Barrièren fir United Staat Batterie Stockage Ëmsetzung: Präis a Produkter

Wärend d'USA de Moment eng Vielfalt vun Technologien hunn, déi d'Gitter dekarbonéiere kënnen, sozial, finanziell, an och politesch Barrièren kënne vermeiden datt dës modern Technologien an der Zäit ofgesat ginn, déi néideg sinn fir d'Ëmfeldsännerung z'ënnerdrécken. Dës Perspektiv beliicht 2 vun de gréisste Barrièren fir Batteriespäicherraum z'installéieren: Präis an och Produkter. Ausgaben am Mainstream Batterie Späicherplatz modern Technologie, speziell, typesch weider vill ze héich. Eng Studiegrupp um Massachusetts Institute of Modern Technology huet eng Sammlung vu politeschen an och finanzielle Strategien exploréiert, entwéckelt a geliwwert vun der US Regierung fir d'Energielagerungsplaz méi séier ze verëffentlechen an och Präisser ze minimiséieren. E wesentleche Bedenken vun de steigende Präisser ass de relativen héije Wäert vun Batteriematerialien, huet de Bericht am Kapp behalen. An eng méi kleng a streamlined Versuergungskette beliicht d'Dréngendlechkeet vun de Batterieprodukter, d'Erhéijung vun de Tariffer an d'Erausfuerderung vu séiere Skala-up. Et gi Faktoren fir dëst zousätzlech zu technologeschen a wirtschaftleche Servicer, e puer vun deenen analyséiert vum MIT. Dacks gëtt et e contrastesche Partnerschaft tëscht dem kompetitive Virdeel vun enger Firma (dh exklusiv Layout an och Fabrikatioun) an extra wirtschaftlech Produktioun (dh Zentraliséierung, Standardiséierung, etc.), déi duerch politesch a wirtschaftlech Belounungen iwwerwonne soll ginn. Schlussendlech ass méi héich Dringendes an der Ëffentlechkeet erfuerderlech wéi och exklusiv Investitiounsfelder fir d'Ëmweltmodifikatioun mam schnelle Wuesstum an och d'Ëmsetzung vun den effektivsten Léisungen unzegoen.

Ënnert de kruzialsten Léisunge fir zousätzlech Klimamodifikatioun ze vermeiden ass d'Dekarboniséierung vum elektresche Energiesektor. Geméiss Donnéeën lancéiert vun der United State Energy Details Administration (EIA), am Joer 2020, representéiert d'total Kuelestoffemissioune generéiert vum Stroummaart ongeféier 32% vum Gesamt Kuelestoffausgab an den USA. Duerch d'Benotzung vun erneierbaren Energiequellen wéi Wand wéi och Solarenergie, kann Energie produzéiert ginn ouni Kuelendioxid erauszekréien, de grousse Schuedstoff deen d'global Erwiermung ausléist. Wéi och ëmmer, erneierbar Energie begéint widderhuelend Generatiounsprobleemer well seng Versuergung op de Klimabedingung hänkt, déi onsécher sinn wéi och vergaange mënschlech Kontroll, wat e wesentlechen Ënnerscheed ass am Géigesaz zu fossille Brennstoff Generatiounsanlagen, déi zu all Moment méi Kraaft liwwere kënnen. Et gi verschidde Léisunge fir d'Intermittenz ze këmmeren an ze garantéieren datt d'Demande ëmmer zefridden ass: Zum Beispill kënnen erneierbar Energiegeneratiounsanlagen iwwergebaut ginn, sou datt wann d'Sonn oder de Wand net genuch ass, d'elektresch Energie déi erstallt gëtt, nach ëmmer der Versuergungsfuerderung entsprécht. Wéi och ëmmer, dës Approche ass deier wéi och eng Ofkierzung. En anere Service ass e minimale Betrag u verwaltbarer Energieversuergung ze benotzen (wéi ëmweltfrëndlecht Waasserstoff wéi och Atomkraaft, asw), am Idealfall typesch ordentlech Kraaft déi kee CO2 erstellt (wéi gréng Waasserstoff, Ammoniak, Biografie Brennstoff, etc). Trotzdem kämpfen dës opkomende Innovatiounen nach ëmmer fir liewensfäeg Käschten an Effizienz Metriken z'erreechen wann se generéiert ginn mat Kuelestoffneutrale Prozeduren. Wärend verschidde Methode gebraucht ginn, sinn Energiespäicherraumsystemer eng extrem villverspriechend Recours souwéi bidden eng grouss Palette vun Designwahlen.

