Visninger: 0 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 2022-12-07 Opprinnelse: nettsted
Mens USA for tiden har en rekke teknologier som kan dekarbonisere nettet, kan sosiale, økonomiske og også politiske barrierer unngå at disse moderne teknologiene blir distribuert innen tidsrammen som kreves for å undertrykke miljøendringer. Dette perspektivet fremhever to av de største barrierene for å distribuere batterilagringsplass: pris og også produkter. Utgifter til vanlig batterilagringsplass moderne teknologi, spesifikt, fortsetter vanligvis å være altfor høye. En studiegruppe ved Massachusetts Institute of Modern Technology utforsket en samling politiske og også økonomiske strategier utviklet og levert av USAs regjering for å annonsere for raskere frigjøring av energilagringsplass og også minimere prisene. En viktig vurdering av de stigende prisene er den relative høye verdien av batterimaterialer, holdt rapporten i bakhodet. Og en mindre størrelse og strømlinjeformet forsyningskjede fremhever behovet for batteriprodukter, økende priser og utfordrende rask oppskalering. Det er faktorer for dette i tillegg til teknologiske og økonomiske tjenester, hvorav noen analyseres av MIT. Ofte er det et motstridende partnerskap mellom et firmas konkurransefortrinn (dvs. eksklusiv layout og også produksjon) og ekstra økonomisk produksjon (dvs. sentralisering, standardisering osv.) som bør overvinnes gjennom politiske og økonomiske belønninger. Til syvende og sist kreves det høyere haster i offentlige så vel som eksklusive investeringsfelt for å håndtere miljøendringer med rask vekst og også implementering av de mest effektive løsningene.
Blant de mest avgjørende løsningene for å forhindre ytterligere klimaendringer er avkarboniseringen av den elektriske energisektoren. I følge data lansert av United State Energy Details Administration (EIA), representerte de totale karbonutslippene generert av kraftmarkedet i 2020 omtrent 32 % av de totale karbonutslippene i USA. Ved å bruke fornybare energikilder som vind og solkraft, kan energi produseres uten å frigjøre karbondioksid, den viktigste forurensningen som utløser global oppvarming. Ikke desto mindre møter fornybar energi gjentatte generasjonsproblemer fordi forsyningen er avhengig av klimaforhold som er usikre, så vel som tidligere menneskelig kontroll, noe som er en betydelig forskjell i motsetning til produksjonsanlegg for fossilt brensel som kan levere mer strøm når som helst. Det finnes ulike løsninger for å håndtere intermittens og sikre at etterspørselen alltid blir tilfredsstilt: For eksempel kan anlegg for produksjon av fornybar energi overbygges slik at når solen eller vinden er utilstrekkelig, kan den elektriske energien som skapes fortsatt møte tilbudsbehovet. Denne tilnærmingen er imidlertid kostbar og innebærer innskrenkning. En annen tjeneste er å utnytte en minimal mengde håndterbar energiforsyning (som miljøvennlig hydrogen så vel som kjernekraft, etc), ideelt sett ryddig kraft som ikke skaper co2 (som grønt hydrogen, ammoniakk, biografidrivstoff osv.). Ikke desto mindre kjemper disse nye innovasjonene fortsatt for å oppnå levedyktige kostnads- og effektivitetsmål når de genereres ved å bruke karbonnøytrale prosedyrer. Mens flere metoder er nødvendige, er systemer for energilagringsplass et ekstremt lovende middel og tilbyr et stort utvalg av designvalg.
Anlegget med å ta på seg kraftlagringsplass er å konvertere den elektriske energien gitt av fornybare ressurser rett til andre typer kraft, som termisk energi, elektrokjemisk energi, kraft og så videre, når strømforsyningen er tilstrekkelig, som kan lagres og frigjøres for å møte etterspørselen i løpet av forsyningsvarigheten. Pumpekraftverk har faktisk vært en effektiv og også veldokumentert type energilagringsplass i mer enn 100 år; ifølge United State Department of Energy (DOE), utgjør pumpet vannkraft for tiden alle energilagringssystemer i nytteskala i USA 95 % av kraftlagringskapasiteten. Ikke desto mindre kreves det mer kraftlagringskapasitet for å dekarbonisere nettet til et høyere nivå: ifølge studierapporten fra US Power Information Administration (EIA) har USA for tiden mindre enn 2GW med energilagringssystemer i nytteskala utplassert, i tillegg til at hundrevis av gigawatt kraftlagringsplass kan være nødvendig i 2050 for å hjelpe til med dyp dekarbonisering. Pumpet vannkraft er vanskelig å skalere på grunn av det faktum at det vanligvis bare er lukrativt for store, kapitalintensive energilagringsprosjekter, så vel som implementeringssteder er begrenset av geografiske og tillater begrensninger. I tillegg er nettet en samling tjenester, som hver er avhengig av ulike karakteristiske kraft og også kraftbehov, reaksjonstider og så videre, og krever en rekke tjenester for energilagringsplass. Den vanligste statistikken som brukes for å finne ut om en moderne teknologi for strømlagring er praktisk og også økonomisk ideell for en applikasjon, er «punktum», som også representerer øyeblikket det krever å lade batteriet helt eller gjenopprette energien. Derfor kan valg for å kjøre med mange varigheter utforskes. På grunn av den store designplassen de leverer for å oppnå en rekke perioder og også de forskjellige andre fordelene som er gått over i denne oppskriften, bruker batterier en rekke tiltalende energilagringsplassteknologier for energilagringsjobber.
