Mis on võrgu{0}}mastaabis energiasalvestus?

2021. aasta veebruaris pidasin telefonikõne Texase hoidlaoperaatoriga, kui elektri hulgimüügihinnad jõudsid 9000 dollarini megavatt-tundi kohta. Üheksa tuhat dollarit. Konteksti jaoks on tavahinnad 30-50 dollari ringis. Tema akusüsteem trükkis raha – lasti talitormi Uri ajal võrku lasta, samal ajal kui maagaasijaamad külmusid. "Selleks me selle ehitasime," ütles ta, kuid tema häälel oli see niisugune. Peaaegu õigustatud. Nagu oleks ta aastaid oodanud, et tõestada, et skeptikud eksivad.

Sel hetkel, - vaadates hindade hüppeid kauplemisekraanidel, samal ajal kui osariigis lõhkesid torud, - kristalliseerus midagi, mille ümber olin mõnda aega ringi liikunud. Grid-skaalasalvestus ei ole enam tegelikult seotud tehnoloogiaga. Küsimus on selles, kas me oleme valmis tunnistama, et viis, kuidas oleme sajand elektrivõrke juhtinud, enam ei tööta.

Varundagem. 2000 ja 2001. aastal oli Californias pidev elektrikatkestus. Mitte üks või kaks korda - kümneid kordi. Inimestel kadus vool, foorid läksid pimedaks, haiglad läksid üle generaatoritele. Ametlikud uurimised süüdistasid Enroni turumanipulatsiooni, mis oli tõsi, kuid see polnud kogu lugu. Tegelik probleem ulatus sügavamale. California võrk loodi fossiilkütuste tehaste ümber, mida saate kontrollida. Kas vajate rohkem jõudu? Põletage rohkem gaasi. Nõudlus langeb? Gaas tagasi. Lihtne.

Välja arvatud see, et see ei ole enam lihtne, kui taastuvenergia tootmine hakkas tähtsust tundma. Ja ma ei pea silmas sümboolseid päikesepaneele, mis on 90ndatel PR jaoks paigaldatud. Reaalne võimsus. Gigavatti.

Olin San Diegos konverentsil - pidi olema 2014 või 2015 -, kus California ISO insener näitas seda, mida nad nimetasid "pardikõveraks". Tuba jäi vaikseks. Graafik näitas, et netokoormus (kogunõudlus miinus päikeseenergia) langeb keskpäeval päikeseenergia haripunkti ajal, seejärel tõusis päikeseloojangul. See tõusukiirus -, mis tõusis miinimumist maksimumini võib-olla 3 tunniga -, häiris võrguoperatsioonide toimimist. Peaksite gaasijaamad terve pärastlõuna ooterežiimil töötama, et tulla toime õhtuse tõusuga. Kallis, ebaefektiivne ja põhimõtteliselt rumal.

Üks mees taga küsis: "Kas me ei saaks päikeseenergiat lihtsalt piirata?" Insener tegi pausi. "Me võiksime. Või võiksime hoiustamise välja mõelda."

Säilitamine. Õige.

Kiire külgriba - mis on isegi grid-skaalasalvestus? Küsige viielt inimeselt, saage kuus vastust. Lahtine konsensus on midagi üle 1 megavati, kuid ma olen istunud läbi konverentsipaneelide, kus inimesed selle üle vaidlesid kakskümmend minutit. Kas rakendus on olulisem kui võimsus? Kui teil on kriitilise alajaama teenindamiseks 500 kilovatti, kas see läheb arvesse?

Californias on praegu rajatis - Moss Landing, ma arvan, et - on üle 400 MW. Võib-olla 450. Võib-olla 420. Mõte on selles, et selle kokku panemine 1 MW projektiga tundub vale, kuid tööstus ei ole parema terminoloogiaga leppinud. Me räägime salvestusruumist, mis tegelikult mõjutab võrgu toiminguid. Mitte teie naabri Tesla Powerwall.