D'Facilitéit fir Kraaftspäicherraum ze huelen ass d'elektresch Energie, déi vun erneierbaren Ressourcen zur Verfügung gestallt gëtt, direkt an aner Zorte vu Kraaft ëmzewandelen, sou wéi thermesch Energie, elektrochemesch Energie, Kraaft, asw. Pompel Hydro Generatioun Ariichtungen hunn eigentlech eng effektiv an och gutt dokumentéiert Zort Energie Stockage Plaz fir méi wéi 100 Joer; laut dem United State Department of Energy (DOE), pompelt Hydro mécht de Moment all Utility-Skala Energielagerungssystemer am Vereenegte Staat 95% vun der Kraaftspäicherraumfäegkeet aus. Trotzdem ass méi Kraaftspäicherraumkapazitéit erfuerderlech fir d'Netz op e méi héijen Niveau ze dekarboniséieren: laut dem US Power Information Administration (EIA) Studiebericht hunn d'USA de Moment manner wéi 2GW vun Utility-Skala Energiespäicherraumsystemer ofgesat, souwéi Honnerte vu Gigawatt Kraaftspäicherraum kéinten am Joer 2050 gebraucht ginn fir an déif Dekarboniséierung ze hëllefen. Pumped Hydro ass schwéier ze skaléieren wéinst der Tatsaach datt et normalerweis nëmme lukrativ ass fir grouss, kapitalintensiv Energiespäicherraumprojeten, souwéi Ëmsetzungsplaze si limitéiert duerch geographesch souwéi Aschränkungen. Zousätzlech ass d'Netz eng Sammlung vu Servicer, déi jidderee op verschidde charakteristesch Kraaft hänkt an och Kraaftfuerderunge, Reaktiounszäiten, asw. Déi meescht üblech Statistike benotzt fir erauszefannen ob eng modern Technologie fir Stroumlagerung praktesch an och wirtschaftlech ideal ass fir eng Applikatioun ass 'Period', wat och de Moment duerstellt et brauch fir eng Batterie voll ze laden oder ze reenerzéieren. Dofir kënne Choixe fir op villen Dauer ze lafen exploréiert ginn. Wéinst der grousser Design Plaz si liwweren eng Serie vun Perioden ze erreechen an och déi verschidden aner Virdeeler an dësem Schreiwen iwwer gaangen, Batterien benotzen eng Serie vun attraktiv Energie Stockage Plaz Technologien fir Energie Stockage Aarbechtsplazen.

Eng Batterie ass en elektrochemescht Späicherapparat dat den Energiedifferenz tëscht 'Redox' Reaktiounen benotzt fir elektresch Energie ze transforméieren, doduerch elektresch Kraaft als chemesch Kraaft ze spueren oder elektresch Kraaft vu chemescher Kraaft ze spueren. Batterien hu vill potenziell Virdeeler iwwer verschidden aner Aarte vun Energielagerungstechnologien. Zum Beispill sinn elektrochemesch Reaktiounen normalerweis vill méi zouverlässeg wéi thermochemesch Äntwerten an engem decarboniséierte Gitter (an och, allgemeng, en energescht Gitter) wéinst der direkter Verëffentlechung vun elektrescher Energie (allgemeng um gemeinsamen Temperaturniveau an Drock).

