 1970 жана 1980-жылдары геосаясий жактан келип чыккан мунай тартыштыгын башынан өткөргөн, бийликке көз карандылык алып келе турган финансылык кыйынчылыктарды өзгөчө моюнга алат.

Бүгүнкү күндө аккумулятордук технологиялардын көптөгөн түрлөрү бар, алардын ар бири ар кандай моделдик дизайнга ээ, алардын көбү бир катар химияларга туура келет, ошондой эле альтернативаларды тандай алат. Литий-иондук батарейкалар (LIB) негизги батарея технологиясы катары эске алынат; 1990-жылдары, ошондой эле кийинчерээк, литий-иондук батарейкалар негизинен электрондук жана мобилдик түзүлүштөрдө колдонулган, ал эми акыркы жылдары литий-иондук батарейкалар негизинен стационардык энергияны сактоо тутумдарында жана электр Automotive (EV) бул 2 ири масштабдуу базарларда колдонулат. Энергетика тармагында колдонуу үчүн ойлонулган аккумулятордук инновациялардын көпчүлүгү али эрте жана комплекстүү сыноолорду жана каталарды изилдөөнү талап кылышы мүмкүн, бирок бүгүнкү күнгө чейин жетишилген жумуштар чындыгында кичинекей жайылтуулар же минималдуу коммерциялык процедуралар болгон, анткени алар дагы эле начар иштеп жатат же Grid колдонмосуна гана ылайыктуу. Мындай инновациялардын мисалдары редокс циркуляциялык батареялардан (RFB) жана ошондой эле металл-аба батареяларынан (MAB) турат.

Эл аралык энергетикалык агенттиктин маалыматы боюнча, 2030-жылга карата, CO2 разрядынын кыскарышынын көпчүлүгү, албетте, азыркы учурда чыгарылган же базардагы заманбап технологиялардан келип чыгат, ошондой эле 2050-жылга карата, көмүртектин азайышынын элүү пайызы учурда демо же прототиптеги энергетикалык инновацияларга таянат. Ошентип, федералдык өкмөттөр жана маданияттар айлана-чөйрөнү өзгөртүү маселесин чечүү үчүн иш жүзүндө туура жолдо баратышат. Ошого карабастан, идеалдуу энергиянын заманбап технологияларын тез арада жайылтууга кепилдик берүү үчүн башка көптөгөн потенциалдуу социалдык, каржылык жана саясий тоскоолдуктар бар, бул төмөндөө чоң масштабдагы зыянды болтурбоо үчүн жетиштүү (1-сүрөт). Каралышы керек болгон бул факторлор техникалык аспектилерден көз карандысыз болбосо да, алар ар кандай ыкмаларды жана чечимдерди талап кылышы мүмкүн. Бул иш аккумуляторду кененирээк ишке ашырууда эки орчундуу көйгөйлөрдү текшерет: батареянын баасы жана продукциянын чектөөлөрү. Тиешелүү эффективдүү атрибуттары бар бир катар батарейка технологиялары азыркы учурда бар, бирок жогорку алдын ала чыгымдар, айрыкча азыркы өндүрүштүн төмөн масштабында кеңири жайылтууну кечеңдетип же токтотушу мүмкүн. Акыр-аягы, белгилүү бир батарея технологиясы негизги бааны жана ошондой эле аткаруу көрсөткүчтөрүн канааттандырса да, анын маанилүү компоненттеринин жеткиликтүүлүгү жана жеткирүү тизмеги тез жана терең интеграцияга тоскоол болушу мүмкүн. Ошондуктан, бул тынчсыздануулар негизги декарбонизация максаттарына жетүү үчүн мүмкүн болушунча тезирээк чечилиши керек. Бул иш бул тоскоолдуктарды жеңүү же айланып өтүү үчүн каржылык жана саясий ыкмаларды ачат.
Негизги тоскоолдук 1: Батареянын баасы

Батареялар энергияны сактоочу тармактарда колдонулушу мүмкүнбү же жокпу деп эсептей турган негизги фактор. Башка аккумулятордук рыноктордон айырмаланып, клиникалык аппараттар, керектөөчү электрондук шаймандар, электр жүк ташуучу унаалар ж. Тармакты бошотуу ири инвестицияларды талап кылгандыктан, көбүнчө каржылоого жетүүнү талап кылат (мисалы, каржылоо), ресурстардын баасы чындыгында жаңылануучу ресурстарды кабыл алууда олуттуу тоскоолдук болуп келген, ошондуктан анын техно-экономикалык максатка ылайыктуулугунун борбордук көрсөткүчү болуп келген. Батареялардын баасы негизинен материалдык баага, ошондой эле өндүрүш диапазонуна көз каранды. Америка Кошмо Штаттарынын Энергетика департаменти, адатта, 100 доллар/кВт/саат, ошондой эле 150 доллар/кВт саатты каржылык жактан практикалык тармактык электр сактоо тутумун каржылоо чыгашасынын чеги катары коет.