Siin on naljakas. Kõik räägivad praegu akudest, kuid pumbaga hüdroenergia domineerib endiselt globaalse salvestusmahu üle. Isegi mitte lähedalt. Pumbake vett ülesmäge, kui elekter on odav, ja laske sellel läbi turbiinide tagasi voolata, kui hinnad tõusevad. Bathi maakond Virginias on seda teinud alates 1985. aastast. Üle 3000 MW. Tõhusus on korralik - 70-80% edasi-tagasi reis - ja "kütus" on vesi, mida kasutate lõputult.

Probleem on geograafias. Teil on vaja mägesid, sobivaid veehoidlaid, kohti, kus tammide ehitamine ei ujuta üle midagi, millest inimesed hoolivad. Enamik häid USA saite töötati välja 90ndate alguses. Aeg-ajalt ilmub uusi ettepanekuid, kuid lubade andmine võtab nii kaua aega, et arendajad tavaliselt loobuvad. Montanas on projekt, mida on kavandatud umbes 15 aastat. Ikka veel ehitamata.

Ka suruõhk on olemas, vaevu. Kaks tehast üle maailma: Huntorf Saksamaal (1978) ja McIntosh, Alabama (1991). See on kõik. Tehnoloogia töötab hästi - pumpab õhku maa-alustesse koobastesse, vabastab hiljem turbiinide kaudu -, kuid teil on vaja konkreetset geoloogiat. Õigete omadustega soolakuplid või tühjenenud gaasireservuaarid. Mõlemad olemasolevad tehased põletavad laienemise ajal maagaasi, mis piirab keskkonnakasu. Uuemad "adiabaatilised" kujundused väidavad, et need võivad gaasipõlemise kõrvaldada. Ükski neist pole kaubanduslikult skaleeritud.

Nii et patareid. Kõik on nüüd akudest põnevil, kuid see ei olnud alati nii. Kulud olid kallid kuni aastani 2012-2015. 2012. aastal toimus Austraalias Notree tuulepargis väike installatsioon, mis tõestas{5}}kontseptsiooni rohkem kui elujõuline majandus.

Seejärel ehitas Tesla Lõuna-Austraalias Hornsdale{0}}, 100 MW / 129 MWh. Elon tegi Twitteri panuse selle ehitamisele 100 päevaga - tüüpiline Elon - ja nad tegid seda umbes 63 päevaga. Inimesed keskendusid ehituse kiirusele, kuid tegelik lugu oli jõudlus. Aku teenis sageduse reguleerimise teenuste kaudu raha palju kiiremini kui prognoosid.

Ma külastasin Adelaide'i lähedal asuvat võrgujuhtimiskeskust võib-olla 6 kuud pärast Hornsdale'i avamist. Insenerid sumisesid sellest ikka veel. Üks mees näitas mulle sageduskarakteristiku graafikuid. Kui võrgu sagedus kaldus kõrvale 50 Hz-st, korrigeeris aku millisekundites. Tavalistel generaatoritel kulus sekundeid, sest sa keerutad sõna otseses mõttes turbiine üles. «See on nagu sportauto võrdlemine kaubarongiga,» sõnas ta.

See millisekundiline reageerimisaeg on teatud võrguteenuste puhul tohutult oluline. Kui kommunaalettevõtted mõistsid, et akud suudavad teha asju, mida tavaline põlvkond füüsiliselt ei suuda, muutusid hoiakud kiiresti. Aasta jooksul hakkasite nägema palju rohkem projektikuulutusi.

Keemia olukord on segasem, kui kaubandusväljaanded näitavad. "Liitium-ioon" pole üks asi. Mitu keemiat pannakse kokku. Võrgurakenduste puhul on põhiliselt võitnud liitiumraudfosfaat. LFP, LiFePO4,liitiumioonfosfaat aku- erinevat nimetust olenevalt sellest, kes seda turustab.

See keemia moodustab praegu võib-olla 60{5}}65% uutest USA ja Euroopa installatsioonidest. Numbrid varieeruvad olenevalt sellest, kes loeb ja mida need sisaldavad. Põhjus on praktiline: LFP saab laadimis-tühjenemise tsükliga paremini hakkama kui alternatiivid, nagu NMC (nikkel-mangaankoobalt). Samuti on väiksem tuleoht, mis on oluline, kui virnate transpordikonteinereid elurajoonis patareisid täis. Tulekahjudega tegeleme hiljem.