Zousätzlech ginn et verschidde Redoxreaktiounsenergiespäicherpläng fir aus ze wielen, e breet Layoutraum fir Applikatiounsbaséiert Energielagerung modern Technologien ubidden. Als Beispill betruecht d'Varietéit vu Geschäftsbatterien, déi an der Clientelektronik benotzt ginn, déi fir nëmmen e klengen Deel vun de Gitter-Skala Batteriekraaftlagerungssystemer verfügbar sinn fir a verschiddenen Designen ze benotzen: Lithium-Ion, Bläi-Säure, Nickel-Cadmium, Zink-Kuelestoff Batterie etc. Ausserdeem kënnen d'Batterien praktesch iwwerall agesat ginn, am Géigesaz zu der thermescher oder der Schwéierkraaftlagerung, déi allgemeng Späicherlagerung erfuerdert. Dës Virdeeler erlaben d'Batterien net nëmme fir Netzoperatioune virun der Dekarboniséierung benotzt ze ginn, awer och fir e Plusvalue als sekundär Servicer ze bidden; zum Beispill Batterien droen zur verstäerkter Kraaft Onofhängegkeet an och Zouverlässegkeet bäi. Betruecht den Zesummebroch vun Puerto Rico d'Muecht Netz während Storm Maria an 2017. Dispersed microgrid Designs dorënner erneierbar Ressource Generatioun Ariichtungen an Energie Stockage Raum Systemer kann trageschen grouss Muecht outages verhënneren. Dëst ass well verspreet Generatioun d'Konstruktioun an d'Retrofitting vum Iwwerdroungskader (wéi Stroumleitungen an Utilitypole) senkt, déi d'Kraaft verdeelen awer a Gefor fir schwéier Wiederkonditiounen.

Ausserdeem gëtt d'verstreet Kraaftfabrikatioun d'Méiglechkeet vun engem eenzege Punkt vu Feeler lass. Sécherlech, Noperschaft politesch wéi och finanziell Fräiheet Bedenken mussen och berücksichtegt ginn. Vill Länner besëtzen keng grouss wirtschaftlech praktesch net-erneierbar Brennstoffquelleressourcen, sou datt eng Ännerung vum erneierbaren Energiemaart d'Hauskraaftproduktioun verbesseren kann, d'Noutwendegkeet fir Stroumimport reduzéieren, sou wéi och d'geopolitesch Fräiheet erhéijen. D'USA erkennen speziell d'finanziell Erausfuerderungen déi d'Muechtabhängegkeet ka presentéieren, nodeems se geopolitesch generéiert Uelegmangel an den 1970er an 1980er erlieft hunn.

Et gi vill Aarte vu Batterietechnologien haut, jidderee mat verschiddene Modelldesignen, vill vun deenen kënnen eng Serie vu Chemie passen an och eng Auswiel vun Alternativen benotzen. Lithium-Ion Batterien (LIB) ginn als Mainstream Batterietechnologie berücksichtegt; an den 1990er wéi och méi spéit, Lithium-Ion Akkuen haaptsächlech an elektronesch a mobilen Apparater benotzt, iwwerdeems an de leschte Joren, Lithium-Ion Akkuen sinn haaptsächlech an stationär Energie Stockage Systemer wéi och elektresch Automotive benotzt (EV) dës 2 grouss-Skala Mäert. D'Majoritéit vun de Batterie-Innovatiounen geduecht fir ze benotzen am Kraaftsektor sinn nach ëmmer relativ virzäiteg a kënnen eng ëmfaassend Versuch- a Feelerfuerschungsstudie ruffen, awer d'Aarbechtsplazen, déi bis haut erreecht goufen, waren tatsächlech kleng Deployementer oder minimal kommerziell Prozeduren, dacks wéinst der Tatsaach datt se nach ëmmer ënnerperforméieren oder nëmme passend fir Grid Applikatioun. Instanzen vun esou Innovatiounen besteet aus Redox Circulatiounsbatterien (RFB) an och Metall-Loft Batterien (MAB).