Литий-иондук батарейкалар азыркы учурда тармактык тиркемелерде эң көп колдонулган батареянын энергия сактоо технологияларынын бири болуп саналат. Литий-иондук батарейкалар 1990-жылдары алардын өнүгүшүн тездетүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болгон, анткени алар биринчи жолу кардарлардын электрондук шаймандарынан жана электр жүк ташуучу унааларынан турган кымбат баалуу базарларда көп колдонулган. Бул базарларда батарейка берүүчүлөр азыраак жакшыртылган жана кымбатыраак батарейка өнүмдөрүн сатышат, анткени алар жалгыз тандоо. Бул литий-иондук батарейкаларды масштабда жана баада түзүүгө мүмкүндүк берет, ошол эле учурда өндүрүмдүүлүгүн жогорулатат. Ошентип, бул технология энергияны сактоочу мейкиндик системалары үчүн эске алынганда, литий-иондук батарейкалар чындыгында күчтүү эффективдүүлүктү көрсөттү, бул батареянын заряды жана разряддуулугу азыр абдан жогору, адатта 95% га чейин жана жеткирүү чынжырчасы баанын төмөн болушун камсыз кылуу үчүн түзүлгөн. Тактап айтканда, электр унааларынын өнүгүшү менен литий-иондук батарейкалардын баасы акыркы жылдары кескин төмөндөдү; Чогулган батарейка клеткаларынан жана башкаруу жана коопсуздук системаларынан турган литий-иондук батарейкалар АКШнын Энергетика министрлиги аныктаган мүмкүн болгон диапазондо (болжол менен 140 АКШ доллары/кВт саат) төмөндөдү, келечекте ал 100 доллар/кВт сааттан төмөн түшүшү күтүлүүдө. Литий-иондук батарейкалар үчүн эл аралык өндүрүш жөндөмдүүлүгү жыл сайын 700GWh ашат, ошондой эле бүгүнкү күндө дээрлик $50 миллиард сектор болуп саналат. Бул эң сонун өнүгүү болгону менен, бардык тармактык кызматтарга уруксат берүү жана терең декарбонизацияны ишке ашыруу үчүн дагы эле бир катар каражаттар керек. Андан тышкары, кийинки бөлүмдө каралып жаткан жеткирүү чынжырынын маселелери литий-иондук батарейканын энергия сактоо тутумдарын жайылтуу диапазонуна тоскоол болушу мүмкүн. Батареянын бир нече башка заманбап технологиялары, айрыкча, узак мөөнөттө (4 сааттан ашык) дагы үнөмдүү кызматтарды сунуштайт, бирок алар Li-ion сыяктуу рыноктук көйгөйлөрдөн утушпайт, ошондой эле алар менен күрөшүү кыйынга турат.

Көптөгөн альтернативалуу батарейканын конструкциялары, ошондой эле продукциялар Li-ion батарейкаларына салыштырмалуу негизги баа артыкчылыктарына ээ. Мисалы, циркуляциялык батарейкалар системанын дизайнын колдонушат, бул экөө бири-биринен көз карандысыз масштабдалышы мүмкүн экенин көрсөтүп турат. Бул кубаттуулукту сактоо мейкиндигинин мүмкүнчүлүктөрүн жеткиликтүү өстүрүүгө мүмкүндүк берет, мындай батарейкаларды узак убакытка бир топ атаандаштыкка жөндөмдүү кылат. Башка жагынан алганда, литий-иондук батарейка сыяктуу жабылган система кубаттуулукту жана кубаттуулукту жупташып, анын кубаттуулугун сактоо блогунун баасын негиздүү белгиленген критерийге айлантат. Алдын ала чыгымдарга салыштырмалуу узак мөөнөттүү чыгымдар эске алынуучу фактор болуп саналбаганы менен, агымдык аккумулятордун (RFB) же металл-аба батареясынын (MAB) ачык стили кошумча түрдө узак мөөнөттүү каржылык үнөмдөөгө мүмкүндүк берет. Аны түз эле толтурууга же электролит менен алмаштырууга болот (батареянын эң тез кемсинтүүчү компоненти), ал эми литий-иондук батарейкалар сыяктуу типтүү жабык системалар бүтүндөй батарейканын пакетин жакшыртууга же алмаштырууга муктаж, бул белгилүү бир калдыктарды пайда кылат. Акыр-аягы, литий-иондук батарейкаларга караганда арзаныраак, мазмуну жогору өнүмдөрдү колдонуп, болочок чыгымдарды азайткан батарейкалар бар.