Energiatihedus on madalam kui NMC, kuid statsionaarse salvestamise puhul pole sellel tähtsust. Sa ei pane seda autoistmete alla. Asetage konteinerid virna, kuni jõuate mahutavuse eesmärkideni.

Flow akud saavad jätkuvalt katvust. Vanaadium-redokssüsteemid eraldavad energiasalvestuse (paagi suurus) võimsusest (virna suurus). Daliani rajatis Hiinas, kasutusele võetud 2022. aastal, 100 MW / 400 MWh, praegu suurim. Kulud on kõrgemad kui liitiumil, kuid tsükli eluiga võib ületada 20 000 tsüklit ilma olulise halvenemiseta.

Teoreetiliselt on see oluline 20+ aasta tegevust planeerivate kommunaalteenuste jaoks. Praktikas langevad liitiumikulud kiiremini, kui voolupatareid lõhe katavad. Flow akud on olnud läbimurdmisel juba vähemalt kümme aastat. Hakkab kõlama nagu termotuumaenergia.

Saksamaa selgitas ladustamisprobleemi raskel viisil. Umbes aastatel 2011–2012 said nad oma Energiewende tõukejõust ootamatult gigavatti katusel päikeseenergiat. Päikesepaisteliste päevade keskpäeval suurenes põlvkond. Pilved veeresid läbi, langesid gigavattide võrra. Kiire.

Võrguoperaatorid, kes olid veetnud terve karjääri prognoositavate nõudluskõverate haldamisel, tegelesid nüüd pakkumiskõveratega, mis liikusid kiiremini, kui nad suutsid reageerida. Täielik paradigma muutus. Üks operaator, kellega ma Berliini konverentsil rääkisin, - see oli 2016, võib-olla - ütles, et esimest korda, kui nägi põlvkonna langust 5 GW 20 minutiga, arvas ta, et tema jälgimissüsteem on katki.

Tuul teeb sarnaseid asju, kuid erineva ajakavaga. Kõrgsurvesüsteem-pargib tuuleparkide kohale ja tootmine väheneb peaaegu olematuks. Jääb sinna päevadeks. Te ei saa kell 18.00 tuuleparki kutsuda ja öelda, et see genereeriks rohkem, sest inimesed valmistavad kodus õhtusööki. Ei tööta nii.

Mõne rakenduse puhul on reageerimisaeg kriitiline. California ISO nõuab sageduse reguleerimise teenuste täielikku võimsust 10 minuti jooksul. Võib-olla 8 minutit, ma pean spetsifikatsioone kontrollima. Mõned teenused vajavad vähem-sekundit reageerimist. Patareid on siin suurepärased - elektrokeemilised reaktsioonid on võrguoperaatori vaatenurgast põhimõtteliselt hetkelised.

Pumbatav hüdrosüsteem vajab 10-15 sekundit, et veevool läbi turbiinide kiirendaks, pluss klapitoimingud. See lõhe on sageduse reguleerimise jaoks oluline. See ei oma suurt tähtsust tipptasemel raseerimisel, kus te tundide kaupa tühjendate.

Tõhusus määrab, kas projektid teenivad raha. Põhiline matemaatika: salvestage 100 MWh, taastage 90 MWh, kaotasite iga tsükliga 10%. Liitium saavutab 85–95% sõltuvalt konfiguratsioonist ja sellest, kui tugevalt seda vajutate. Akude vooluhulk rohkem kui 65-75%. Tundub väike, kuid 15 aastat iga päev jalgrattaga sõitmine suurendab tulude erinevust miljonite kaupa. Suuremate projektide jaoks võib-olla kümneid miljoneid.

Tsükli elu läheb keeruliseks. Enamik liitiumvõrgusüsteeme töötab 20{5}}80% laetusel, mitte täistsüklil. Ohverdage 40% andmesildi mahutavusest kahe- või kolmekordseks kasutuseaks. Majandus töötab, sest patareide vahetamine projekti keskel on tõesti kallis. Parem on alguses üle mõõta.

grid-scale energy storage

2022. aasta inflatsiooni vähendamise seadus muutis USA turge tõsiselt. Laske eraldiseisval salvestusruumil taotleda 30% investeeringute maksusoodustust. Enne seda ladustati ainult päikese- või tuuleenergiaga, mis oli rumal poliitika, aga nii see oli kirjutatud.

