Экосистема хранения энергии предлагает самый дешевый путь к 100% возобновляемой энергии

Согласно недавнему анализу Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) под названием «Оптимальный портфель аккумуляторов энергии для высоко и сверхвысоких безуглеродных и возобновляемых источников энергии», скорее, наиболее экономически целесообразным является портфель решений для хранения энергии для будущих энергетических систем. Энергетика и экология.

Нормализованное состояние заряда (SOC) для кратковременного (SD), длительного (LD1 и LD2) и сезонного хранения (SS) в CAISO и MISO. (a) Нормализованный SOC для устройств на CAISO со 100% -ным использованием возобновляемых источников энергии. (b) Нормализованный SOC для устройств на MISO со 100% -ным использованием возобновляемых источников энергии. SOC = 1 (темно-красный) означает, что запоминающее устройство заполнено. SOC = 0 (светло-красный) означает, что запоминающее устройство пусто. Предоставлено: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

«Дело в том, что каждая энергетическая система индивидуальна, с разным спросом, использованием возобновляемых источников энергии, погодными условиями и т. Д.», – сказал Омар Дж. Герра, исследователь NREL и ведущий автор статьи. «Мы обнаружили, что хранение энергии обеспечивает самую низкую стоимость энергии в различных временных масштабах и экономических условиях в системах с высоким уровнем возобновляемой энергии, что означает, что мы рассматриваем комбинацию технологий хранения для будущей сети».

Компромиссы с технологиями хранения

Герра и исследователи Джошуа Эйхман и Пол Денхольм использовали специальную модель оптимизации с высоким разрешением для сравнения комбинаций накопителей энергии в Соединенных Штатах. Исследователи обнаружили, что географические различия, среди других факторов, могут существенно повлиять на портфель накопителей энергии. Например, сеть независимого системного оператора Калифорнии (CAISO) работает на солнечной энергии, разряжая сезонное хранилище в течение примерно 50 дней, чтобы покрыть зимние месяцы в модели, тогда как ветряная система Независимого системного оператора Среднего Континента (MISO) может использовать более короткие сезонные хранилище (но все же намного дольше, чем большинство используемых в настоящее время технологий хранения) емкостью 5–14 дней.

Технологии хранения сталкиваются с фундаментальным компромиссом в эффективности и капитальных затратах как на мощность, так и на энергетический компонент, и именно поэтому полезны несколько технологий. Кратковременное (внутридневное) хранение, такое как литий-ионные батареи, имеет более высокую эффективность, но также имеет высокие затраты, связанные с энергией, в то время как более длительное (ежедневное) хранение, такое как сжатый воздух или перекачиваемая тепловая энергия, имеет более низкие затраты, связанные с энергией, но менее эффективно.

«В случае систем с очень высоким или 100% возобновляемым источником энергии мы должны осознавать, какая комбинация накопителей лучше всего подходит для каких мест или систем. Затраты, включая затраты на предотвращение выбросов CO₂ выбросы существенно различаются в зависимости от выбора портфелей хранения », – сказал Герра.

Портфель хранилищ для 100% возобновляемых источников энергии

Исследователи получили некоторые удивительные результаты для сверхвысоких возобновляемых источников энергии: по мере того, как система приближается к 100% возобновляемой эксплуатации, все большая часть ее портфеля хранилищ получит выгоду от многодневных или сезонных хранилищ. Это связано с возрастающим сезонным несоответствием остаточной нагрузки и предложения возобновляемых ресурсов. Однако в такой сети, как CAISO, более короткое хранение более эффективно для сглаживания суточных колебаний солнечной энергии.

По мере того, как системы CAISO (вверху) и MISO (внизу) приближаются к 100% использованию возобновляемых источников энергии, сокращение использования возобновляемых источников энергии начинает сокращаться, поскольку сезонное хранение становится рентабельным и увеличивает емкость системы хранения. Предоставлено: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

По мере того, как сезонное хранение становится более важным игроком по мере приближения к 100% возобновляемым системам, появляется еще одна удивительная стратегия, в которой зарядка от хранилища к хранилищу становится экономически выгодной. И, как следствие, сокращение использования возобновляемых источников энергии начинает сокращаться, поскольку большая часть возобновляемой энергии может быть направлена ​​в хранилища. Эта динамика для сверхвысоких возобновляемых источников энергии подчеркивает, как конкурирующие факторы могут широко влиять на оптимальный портфель хранилищ.

Влияние на энергетику

Результаты исследования неизбежно важны для системных операторов, разработчиков технологий, поставщиков электроэнергии и всей отрасли. Главный посыл для этих групп заключается в том, что портфель идеальных аккумуляторов энергии может значительно отличаться от региона к региону и будет зависеть от доли возобновляемых источников энергии. По мере того, как все больше городов и штатов ставят цели в области экологически чистой энергии, заинтересованные стороны, планирующие на 10 или 20 лет вперед, должны быть настроены на более широкое пространство технологий хранения энергии и на то, как они вписываются в их системы.

Что следующее?

Теперь, когда исследователи установили существенную разницу в стоимости развертывания хранилищ, дальнейшая работа будет сосредоточена на более полной оценке ценности хранилища.

«Нам нужен более целостный подход», – сказал Герра. «Технологии хранения очень гибкие и могут использоваться для различных сетевых служб. Нашим следующим шагом будет понимание всего спектра преимуществ хранения энергии, чтобы сформировать оптимальные портфели хранения ».