211service.com
Grunnen til at vi ikke kan stole på batterier for å rydde opp i nettet er 2,5 billioner dollar
Bilde av Moss Landing Power Plant Hugo | flickr
Et par 500 fot høye skorsteiner stiger opp fra et naturgasskraftverk ved havnen i Moss Landing, California, og kaster en industriell pall over den vakre kystbyen.
Hvis statlige regulatorer melder seg ut, kan det imidlertid være stedet for verdens største litium-ion batteriprosjekt av sent i 2020 , som hjelper til med å balansere svingende vind- og solenergi på California-nettet.
300-megawatt-anlegget er ett av fire gigantiske litiumion-lagringsprosjekter som Pacific Gas and Electric, Californias største verktøy, spurte California Public Utilities Commission for å godkjenne i slutten av juni. Til sammen vil de legge til nok lagringskapasitet til nettet til å forsyne rundt 2700 hjem i en måned (eller for å lagre rundt 0,0009 prosent av elektrisiteten staten bruker hvert år).
California-prosjektene er blant et økende antall anstrengelser rundt om i verden, inkludert Teslas 100 megawatt-batterier i Sør-Australia, for å bygge stadig større litiumion-lagringssystemer ettersom prisene synker og fornybar produksjon øker. De gir næring til økende optimisme om at disse gigantiske batteriene vil tillate vind- og solenergi å fortrenge en økende andel av fossilt brenselanlegg.
Men det er et problem med dette rosenrøde scenariet. Disse batteriene er altfor dyre og varer ikke på langt nær lenge nok, noe som begrenser rollen de kan spille på nettet, sier eksperter. Hvis vi planlegger å stole på dem for enorme mengder lagring når mer fornybar energi kommer på nettet – i stedet for å vende oss til en bredere blanding av lavkarbonkilder som kjernekraft og naturgass med karbonfangstteknologi – kan vi være på vei ned en farlig uoverkommelig vei.
Små doser
Dagens batterilagringsteknologi fungerer best i en begrenset rolle, som en erstatning for toppkraftverk, ifølge en 2016 analyse av forskere ved MIT og Argonne National Lab. Dette er mindre anlegg, ofte drevet av naturgass i dag, som har råd til å operere sjelden, og som starter raskt når prisene og etterspørselen er høy.
Litium-ion-batterier kan konkurrere økonomisk med disse naturgass-toppene i løpet av de neste fem årene, sier Marco Ferrara, en av grunnleggerne av Form Energy, et spinout fra MIT som utvikler nettlagringsbatterier.
Gasspeaker-virksomheten er ganske nær slutten, og litium-ion er en flott erstatning, sier han.
Denne topprollen er nettopp den de fleste av de nye og kommende litium-ion-batteriprosjektene er designet for å fylle. Faktisk kan lagringsprosjektene i California til slutt erstatte tre naturgassanlegg i regionen, hvorav to er toppplanter .
Men mye utover denne rollen får batterier reelle problemer. Forfatterne av 2016-studien fant kraftig avtagende avkastning når mye batterilagring legges til nettet. De konkluderte med at kobling av batterilagring med fornybare anlegg er en svak erstatning for store, fleksible kull- eller naturgassanlegg med kombinert syklus, typen som kan tappes når som helst, kjøres kontinuerlig og variere produksjonsnivåer for å møte skiftende etterspørsel gjennom hele anlegget. dag.
Ikke bare er litiumionteknologi for dyr for denne rollen, men begrenset batterilevetid betyr at den ikke er godt egnet til å fylle hull i løpet av dagene, ukene og til og med månedene når vind- og solgenerering flagger.
Dette problemet er spesielt akutt i California, der både vind og sol faller bratt av i løpet av høst- og vintermånedene.
Dette fører til et kritisk problem: når fornybar energi når høye nivåer på nettet, trenger du langt, langt flere vind- og solenergianlegg for å skru ut nok overflødig kraft i høye perioder for å holde nettet i drift gjennom de lange sesongmessige fallene, sier Jesse Jenkins, en medforfatter av studien og en energisystemforsker. Det krever igjen banker på banker med batterier som kan lagre alt til det trengs.