Pärast IRA möödumist tulvasid projektiteated sisse. Ühendusjärjekorras oli 2023. aasta keskpaigaks 85+ GW salvestusruumi. Igaüks, kes on tuttav ühendusjärjekordadega, teab, et enamik projekte ei ehitata kunagi valmis. Ajalooline valmimismäär on parimal juhul 20–30%.

Olin eelmisel aastal Houstonis arendajate konverentsil - mees ühest suurest Hiina tootjast ütles, et nad ei suuda USA nõudlusega sammu pidada. "Lisame tootmisliine, kuid seadmete tarneaeg on 18 kuud." Tarneahela piirangud kõikjal.

Globaalne salvestusruum jõudis 2023. aastaks umbes 27-28 GW-ni, olenevalt sellest, kuidas arvestada. 90% kasvust toimus alates 2018. aastast. USA lisas ainuüksi 2022. aastal 4,8 GW, võinuks olla 5,2, ma kaotan mälu. California ja Texas domineerivad kasutuselevõttu täiesti erinevatel põhjustel. Californial on taastuvenergia integratsiooni edendamise poliitika. Texases on ERCOTi energiaturg{14}}ainult, mis põhjustab tohutut hinnakõikumist. Salvestusoperaatorid armastavad volatiilsust – kasutage neid hinnakõikumisi ära.

Terviksüsteemide kulud langesid 2015. aasta 500 dollarilt kWh kohta 2023. aastaks 150–200 dollarini kWh kohta. Mõned inimesed väidavad isegi madalamat, kuid 150–200 dollarit olen tegelike projektide jaoks näinud. Peamiselt tootmismastaap, jõhker konkurents Hiina ja Korea rakutootjate vahel.

Tulumudelid on turuti väga erinevad. Texas ERCOT võimaldab salvestusseadmetel otse energiaturgudele pakkumisi teha. See Winter Storm Uri näide algusest peale - mõned operaatorid kustutasid 10+ miljonit dollarit, võib-olla 12 miljonit dollarit, kuulsin erinevaid numbreid. Samas pole normaalne.

Tüüpilised toimingud hõlmavad tuluvoogude virnastamist: energiaarbitraaž (tasu odav, tühjendamine kallis), võimsusmaksed, sageduse reguleerimine, aeg-ajalt edastuse uuendamise edasilükkamine. California SGIP loob esmased stiimulid, eriti kriitiliste rajatiste jaoks.

Üks operaator ütles mulle - konverentsi ajal baaris -, et pool nende prognoositud tulust pärineb teenustest, mida viis aastat tagasi ei eksisteerinud. "Me mõtleme selle välja töö käigus. Võrguoperaatorid mõtlevad välja, mida akud reaalajas teha suudavad."

Kestus jääb ilmseks piiranguks ja see on masendav. Enamik süsteeme tühjendab nimivõimsusel 2-4 tundi. Ideaalne õhtuste tippude jaoks, kui päike langeb. Täiesti kasutu mitmepäevaseks ladustamiseks pikemaajaliste ilmastikunähtuste ajal.

Pikemaajalistest tehnoloogiatest teavitatakse pidevalt suurte pressiteadetega. Suruõhk, gravitatsioonisüsteemid, soojussalvesti. Kaubanduslik kasutuselevõtt on endiselt raskesti mõistetav. Kõik tahavad 8+ tundi salvestusruumi, mõned tahavad 12 või 24 tundi. Keegi pole veel mastaapsest ökonoomsusest aru saanud.

Seal on sõna otseses mõttes idufirmad, kes tõstavad energia salvestamiseks kraanadega betoonplokke. Kõlab naeruväärselt, kuid füüsika töötab. Ükski pole siiski skaleeritud. Sama termosalvega.