No der International Energy Agency, bis 2030, wäert d'Majoritéit vun der Reduktioun vun CO2 Entladungen sécherlech aus modernen Technologien kommen, déi aktuell verëffentlecht ginn oder haut um Maart sinn, an och bis 2050, betreffend fofzeg Prozent vun der Kuelestoffreduktioun wäert op Innovatiounen vertrauen, déi aktuell an der Demo- oder Prototypstadium Energieinnovatioun sinn. Also Bundesregierungen souwéi Kulturen si praktesch um richtege Wee fir d'Ëmweltmodifikatioun unzegoen. Wéi och ëmmer, et gi vill aner potenziell sozial, finanziell a politesch Hindernisser, déi musse erobert ginn fir ze garantéieren datt ideal Energie modern Technologien séier genuch agesat ginn datt dës Ofsenkungen grouss genuch sinn fir méi grouss Schued ze vermeiden (Figur 1). Och wann dës Faktoren ze berücksichtegen net onofhängeg vun techneschen Aspekter sinn, kënne se verschidden Approchen a Léisunge verlaangen. Dës Aarbecht iwwerpréift zwee entscheedend Erausfuerderunge bei enger méi breeder Batterieimplementatioun: Batteriepräis a Produktbeschränkungen. Eng Serie vu Batterie Technologien mat passenden Effizienz Attributer existéieren de Moment, awer héich Upfront Käschten kënne méi breet Fërderung verzögeren oder stoppen, speziell op aktuell niddereg Produktiounskalaen. Schlussendlech, och wann eng gewësse Batterietechnologie de wesentleche Präis an och Performance Metriken entsprécht, kann d'Accessibilitéit an d'Versuergungskette vu senge vitale Komponenten séier wéi och déif Integratioun behënneren. Dofir mussen dës Bedenken sou séier wéi méiglech geléist ginn fir déi wichtegst Dekarboniséierungsziler z'erreechen. Dëst Wierk entdeckt finanziell a politesch Techniken fir dës Barrièren z'iwwerwannen oder z'ëmgoen.
Schlëssel Barrière 1: Batterie Käschten

D'Käschte sinn e Kärfaktor fir ze berücksichtegen ob d'Batterien an de Netzenergielagerungsapplikatiounen benotzt kënne ginn. Am Géigesaz zu anere Batteriemäert wéi klinesch Geräter, Konsumentelektronesch Geräter, elektresch Camionen, asw. Well d'Verëffentlechung vum Netz fir grouss Investitioune fuerdert, déi dacks Zougang zu Finanzéierung fuerdert (zB Finanzéierungen), sinn d'Ressourcekäschte eigentlech traditionell eng bedeitend Barrière fir d'Adoptioun vun erneierbaren Ressourcen an och dofir eng zentral Indikatioun vu senger techno-ekonomescher Machbarkeet. Fir Batterien hänkt d'Käschte allgemeng op Materialpräis wéi och Fabrikatiounsbereich of. De United State Department of Power setzt normalerweis tëscht $ 100 / kWh souwéi $ 150 / kWh als Kap op d'Finanzéierungskäschte vun engem finanziell praktesche Netzkraaftlagerungssystem.