Et batteri er en elektrokjemisk lagringsenhet som utnytter energiforskjellen mellom 'redoksreaksjoner' for å transformere elektrisk energi, og dermed spare elektrisk kraft som kjemisk kraft eller spare elektrisk kraft fra kjemisk kraft. Batterier har mange potensielle fordeler i forhold til forskjellige andre typer energilagringsteknologier. For eksempel er elektrokjemiske reaksjoner vanligvis mye mer pålitelige enn termokjemiske reaksjoner i et avkarbonisert rutenett (og generelt sett også et strømnettet) på grunn av direkte frigjøring av elektrisk energi (vanligvis ved vanlig temperaturnivå og trykk).
I tillegg er det ulike planer for lagring av redoksreaksjonsenergi å velge mellom, og gir et bredt layoutrom for applikasjonsbasert energilagring av moderne teknologier. Som et eksempel kan du vurdere variasjonen av bedriftsbatterier som brukes i kundeelektronikk, som står for bare en liten del av nettskala batteristrømlagringssystemene som er tilgjengelige for bruk i ulike design: litium-ion, blysyre, nikkel-kadmium, sink-karbon batteri etc. Videre kan batterier brukes praktisk talt hvor som helst, i motsetning til termisk eller gravitasjonslagring, som vanligvis krever geografisk lagring. Disse fordelene gjør at batterier ikke bare kan brukes til nettoperasjoner etter avkarbonisering, men også for å tilby merverdi som sekundære tjenester; for eksempel bidrar batterier til økt kraftuavhengighet og også pålitelighet. Ta i betraktning sammenbruddet av Puerto Ricos strømnett under Storm Maria i 2017. Dispergerte mikronettdesign inkludert fornybare ressursgenereringsanlegg og energilagringsplasssystemer kan forhindre tragiske store strømbrudd. Dette er fordi spredt generasjon reduserer konstruksjonen og ettermonteringen av overføringsrammeverket (som kraftledninger og verktøystolper) som sprer kraft, men som er utsatt for alvorlige værforhold.
I tillegg eliminerer spredt kraftproduksjon muligheten for et ensomt feilpunkt. Naturligvis må det også tas hensyn til nabolagspolitiske så vel som økonomisk frihet. Mange land har ikke store økonomisk praktiske ikke-fornybare drivstoffkilder, så en endring i markedet for fornybar energi kan forbedre innenlandsk kraftproduksjon, redusere behovet for kraftimport, samt dermed øke geopolitisk frihet. USA erkjenner spesifikt de økonomiske utfordringene som maktavhengighet kan by på, etter å ha opplevd geopolitisk generert oljemangel på 1970- og 1980-tallet.
Det finnes mange typer batteriteknologier i dag, hver med ulike modelldesign, hvorav mange kan passe til en rekke kjemityper samt bruke et utvalg alternativer. Litium-ion-batterier (LIB) tas i betraktning for å være den vanlige batteriteknologien; på 1990-tallet så vel som senere ble litium-ion-batterier hovedsakelig brukt i elektroniske og mobile enheter, mens litium-ion-batterier de siste årene primært brukes i stasjonære energilagringssystemer samt elektriske biler (EV) disse 2 storskala markedene. Flertallet av batteriinnovasjonene som er tenkt på for bruk i kraftsektoren er fortsatt relativt for tidlige og kan kreve omfattende prøve- og feilforskningsstudier, men jobbene som er oppnådd til dags dato har faktisk vært små utplasseringer eller minimale kommersielle prosedyrer, ofte på grunn av det faktum at de fortsatt underpresterer eller bare passer for nettapplikasjoner. Forekomster av slike innovasjoner består av redokssirkulasjonsbatterier (RFB) og også metall-luft-batterier (MAB).