Бул мүнөздүү артыкчылыктарга карабастан, пайда болгон энергияны сактоо чечимдери ар кандай себептерден улам бүтүрүү кыйынга турат. Башында, терең декарбонизацияланган тордун оптималдуу стили бир катар батареяларды сактоо кызматтарын бириктиргени менен, бул сценарий учурдагы фактылардан көп. Бул жаңы аккумулятордук инновациялар чындыгында эле тармактык тиркемелер үчүн үнөмдүү болгондуктан, ошондой эле жогорку нарктуу рынокторго кире албай тургандыктан, бааларды кантип төмөндөтүү, ошондой эле эффективдүүлүктү кантип жогорулатуу керектиги так белгисиз, алар литий-иондук батарейкалар менен атаандаша алышат.

Бул тоок менен жумуртка маселесин курчутуу дагы бир окшош табышмак: бул пайда болгон инновациялар табигый түрдө коркунучтуураак. Бул аларды долбоордун супервайзерлерине, демөөрчүлөрүнө же башка чечимдерди чыгаруучуларга азыраак көңүл буруп, бул заманбап технологияларды азыраак кабыл алып, көрсөтүп, ошондой эле тобокелчилик жөнүндө дайыма ойлонууга түрткү берет. Бул тоскоолдуктардын натыйжасында, бул жаңы пайда болгон батареянын заманбап технологияларын колдонууну сунуш кылган көптөгөн милдеттер компаниянын каржылык инвестициясы, жумуш каржысы жана кошумча каражаттар менен каржылоону коргоо үчүн күрөшүп келет. Бул көйгөйлөр жеке сектор тарабынан гана чечилбеши мүмкүн, ал эми федералдык өкмөт тарабынан дарылоо технологиялык коркунучту азайтышы мүмкүн, ошондой эле электр энергиясын сактоо мейкиндигинде пайда болгон каражаттардын баасын төмөндөтүшү мүмкүн. Адатта, масштабдуу демонстрациялар, албетте, сыналышы керек, ошондой эле түз сатып алуулар менен туруктуу болушу керек. Муну ишке ашыруунун бир жолу - Американын калыбына келтирүү жана кайра инвестициялоо актысында жасалгандай, федералдык өкмөттүн бизнести сунуштоо тапшырмаларын каржылоо. Азыркы учурда, АКШнын бийлик бөлүмү демо энергия сактоочу мейкиндик долбоорлорун олуттуу каржылоону камсыз кылат. Ошого карабастан, бул каржылоо чындыгында Америка Кошмо Штаттарынын улуттук изилдөө лабораторияларына мамлекеттик өтүнүч менен эмес, жеке секторду тартуу менен, ошондой эле прогрессти тездетет. Кошумчалай кетсек, АКШ өкмөтү электр тармактарын сактоо боюнча презентациялар үчүн адистештирилген программаны иштеп чыга алат. Бул муктаждык акыркы убактарда АКШнын Бийлик бөлүмүнүн Өркүндөтүлгөн Изилдөөчү Изилдөө Долбоорлор Агенттигинин (ARPA-E) Энергия Технологияларындагы маанилүү жетишкендиктерге арналган программасы тарабынан канааттандырылган. Ошо сыяктуу эле, АКШнын Таза Энергия Демо кеңсеси дагы эң жакшы багыттагы кадам болуп саналат: компания 2021-жылы ири (ал тургай миллиард долларлык) энергияны сактоочу долбоорлорду көрсөтүү, ошондой эле жеке сектор менен иштешүүнү тездетүү максатында түзүлгөн.

Бүгүнкү күндө энергетика тармагын декарбонизациялоого салым кошо турган технологиялар бар. Бирок, бул заманбап технологияларды тез жана үнөмдүү түзүү жана жайылтуу мүмкүнчүлүгү жөнүндө кооптонуулар бар, бул учурда аткарыла элек милдет. Тиешелүү стимулдар менен мамлекеттик дарылоо каалаган натыйжаларга жетүүгө жана тездетүүгө жардам берет. Мындан тышкары, ар кандай ыкмалар жана жол-жоболор акылдуулук менен жана тез колдонулса, бул тоскоолдуктардын бир нечесин жеңүүгө жардам берет. Бул ыкмага карабастан, убакыт талап кылынат, ошондой эле коомчулук үчүн жеткиликтүүлүк, ошондой эле эксклюзивдүү инвестиция абдан маанилүү