Vai pastāv tīkla līmeņa enerģijas uzglabāšanas sistēmu trūkumi?
Kad mēs runājam par atjaunojamo enerģiju, telpā vienmēr ir šis zilonis, un šķiet, ka visi dejo ap - krātuvi. Tīkla līmeņa enerģijas uzkrāšana uz papīra izklausās izcili, un tā noteikti ir nepieciešama, ja mēs vēlamies panākt, lai vēja un saules enerģija darbotos vērienīgi. Taču tīkla līmeņa enerģijas uzglabāšanas sistēmu trūkumi diezgan ātri sakrājas, kad pamanāt mārketinga brošūras un valdības subsīdijas.
Pirmā lieta, kas jūs skar, ir izmaksas. Ne tikai sākotnējie kapitālieguldījumi, kas ir pietiekami aizraujoši,-bet arī darbības izmaksas, kas gadu no gada turpina zaudēt naudu. Ņemiet vērā Hornsdeilas jaudas rezervi Dienvidaustrālijā - Teslas lielais akumulatoru projekts no 2017. gada, ko ikvienam patīk minēt kā veiksmes stāstu. Protams, tas stabilizē tīklu frekvences notikumu laikā, taču 150 MW / 194 MWh sistēma maksāja aptuveni 90 miljonus AUD (www.abc.net.au). Tas nozīmē apmēram 600 000 ASV dolāru par megavatstundu atmiņas ietilpību. Sistēmai, kas pasliktina katru uzlādes ciklu.
Litija{0}}jonu akumulatori, kas šobrīd dominē tīkla uzglabāšanas tirgū, katru gadu zaudē aptuveni 2–3% no savas jaudas tikai kalendārā novecošanas dēļ, pat ja jūs tos neizmantojat daudz. Papildus tam ir cikla degradācija. Lielākajai daļai komerciālo akumulatoru sistēmu tiek nodrošināta aptuveni 80% jaudas garantija pēc 10 gadiem, kas nozīmē, ka būtībā jūs maksājat par uzglabāšanu, kas lēnām iztvaiko. Ekonomikai ir jēga tikai konkrētos lietošanas gadījumos, piemēram, frekvences regulēšanā, kad jūs saņemat papildu maksas par milisekundes reakcijas laiku.
Arī drošības apsvērumiem netiek pievērsta pietiekama uzmanība. Ikviens atceras, kad Moss Landing akumulatoru rūpnīca Kalifornijā 2021. gadā aizdegās. Tā bija 300 MW/1200 MWh iekārta - viena no lielākajām pasaulē tajā laikā -, un tā bija jāslēdz mēnešiem ilgi. Pēc tam 2022. gadā tas ATKAL aizdegās (www.energy{10}}storage.news). Tie nav mazi virtuves ugunsgrēki, par kuriem mēs runājam. Litija-jonu termiskās izplūdes notikumus ir neticami grūti nodzēst un izdalīt toksiskas gāzes. Ugunsdzēsējiem būtībā ir jāļauj tai izdegt, vienlaikus neļaujot visam pārējam noķert.
Kalifornija ir neprātīgi uzstādījusi akumulatoru krātuvi, taču viņi saskaras ar šo fundamentālo problēmu, kad akumulatori ar nominālo jaudu var izlādēties tikai aptuveni 4 stundas. Tas ir lieliski piemērots vakara skuvumam, kad saule nokrīt, taču tas nav lietderīgi vairāku-dienu laikapstākļiem vai sezonālām izmaiņām. Jums ir nepieciešamas 50{5}}100 reizes lielākas atmiņas ietilpības, lai ziemā varētu apstrādāt nedēļu ilgus mākoņainus periodus, kas jau tā apšaubāmo ekonomiku padara pilnīgi absurdu.
Ļaujiet man iemest jums dažus tehniskos numurus. Tipiskas lietderības-mēroga litija-jonu akumulatoru sistēmas turp un atpakaļ efektivitāte ir aptuveni 85-90%, kas izklausās labi, līdz saprotat, ka 10-15% no jūsu enerģijas vienkārši pazūd siltumā. Par katriem 100 MWh, ko uzglabājat, jūs atgūstat tikai 85–90 MWh. Salīdziniet to ar sūknējamo hidroakumulatoru ar 70-80% efektivitāti - jā, tas ir zemāks, bet sūknētā hidroenerģija var uzglabāt enerģiju mēnešiem ilgi bez būtiskiem zudumiem, bet akumulatori pašizlādes režīmā ir aptuveni 1-3% mēnesī.
Arī vides puse kļūst netīra. Litija, kobalta, niķeļa ieguve - tie nav tīri procesi. Šis 2020. gada ziņojums parāda, ka akumulatoru ražošana rada ievērojamas CO2 emisijas — 60–150 kg CO2 uz vienu akumulatora jaudas kWh atkarībā no ražošanā izmantotā enerģijas veida. Ja jūsu tīkls joprojām darbojas ar oglēm, kamēr veidojat akumulatoru krātuvi, jūs būtībā tikai novirzāt oglekļa emisijas, nevis novēršat tās.
Tad ir materiāla piegādes ķēdes problēma. Mēs jau novērojam litija cenu kāpumu, un tas bija pirms vērienīgās elektromobiļu ražošanas pieauguma{1}}. Tīkla uzglabāšana un elektriskie transportlīdzekļi konkurē par vieniem un tiem pašiem akumulatoru materiāliem, un vienkārši nav pietiekami daudz ražošanas jaudas, lai apmierinātu abus tirgus apspriežamajā mērogā. Daži analītiķi prognozē, ka litija deficīts līdz 2025. gadam vai 2026. gadam. Lai veicas, veidojot teravatstundu krātuvi, ja nevarat iegūt materiālus.