I følge Det internasjonale energibyrået, innen 2030, vil mesteparten av reduksjonen i CO2-utslipp absolutt komme fra moderne teknologier som for tiden er utgitt eller på markedet i dag, og også innen 2050, angående femti prosent av karbonreduksjonen vil være avhengig av innovasjoner som for tiden er i demo- eller prototypestadiet energiinnovasjon. Så føderale myndigheter så vel som kulturer er praktisk talt på rett vei for å håndtere miljøendringer. Ikke desto mindre er det mange forskjellige andre potensielle sosiale, økonomiske og politiske hindringer som må overvinnes for å garantere at ideelle energiteknologier blir implementert raskt nok til at disse reduksjonene er store nok til å unngå større skader (Figur 1). Selv om disse faktorene ikke er uavhengige av tekniske aspekter, kan de kreve forskjellige tilnærminger og løsninger. Dette arbeidet sjekker ut to avgjørende utfordringer i bredere batteriimplementering: batteripris og produktrestriksjoner. En rekke batteriteknologier med passende effektivitetsegenskaper eksisterer for tiden, men høye forhåndskostnader kan forsinke eller stoppe bredere fostring, spesielt ved dagens lave produksjonsskalaer. Til slutt, selv om en viss batteriteknologi tilfredsstiller den essensielle prisen og også ytelsesverdiene, kan tilgjengeligheten og forsyningskjeden til dens vitale komponenter hindre rask så vel som dyp integrasjon. Derfor må disse bekymringene løses så raskt som mulig for å nå de viktigste dekarboniseringsmålene. Dette arbeidet oppdager økonomiske og politiske teknikker for å overvinne eller omgå disse barrierene.
Nøkkelbarriere 1: Batterikostnad
Kostnad er en kjernefaktor å vurdere for om batterier kan brukes i nettenergilagringsapplikasjoner. I motsetning til andre batterimarkeder som kliniske enheter, forbrukerelektroniske enheter, elektriske lastebiler, osv., trenger nettapplikasjoner mye lavere kostnader for rene energitjenester for å konkurrere med rimelige produksjonsanlegg for fossilt brensel. Fordi frigjøring av nett krever store investeringer, som ofte krever tilgang til finansiering (f.eks. finansiering), har ressurskostnader faktisk tradisjonelt vært en betydelig barriere for å ta i bruk fornybare ressurser og derfor også en sentral indikasjon på dens teknoøkonomiske gjennomførbarhet. For batterier avhenger kostnaden generelt av materialpris samt produksjonsområde. United State Department of Power legger vanligvis mellom $100/kWh så vel som $150/kWh som tak på finansieringsutgiftene til et økonomisk praktisk nettstrømlagringssystem.
Litium-ion-batterier er for tiden en av de mest brukte teknologiene for lagring av batterienergi i nettapplikasjoner. Lithium-ion-batterier har hatt evnen til å akselerere utviklingen sin gitt på 1990-tallet fordi de først ble brukt i mengder i høyverdimarkeder bestående av elektroniske kunder og elektriske lastebiler. I disse markedene kan batterileverandører markedsføre mye mindre forbedrede og dyrere batteriprodukter siden de er det eneste valget. Dette gjør det mulig for litiumion-batterier å lages i stor skala og pris, samtidig som ytelsen maksimeres ytterligere. Så når denne teknologien tas i betraktning for strømlagringssystemer, har litium-ion-batterier faktisk vist sterk effektivitet, lade- og utladningsytelsen til dette batteriet er nå veldig høy, vanligvis så høyt som 95 %, og forsyningskjeden er etablert for å sikre at prisen er lavere. Spesielt med utviklingen av elektriske biler, har prisen på litium-ion-batterier faktisk gått dramatisk ned de siste årene; litium-ion-batterier, bestående av sammensatte battericeller og administrasjon og også sikkerhetssystemer, har falt innenfor det mulige området definert av US Department of Power (ca. 140 USD/kWh), det forventes å falle under USD 100/kWh i fremtiden. Internasjonal produksjonsevne for litium-ion-batterier er anslått til å overstige 700 GWh årlig, så vel som i dag er en sektor på nesten 50 milliarder dollar. Selv om dette er utmerket utvikling, er det fortsatt behov for en rekke rettsmidler for å tillate alle netttjenester og oppnå dyp dekarbonisering. Videre kan forsyningskjedeproblemene som er gjennomgått i neste avsnitt hindre distribusjonsområdet til litium-ion batteristrømlagringssystemer. Flere andre moderne batteriteknologier tilbyr enda mer økonomiske tjenester, spesielt i lengre perioder (over 4 timer), men de tjener ikke på de samme markedsproblemene som Li-ion, og har vanskelig for å kjempe.