Aku halvenemine tegelike rattasõidumustrite korral üllatab jätkuvalt operaatoreid, mis häirib mind, sest arvate, et oleme selle praeguseks aru saanud.

Laboratoorsed testid ei ennusta põllu jõudlust hästi. Varased installid - 2018, 2019. aasta ajakava - olid planeeritust agressiivsemad, kasutusiga lühenes oodatust palju kiiremini, garantiinõuete sunniviisiline läbivaatamine. Praegu on olemas paremad lagunemismudelid, kuid 10+ aasta toimivuse osas püsib ebakindlus, eriti lähetusstrateegiate arenedes.

Te ei saa testida 15-aastast tegevust kaheaastase arendusaja jooksul. See on võimatu. NREL-i insener ütles mulle, et nad loovad tõenäosusmudeleid, mis põhinevad piiratud väliandmetel. "Ekstrapoleerime 5 tegevusaastat, et ennustada 20 aastat. See on haritud oletamine."

Tuleohutus pole vaatamata paranenud standarditele kuhugi kadunud. McMickeni tulekahju Arizonas - aprill 2019 - on endiselt kõige tõsisem juhtum. Plahvatus sai vigastada neli tuletõrjujat, võinuks olla katastroofiline.

Rääkisin ohutuskonverentsil ühe esimese reageerijaga. Ta ütles, et kui nad saabusid, pihustasid standardprotokollid akude tulekahjudele vett. Hakkas seda tegema. Siis see plahvatas. "Keegi ei öelnud meile, et need asjad võivad termiliselt kaduda isegi pärast seda, kui tulekahju oli kadunud."

See sündmus näitas, kui halvasti mõistis tööstus termilist põgenemist konteinersüsteemides. Arvasime, et teame. Selgus, et me ei teinud seda. Testimisstandardid paranesid pärast seda oluliselt. UL 9540A-st sai etalon, millele kõik viitavad.

Kuid iga uus rakukeemia vajab nullist hindamist. Mitte kõik müüjad ei järgi lahtrite vahekauguse, jahutuse ja tulekahju kustutamise osas ühesuguseid disainitavasid. Mõned täidavad koodi miinimumnõudeid. Teised on üleinsenerid. Turunduse põhjal ei saa alati aru, millist lähenemist projekt kasutab. See on probleem.

Lõuna-Austraalia annab ülevaate suure{0}}läbivusega futuuridest. Ligi 300 MW salvestusruum teenindab 2022. aastaks ligikaudu 2000 MW tippnõudlust. See on nagu 15% salvestusvõimsuse tippnõudlusest. Sisuline.

Põhimõtteliselt muudetud võrguoperatsioonid. Kuid väga erinev režiim kui Texases või Californias, kus ladustamine on väike protsent koguvõimsusest. Kas saate Lõuna-Austraalia lähenemist ERCOTile skaleerida? Võib-olla, võib-olla mitte.

Küsisin selle kohta ühel konverentsil Lõuna-Austraalia võrguoperaatorilt. Tema vastus: "Me oleme proovikivi. Kui see siin katki läheb, oleme vähemalt piisavalt väikesed, et rike on ohjeldatud." Mitte just enesekindlust inspireeriv,-kuid aus.

grid-scale energy storage

NREL kavandab 2050. aastaks suure taastuvenergia stsenaariumide korral midagi sellist nagu 250+ GW USA salvestusruumi. Või oli see 300 GW? Ma peaksin selle üles otsima. See, kas see teoks saab, sõltub paljudest teguritest. Ilmselgelt jätkub kulude vähendamine. Poliitiline tugi püsib paigal, mis pole kunagi garanteeritud. Võrguoperaatorid muudavad tegelikult oma tegevustavasid, selle asemel, et sellest lihtsalt rääkida.

Mõned viie aasta tagused prognoosid näivad juba konservatiivsed. Kasutuselevõtt ületas varasemaid prognoose. Kuid teised prognoosid võivad osutuda metsikult optimistlikuks, kui peamised eeldused ei pea paika või juhtub midagi ootamatut. Raske öelda.

