2,5 billioner dollars grund til, at vi ikke kan stole på batterier til at rydde op i nettet

Billede af Moss Landing Power Plant Hugo | flickr

Et par 500 fods skorstene rejser sig fra et naturgaskraftværk på havnen i Moss Landing, Californien, og kaster en industriel pall over den smukke kystby.

Hvis statslige regulatorer melder fra, kan det dog være stedet for verdens største lithium-ion batteriprojekt slutningen af ​​2020 , der hjælper med at balancere fluktuerende vind- og solenergi på det californiske net.

Anlægget på 300 megawatt er et af fire gigantiske lithium-ion-opbevaringsprojekter, som Pacific Gas and Electric, Californiens største forsyningsselskab, spurgt California Public Utilities Commission at godkende i slutningen af ​​juni. Tilsammen ville de tilføje tilstrækkelig lagerkapacitet til nettet til at forsyne omkring 2.700 hjem i en måned (eller til at opbevare omkring 0,0009 procent af den elektricitet, staten bruger hvert år).

Californiens projekter er blandt et voksende antal indsatser rundt om i verden, herunder Teslas 100 megawatt batteri-array i det sydlige Australien, for at bygge stadigt større lithium-ion-lagringssystemer, efterhånden som priserne falder og den vedvarende produktion stiger. De nærer voksende optimisme om, at disse gigantiske batterier vil tillade vind- og solenergi at fortrænge en voksende andel af fossile brændselsanlæg.

Men der er et problem med dette rosenrøde scenarie. Disse batterier er alt for dyre og holder ikke nær længe nok, hvilket begrænser den rolle, de kan spille på nettet, siger eksperter. Hvis vi planlægger at stole på dem for massive mængder lagring, efterhånden som mere vedvarende energi kommer online – i stedet for at vende os til en bredere blanding af kulstoffattige kilder som nuklear og naturgas med kulstoffangstteknologi – kan vi være på vej ned ad en farlig uoverkommelig vej.

Små doser

Dagens batterilagringsteknologi fungerer bedst i en begrænset rolle, som en erstatning for spidskraftværker, ifølge en 2016 analyse af forskere ved MIT og Argonne National Lab. Det er mindre anlæg, der i dag ofte er drevet af naturgas, som har råd til at operere sjældent, og som hurtigt tændes, når priser og efterspørgsel er høj.

Lithium-ion-batterier kan konkurrere økonomisk med disse naturgas-peakers inden for de næste fem år, siger Marco Ferrara, en medstifter af Form Energy, en MIT-udvindingsvirksomhed, der udvikler netlagerbatterier.

Gaspeaker-branchen er temmelig tæt på at slutte, og lithium-ion er en fantastisk erstatning, siger han.

Denne toprolle er netop den, som de fleste af de nye og kommende lithium-ion batteriprojekter er designet til at udfylde. Faktisk kunne Californiens oplagringsprojekter i sidste ende erstatte tre naturgasanlæg i regionen, hvoraf to er topplanter .

Men meget ud over denne rolle løber batterier ind i reelle problemer. Forfatterne af 2016-undersøgelsen fandt stærkt faldende afkast, når der tilføjes en masse batterilager til nettet. De konkluderede, at kobling af batteriopbevaring med vedvarende anlæg er en svag erstatning for store, fleksible kul- eller naturgas kombinerede cyklusanlæg, den type, der kan aftappes til enhver tid, køre kontinuerligt og variere outputniveauer for at imødekomme skiftende efterspørgsel gennem hele dag.

Ikke alene er lithium-ion-teknologi for dyr til denne rolle, men begrænset batterilevetid betyder, at den ikke er velegnet til at udfylde huller i de dage, uger og endda måneder, hvor vind- og solgenerering flager.

Dette problem er særligt akut i Californien, hvor både vind og sol falder brat af i efterårs- og vintermånederne.