Tallrike alternative batteridesigner samt produkter har grunnleggende prisfordeler sammenlignet med Li-ion-batterier. Sirkulasjonsbatterier, for eksempel, bruker en systemdesign som unikt deler kraft og kraft, noe som indikerer at de to kan skaleres uavhengig av hverandre. Dette tillater rimelig vekst av kraftlagringskapasitet, noe som gjør slike batterier mye mer kostnadskonkurransedyktige for lengre varighet. På den annen side kobler et lukket system som et litium-ion-batteri strøm og kraft, noe som gjør kostnaden for strømlagringsenheten til et rimelig fast kriterium. Selv om det har blitt påpekt at langvarige kostnader er mindre av en faktor å vurdere sammenlignet med forhåndskostnader, letter den åpne stilen til et strømningsbatteri (RFB) eller metall-luftbatteri (MAB) i tillegg langsiktige økonomiske besparelser ved å tillate målrettet komponentvedlikehold. Man kan rett og slett etterfylle eller bytte den med elektrolytten (den raskeste nedsettende batterikomponenten), mens typiske lukkede systemer som litium-ion-batterier trenger å forbedre eller erstatte hele batteripakken, som utvikler en viss mengde avfall. Til syvende og sist er det i tillegg batterier som bruker billigere produkter med høyere innhold enn litiumionbatterier, noe som reduserer potensielle utgifter.
Til tross for disse iboende fordelene, har oppståtte energilagringsløsninger en vanskelig tid å fullføre av en rekke årsaker. Til å begynne med, mens den optimale stilen til et dypt dekarbonisert rutenett integrerer en rekke batterilagringstjenester, er dette scenariet mye fra eksisterende fakta. Fordi disse splitter nye batteriinnovasjonene egentlig bare er kostnadseffektive for nettskalaapplikasjoner og heller ikke kan komme inn i markeder med høyere verdi, er det uklart nøyaktig hvordan man kan redusere prisene og øke effektiviteten, slik at de kan konkurrere med litiumionbatterier når de når behovet endelig oppstår, kan langvarige kraftlagringstjenester eller utskifting av fossilt brenselproduksjonsanlegg tilfredsstilles til en redusert kostnad.
Å forverre dette kylling-og-egg-problemet er enda en lignende gåte: Disse nye innovasjonene er naturlig nok mer risikable. Dette gjør dem mindre iøynefallende for prosjektledere, sponsorer eller andre beslutningsprodusenter, noe som gjør disse moderne teknologiene mye sjeldnere omfavnet og vist, i tillegg til et resultat konsekvent tenkt på risikabelt. Som et resultat av disse hindringene, har en rekke oppgaver som foreslår å bruke disse nye batterimoderne teknologiene kjempet for å sikre finansiering med selskapets økonomiske investeringer, jobbøkonomi og ekstra. Disse problemene kan kanskje ikke løses av privat sektor alene, og behandling fra føderale myndigheter kan redusere teknologisk fare og også redusere prisen på oppståtte løsninger for energilagringsplass som bare er iøynefallende for nettet, men som likevel kan bidra til dyp avkarbonisering. Vanligvis vil storskala demonstrasjoner absolutt måtte testes og også opprettholdes med direkte anskaffelser. En måte å oppnå dette på er via føderal regjeringsfinansiering av virksomhetspresentasjonsoppgaver, som ble gjort tidligere med den amerikanske gjenopprettingsloven og også reinvesteringsloven. For tiden gir US Division of Power betydelig finansiering til prosjekter for demokraftlagringsplass. Ikke desto mindre har denne finansieringen faktisk historisk blitt gitt til USAs nasjonale forskningslaboratorier, ikke med en offentlig oppfordring, noe som ville innebære den private sektoren og også potensielt akselerere progresjonen. I tillegg kan den amerikanske regjeringen utvikle et spesialisert program for nettstrømlagringspresentasjoner, som har vist lovende i mange av deres tidlige utviklingsprosjekter. Dette behovet ble nylig delvis tilfredsstilt av den amerikanske divisjonen av krafts avanserte forskningsstudie Projects Agency for Power (ARPA-E) Program for Important Advancements in Energy Technologies with Untapped Possible. På samme måte er US Office of Clean Energy Demo et nytt skritt i den beste retningen: Selskapet ble etablert i 2021 med et mål om å vise frem store (til og med milliarder dollar) energilagringsprosjekter, og også å samarbeide med privat sektor for å få fart på adopsjonen og også distribusjonen av moderne teknologier for ren energi.
Det finnes teknologier i dag som kan bidra til avkarbonisering av kraftfeltet. Det er imidlertid bekymringer om muligheten til å lage og også distribuere disse moderne teknologiene raskt og kostnadseffektivt, en oppgave som ikke er på plass for øyeblikket. Med passende insentiver kan myndighetenes behandling bidra til å oppnå og fremskynde ønskede resultater. Dessuten kan en rekke tilnærminger og prosedyrer bidra til å overvinne noen av disse hindringene hvis de brukes klokt og også raskt. Til tross for tilnærmingen kreves det tid, samt tilgjengelighet for offentligheten, og også eksklusive investeringer er avgjørende