Og det ender opp med å bli astronomisk dyrt.
California drømmer
Det er problemer California ikke har råd til å ignorere lenge. Staten er allerede på sporet å få 50 prosent av elektrisiteten fra rene kilder innen 2020, og lovgiveren er igjen med tanke på et lovforslag som ville kreve at det nådde 100 prosent innen 2045. For å komplisere ting må regulatorer stemte i januar å stenge statens siste atomkraftverk, en karbonfri kilde som gir 24 prosent av PG&Es energi. Det vil gjøre California sterkt avhengig av fornybare kilder for å nå sine mål.
Clean Air Task Force, en Boston-basert energipolitisk tenketank, fant nylig ut at å nå 80 prosent-grensen for fornybar energi i California ville bety enorme mengder overskuddsproduksjon i sommermånedene, som krever 9,6 millioner megawattimer med energilagring. Å oppnå 100 prosent ville kreve 36,3 millioner.
Staten har i dag 150 000 megawattimer med energilagring totalt. (Det er hovedsakelig pumpet vannkraftlagring, med en liten andel batterier.)
Hvis fornybar energi leverte 80 prosent av Californias elektrisitet, ville det genereres mer enn åtte millioner megawattimer med overskuddsenergi i sommertoppene. Clean Air Task Force-analyse av CAISO-data.
Å bygge det fornybare produksjons- og lagringsnivået som er nødvendig for å nå statens mål, vil øke kostnadene eksponentielt, fra $49 per megawattime produksjon med 50 prosent til $1612 ved 100 prosent.
Og det er forutsatt at litium-ion-batterier vil koste omtrent en tredjedel av hva de gjør nå.
Californias kraftsystemkostnader øker eksponentielt hvis fornybare energikilder genererer mesteparten av elektrisitet. Clean Air Task Force-analyse av CAISO-data.
Systemet blir fullstendig dominert av kostnadene ved lagring, sier Steve Brick, seniorrådgiver for Clean Air Task Force. Du bygger denne enorme lagringsmaskinen som du fyller opp innen midten av året og så bare forsvinner. Det er en enorm kapitalinvestering som blir brukt svært lite.
Disse kreftene vil dramatisk øke strømkostnadene for forbrukerne.
Du må ta en pause og spørre deg selv: «Er det noen måte publikum vil stå for det?» sier Brick.
Tilsvarende en studie tidligere i år i Energi- og miljøvitenskap fant ut at å møte 80 prosent av USAs elektrisitetsbehov med vind og sol vil kreve enten et landsdekkende høyhastighets overføringssystem, som kan balansere fornybar produksjon over hundrevis av miles, eller 12 timers elektrisitetslagring for hele systemet (se Å stole på fornybar energi alene øker kostnadene ved overhaling av energi betydelig).
Med dagens priser vil et batterilagringssystem av den størrelsen koste mer enn 2,5 billioner dollar.
En skummel prislapp
Selvfølgelig er billigere og bedre nettlagring mulig, og forskere og startups utforsker ulike muligheter. Form Energy, som nylig sikret finansiering fra Bill Gates's Breakthrough Energy Ventures, prøver å utvikle vannholdige svovelstrømningsbatterier med langt lengre varighet, til en femtedel av prisen der litiumionbatterier sannsynligvis vil lande.
Ferraras modellering har funnet ut at et slikt batteri kan gjøre det mulig for fornybar energi å gi 90 prosent av strømbehovet for de fleste nett, til bare marginalt høyere kostnader enn dagens.
Men det er farlig å satse på slike batterigjennombrudd – og selv om Form Energy eller et annet selskap klarer det, vil kostnadene fortsatt stige eksponentielt utover terskelen på 90 prosent, sier Ferrara.
Risikoen, sier Jenkins, er at vi øker kostnadene ved dyp dekarbonisering i kraftsektoren til et punkt der publikum bestemmer at det rett og slett er uoverkommelig å fortsette mot null karbon.
Oppdatering: Et diagram ble fjernet fra denne historien fordi det feilaktig oppga nivået av fornybar penetrasjon på elektrisitetsnettet representert på den vertikale aksen.