Flow akumulatori tiek reklamēti kā risinājums, taču tie jau vairākus gadu desmitus ir bijuši tepat aiz stūra. Enerģijas blīvums ir drausmīgs - vanādija plūsmas akumulatori, kas pārvalda aptuveni 20-30 Wh/kg, salīdzinot ar litija-jonu 200+ Wh/kg. Tas nozīmē milzīgas elektrolīta šķīduma tvertnes, daudz santehnikas, kas var noplūst, sūkņus, kas patērē enerģiju un kuriem nepieciešama apkope. Un, neskatoties uz visiem solījumiem, uzstādītā plūsmas akumulatoru bāze pasaulē joprojām ir niecīga salīdzinājumā ar litija jonu. Tam droši vien ir kāds iemesls.
Sūknējamā hidroenerģija šobrīd veido aptuveni 95% no globālās tīkla uzglabāšanas jaudas, taču jūs to nevarat vienkārši izveidot jebkur. Nepieciešama pareizā ģeogrāfija - divi lieli rezervuāri dažādos augstumos, vēlams tuvu pārraides infrastruktūrai. Vides atļaujas saņemšana vien prasa vairākus gadus. Kad Pacific Gas & Electric nesen ierosināja sūknējamo hidroiekārtu Kalifornijā, viņi meklēja 8–10 gadus tikai atļauju saņemšanai un vides pētījumiem, pirms tika uzsākta virzība. Un tas ir pieņemts, ka vides aizsardzības grupas nav noraizējušās par zivju dzīvotnēm.
Tīkla integrācijas problēmas ir pelnījušas atsevišķu diskusiju. Lai pievienotu lielus krātuves apjomus, ir jāmodernizē transformatori, aizsardzības sistēmas, vadības infrastruktūra. Tas nav plug-and-play. Kad akumulatori ātri izlādējas, tie var radīt elektroenerģijas kvalitātes problēmas - sprieguma svārstības, harmoniskus kropļojumus. Tīkls nebija paredzēts tūkstošiem sadalītu akumulatoru sistēmu, kuras visas uzlādējas un izlādējas daļēji{7}}nejauši, pamatojoties uz saules enerģijas ražošanu un{8}}lietošanas laiku-cenu noteikšanas signāliem.
Kalifornijas CAISO tīkla operatoram bija jāizstrādā pilnīgi jauni tirgus noteikumi un cenu noteikšanas sistēmas, lai pielāgotos krātuvei, un viņi joprojām to izdomā. Krātuve var piedalīties enerģijas tirgos, jaudas tirgos, palīgpakalpojumu tirgos -, taču noteikumi katrā jurisdikcijā ir atšķirīgi, un tie pastāvīgi mainās. Šī regulatīvā nenoteiktība apgrūtina projektu finansēšanu, jo investori nezina, ar kādām ieņēmumu plūsmām viņi var paļauties.
Ir arī šī dīvainā vistas{0}}un-olu problēma ar uzglabāšanu un atjaunojamās enerģijas ieviešanu. Lai iespējotu vairāk atjaunojamo energoresursu, jums ir nepieciešams vairāk krātuves, taču krātuve ir dārga, kas padara kombinēto sistēmu dārgāku, kas palēnina atjaunojamo energoresursu izvietošanu. Vācija to uzzināja sarežģītā veidā - viņi ir uzstādījuši milzīgu daudzumu saules un vēja enerģijas, bet gandrīz nepietiekami daudz krātuvju, tāpēc viņi galu galā ierobežo atjaunojamo enerģijas avotu ražošanu, ja ražošana pārsniedz pieprasījumu, vai iedarbina fosilā kurināmā ražotnes, kad vējš nepūš.
Dzīves ilguma problēma mani satrauc vairāk nekā vairums citu faktoru. Dabasgāzes spēkstacija ar regulāru apkopi var darboties 30{5}}40 gadus. Sūknētās hidroiekārtas kalpo 50-100 gadus. Litija jonu akumulatori? Jūs skatāties uz 10-15 gadiem pirms nomaiņas, varbūt 20, ja jūs tos zīdat un pilnībā neuzlādējat/izlādējat. Tas nozīmē, ka visu akumulatoru instalācijas ir jānomaina vairākas reizes saules paneļu vai vēja turbīnu darbības laikā, kuras tiem vajadzētu atbalstīt. Dzīves cikla izmaksas nav labvēlīgas.
Un es pat neesmu iedziļinājies zemes izmantošanas prasībās. Akumulatoru uzstādīšanai ir nepieciešama liela telpa, klimata -kontrolētas ēkas, ugunsdzēšanas sistēmas, drošības nožogojumi. 100 MWh akumulatora iekārta var aizņemt vairākus akrus. Reiziniet to ar simtiem vai tūkstošiem šādu iekārtu, kas nepieciešamas nopietnai tīkla-mēroga uzglabāšanai, un jūs runājat par daudz zemes. Vietās, piemēram, Japānā vai Singapūrā, kur zeme ir dārga, tas kļūst par būtisku ierobežojumu.
Tātad, vai pastāv tīkla līmeņa enerģijas uzglabāšanas sistēmu trūkumi? Jā, viņi to noteikti dara. Tas nenozīmē, ka krātuve nav nepieciešama vai ka mums nevajadzētu to veidot. Bet izlikties, ka izaicinājumi neeksistē vai ka tie maģiski atrisināsies ar pietiekamām subsīdijām, un optimisms ir muļķīgi. Tās ir reālas inženierzinātņu, ekonomikas un materiālu zinātnes problēmas, kurām ir nepieciešami reāli risinājumi, ne tikai karsējmeitenes.