Lithium-Ion-Batterien sinn de Moment eng vun de meescht ofgebauten Batterieenergiespäichertechnologie a Gitterapplikatiounen. Lithium-Ion Batterien hunn d'Fäegkeet fir hir Entwécklung ze beschleunegen, well d'1990er Joren fir d'éischt a villen an héichwäertege Mäert benotzt goufen, besteet aus elektroneschen Apparater an elektresche Camionen. An dëse Mäert kënne Batterie Ubidder vill manner verstäerkt a méi héich Präis Batterieprodukter vermaart well se déi eenzeg Wiel sinn. Dëst mécht et méiglech fir Lithium-Ion Batterien op Skala ze kreéieren an och Präis, wärend d'Performance weider maximéiert. Also wann dës Technologie fir Kraaftspäicherraumsystemer berücksichtegt gëtt, hunn Lithium-Ion Batterien tatsächlech staark Effizienz gewisen, d'Laascht an d'Entladungsleistung vun dëser Batterie ass elo ganz héich, allgemeng sou héich wéi 95%, an d'Versuergungskette ass etabléiert fir sécherzestellen datt de Präis méi niddereg ass. Speziell mat der Entwécklung vun elektreschen Autoen ass de Präis vu Lithium-Ion-Batterien an de leschte Joeren tatsächlech dramatesch erofgaang; Lithium-Ion-Batterien, déi aus zesummegebaute Batteriezellen an Administratioun an och Sécherheetssystemer besteet, sinn am méigleche Beräich gefall, deen vum US Department of Power definéiert ass (ongeféier 140 USD / kWh), et gëtt erwaart datt se an Zukunft ënner USD 100 / kWh falen. International Produktiounsfäegkeet fir Lithium-Ion Batterien ass ongeféier 700GWh jäerlech wéi och haut e bal $50 Milliarde Secteur. Och wann dëst eng exzellent Entwécklung ass, sinn eng Rei vu Remedies nach ëmmer gebraucht fir all Gitterservicer z'erméiglechen an déif Dekarboniséierung z'erreechen. Ausserdeem kënnen d'Versuergungskettenprobleemer, déi an der nächster Sektioun iwwerpréift ginn, d'Deploymentberäich vu Lithium-Ion Batterie-Späichersystemer behënneren. Verschidde aner Batterie modern Technologien bidden nach méi ekonomesch Servicer, besonnesch a méi laang Perioden (iwwer 4 Stonnen), awer si gewannen net vun de selwechte Maartproblemer wéi Li-Ion an hunn och eng schwéier Zäit ze streiden.

Vill alternativ Batterie Designen souwéi Produkter hunn fundamental Präisvirdeeler am Verglach zu Li-Ion Batterien. Zirkulatiounsbatterien, zum Beispill, benotzen e Systemdesign deen eenzegaarteg Kraaft a Kraaft trennt, wat beweist datt déi zwee onofhängeg vunenee kënne skaléieren. Dëst erlaabt bezuelbare Wuesstum vun der Kraaftspäicherraumfäegkeet, sou datt esou Batterien vill méi Käschtekompetitiv fir méi laang Dauer maachen. Op der anerer Säit, e gespaarte System wéi eng Lithium-Ion Batterie paréiert Kraaft a Kraaft, wat d'Käschte vu senger Kraaftspäichereenheet e vernünfteg fixe Critère mécht. Wärend et drop higewisen gouf datt laang dauerhafte Käschte manner e Faktor sinn ze berücksichtegen am Verglach mat Upfront Käschten, den oppene Stil vun enger Flow Batterie (RFB) oder Metal-Air Batterie (MAB) erliichtert zousätzlech laangfristeg Käschte finanziell Spueren andeems se geziilt Komponentenhaltung erlaben. Et kann een direkt mam Elektrolyt (déi séierst derogéierend Batteriekomponent) erfëllen oder änneren, wärend typesch zoue Systemer wéi Lithium-Ion Batterien de ganze Batteriepack musse verbesseren oder ersetzen, wat eng gewësse Quantitéit Offall entwéckelt. Schlussendlech ginn et zousätzlech Batterien déi méi bëlleg Produkter mat méi héijen Inhalt benotzen wéi Lithium-Ion Batterien, déi potenziell Ausgaben reduzéieren.