Uurimislaboritest kerkib pidevalt esile uusi keemiat. Naatrium-ioon lubab madalamaid materjalikulusid, kuna te ei kasuta liitiumi. Tsink-õhk nõuab suuremat tihedust. Mõned muud asjad, mille ma ilmselt unustan. Kas mõni liitiumioon{6}}tõrjub võrgurakendustes välja? Ilmselt mitte täielikult, ma arvan. Turgu valitsevate tehnoloogiate tootmismaht on uustulnukad, kes ei suuda kiiresti ühtida. Tehaste ehitamine võtab aastaid.

Tõenäolisem on, et erinevad keemiad leiavad konkreetsete tugevuste põhjal konkreetseid nišše. Turg on muutumas piisavalt mitmekesiseks, et toetada mitut lähenemisviisi, eeldades, et need saavutavad tegelikult kaubandusliku ulatuse ega jää igavesti pilootprojektidesse.

Salvestus sai alguse taastuva katkendliku lahendusena, kuid arenes laiemaks. Nüüd on see tööriist võrgu paindlikumaks muutmiseks sõltumata genereerimisallikast. Asendage sageduse reguleerimiseks põletusturbiinid. Kohalike ummikute haldamise abil lükake kallid ülekandeuuendused edasi. Pakkuge musta{4}}käivitusvõimalust võrgu taastamiseks pärast suuri katkestusi.

Need rakendused on olulised, kas taastuvenergia levik saavutab 80% või jääb 40% juurde või kuhu iganes see jõuab.

Majandus paraneb järk-järgult. Tootmismastaap vähendab kulusid igal aastal. Aku jõudlus - energiatihedus, tsükli eluiga, kõik see - paraneb samuti järk-järgult. Kas salvestusruumist saab domineeriv paindlikkuslahendus või vaid üks võimalus mitme hulgast (nõudlusele reageerimine, parem edastamine, parem prognoosimine), jääb lahtiseks küsimuseks, millele tõenäoliselt ei saa vastust veel kümne või paari pärast.

Mis näib olevat selge: võrgud muutuvad põhimõtteliselt. Salvestustehnoloogiad - olenemata nende vormidest - võimaldavad seda muudatust paljuski. See tundub üsna kindel.

Tagasi selle Texase operaatori juurde talvetormi Uri ajal. Pärast seda, kui hinnad langesid tagasi normaalseks ja kriis möödus, küsisin temalt, mida ta õppis. Pikk paus. "Et akud saavad selle töö ära teha. Aga ka seda, et keegi ei tea veel, mida nad teevad. Me kõik mõtleme selle välja koos."

Tundub õige.

EIA avaldab igakuist ladustamisstatistikat. Üsna usaldusväärne, kuigi tuleb välja viivitusega. Bloomberg NEF teeb iga-aastaseid väljavaateid, vajab kallist tellimust. NREL haldab jõudlusandmebaase, andmed jäävad reaalsusest maha 12–18 kuud. Akadeemilistel eesmärkidel ikka kasulik.

Wood Mackenzie ja sarnased ettevõtted avaldavad prognoose. Jälgimisandmete täpsus-pikemate ajavahemike jooksul on olnud, ütleme, segane. Nad alahindasid järjekindlalt 2018.–2022. aasta kasutuselevõtu määra. Tagantjärele naljakas.

Kaubandusväljaanded, nagu Utility Dive ja Energy Storage News, käsitlevad projekte üsna hästi. Kalduge siiski optimistliku raamistamise poole. Pool asjadest, mida nad teatavad kui "varsti tulemas", ei jõua kunagi kommertskasutuseni. Võtke soolaga.

Aastate jooksul on olnud kasulikke vestlusi California ISO, ERCOTi, South Australia Power Networksi inseneridega ning erinevate konverentside operaatoritega (Austin, San Diego, Berliin, Adelaide). Enamik informatiivseid asju tuli baarivestlustest pärast ametlike paneelide lõppu.

Andmed kehtivad 2023. aasta või 2024. aasta alguse seisuga. Tööstusharu muutub piisavalt kiiresti, kui kasutate neid millegi olulise jaoks, peaksite kontrollima konkreetseid numbreid. Ärge tsiteerige lihtsalt seda artiklit - Olen mõni inimene Internetis.