Trotz dësen inherente Virdeeler, entstinn Energiespäicherléisungen hunn eng schwéier Zäit fir aus verschiddene Grënn ze kompletéieren. Am Ufank, wärend den optimalen Stil vun engem déif dekarboniséierte Gitter eng Serie vu Batteriespäicherungsservicer integréiert, ass dëst Szenario vill vun existente Fakt. Well dës fuschneie Batterie Innovatiounen wierklech nëmme kosteneffektiv sinn fir Netz-Skala Uwendungen an och net op méi héichwäertege Mäert kënne kommen, ass et net kloer wéi d'Präisser erofgoen an d'Effizienz verbesseren, sou datt se mat Lithium-Ion Batterien konkurréiere kënnen, wann se schlussendlech optrieden.

D'Verschlechterung vun dësem Poulet-an-Ee Thema ass ee méi ähnleche Conundrum: Dës entstinn Innovatiounen sinn natierlech méi riskant. Dëst mécht se manner opfälleg fir Projet Supervisoren, Sponsoren oder aner Decisioun Hiersteller, mécht dës modern Technologien vill manner allgemeng ëmfaassend a gewisen, wéi och e Resultat konsequent iwwer riskant geduecht. Als Resultat vun dësen Hürden hu vill Aufgaben, déi proposéieren dës opkomende Batterie modern Technologien ze benotzen, gekämpft fir d'Finanzéierung mat Finanzinvestitiounen, Aarbechtsfinanzen an Extra ze schützen. Dës Probleemer kënnen net eleng vum Privatsekteur geléist ginn, an d'Bundesregierungsbehandlung kann d'technologesch Gefor reduzéieren an och de Präis vun entstinn Energielagerungsmëttel reduzéieren, déi nëmmen op d'Gitter opfälleg sinn, awer nach zu enger déiwer Dekarboniséierung bäidroen. Allgemeng musse grouss Demonstratiounen sécher getest ginn an och mat riichter Beschaffung nohalteg ginn. Ee Wee fir dëst z'erreechen ass duerch d'Bundesregierungsfinanzéierung vu Geschäftspresentatiounsaufgaben, sou wéi virdru mam American Recovery an och Reinvestment Act gemaach gouf. De Moment bitt d'US Division of Power bedeitend Finanzéierung fir Demo Power Storage Space Projeten. Trotzdem ass dës Finanzéierung tatsächlech historesch un d'USA national Fuerschungslaboratoiren ginn, net mat enger ëffentlecher Ufro, déi de Privatsecteur matbréngen an och potenziell de Fortschrëtt beschleunegen. Zousätzlech kann d'US Regierung e spezialiséierte Programm fir Netzkraaftlagerpräsentatiounen entwéckelen, wat Verspriechen a ville vu senge fréie Stadium Entwécklungsprojeten gewisen huet. Dëse Besoin gouf zënter kuerzem deelweis vun der US Division of Power's Advanced Research Study Projects Agency for Power (ARPA-E) Programm fir Wichteg Fortschrëtter an Energie Technologien mat Untapped Possible erfëllt. Och den US Office of Clean Energy Demo ass e weidere Schrëtt an déi bescht Richtung: d'Firma gouf am Joer 2021 gegrënnt mat engem Zil fir grouss (souguer Milliarden Dollar) Energielagerungsprojeten ze weisen, an och mam Privatsekteur ze schaffen fir d'Adoptioun ze beschleunegen an och d'Deployment vu propper Energie modernen Technologien.

Technologien existéieren haut déi zu der Dekarboniséierung vum Kraaftfeld bäidroe kënnen. Wéi och ëmmer, et gi Bedenken iwwer d'Fäegkeet fir dës modern Technologien séier a kosteneffektiv ze kreéieren an och z'installéieren, eng Aufgab déi am Moment net op der Plaz ass. Mat de passenden Ureiz kann d'Regierungsbehandlung hëllefen d'gewënschte Resultater z'erreechen an ze beschleunegen. Ausserdeem kënnen eng Vielfalt vun Approchen a Prozeduren hëllefen, e puer vun dësen Hindernisser ze iwwerwannen, wa se verstänneg an och séier benotzt ginn. Trotz der Approche ass Zäit néideg souwéi Accessibilitéit fir ëffentlech an och exklusiv Investitioune si kritesch