Dette fører til et kritisk problem: Når vedvarende energi når høje niveauer på nettet, har du brug for langt, langt flere vind- og solcelleanlæg til at trække nok overskydende strøm ud i spidsbelastningsperioder til at holde nettet i drift gennem de lange sæsonbetingede dyk, siger Jesse Jenkins, en medforfatter til undersøgelsen og en energisystemforsker. Det kræver til gengæld banker på banker af batterier, der kan gemme det hele væk, indtil det er nødvendigt.

Og det ender med at blive astronomisk dyrt.

Californien drømmer

Der er problemer, Californien ikke har råd til at ignorere længe. Staten er allerede på sporet at få 50 procent af sin elektricitet fra rene kilder i 2020, og lovgiver er igen Overvejer et lovforslag, der ville kræve, at det nåede op på 100 procent i 2045. For at komplicere tingene har regulatorer stemte i januar at lukke statens sidste atomkraftværk, en kulstoffri kilde, der giver 24 procent af PG&Es energi. Det vil efterlade Californien stærkt afhængig af vedvarende energikilder for at nå sine mål.

Clean Air Task Force, en Boston-baseret energipolitisk tænketank, fandt for nylig ud af, at at nå 80 procent-mærket for vedvarende energi i Californien ville betyde massive mængder af overskudsproduktion i sommermånederne, hvilket kræver 9,6 millioner megawatt-timers energilagring. At nå 100 procent ville kræve 36,3 mio.

Staten har i dag 150.000 megawatt-timers energilager i alt. (Det er hovedsageligt pumpet vandkraftlager med en lille andel af batterier.)

Hvis vedvarende energi leverede 80 procent af Californiens elektricitet, ville der blive genereret mere end otte millioner megawatt-timers overskudsenergi under sommerspidsbelastninger. Clean Air Task Force analyse af CAISO data.

Opbygning af det niveau af vedvarende produktion og lagring, der er nødvendigt for at nå statens mål, vil øge omkostningerne eksponentielt, fra $49 pr. megawatt-times produktion ved 50 procent til $1.612 ved 100 procent.

Og det forudsætter, at lithium-ion-batterier vil koste omkring en tredjedel, hvad de gør nu.

Californiens elsystemomkostninger stiger eksponentielt, hvis vedvarende energi genererer størstedelen af ​​elektriciteten. Clean Air Task Force analyse af CAISO data.

Systemet bliver fuldstændig domineret af omkostningerne ved opbevaring, siger Steve Brick, seniorrådgiver for Clean Air Task Force. Du bygger denne enorme lagermaskine, som du fylder op midt på året og så bare spreder den. Det er en massiv kapitalinvestering, der bliver brugt meget lidt.

Disse kræfter vil dramatisk øge elomkostningerne for forbrugerne.

Du er nødt til at stoppe op og spørge dig selv: 'Er der nogen måde, offentligheden ville stå for det?', siger Brick.

Tilsvarende er en undersøgelse tidligere på året i Energi- og miljøvidenskab fandt ud af, at opfyldelse af 80 procent af USA's elektricitetsefterspørgsel med vind- og solenergi ville kræve enten et landsdækkende højhastighedstransmissionssystem, som kan balancere vedvarende produktion over hundreder af miles, eller 12 timers elektricitetsopbevaring for hele systemet (se At stole på vedvarende energi alene øger omkostningerne ved eftersyn af energi betydeligt).

Med nuværende priser ville et batteriopbevaringssystem af den størrelse koste mere end 2,5 billioner dollars.

Et skræmmende prisskilt

Selvfølgelig er billigere og bedre netlagring muligt, og forskere og startups undersøger forskellige muligheder. Form Energy, som for nylig sikret finansiering fra Bill Gates' Breakthrough Energy Ventures, forsøger at udvikle vandige svovlstrømsbatterier med langt længere varighed, til en femtedel af prisen, hvor lithium-ion-batterier sandsynligvis vil lande.

Ferraras modellering har fundet ud af, at et sådant batteri kunne gøre det muligt for vedvarende energi at levere 90 procent af elektricitetsbehovet til de fleste net til blot marginalt højere omkostninger end i dag.

Men det er farligt at satse på den slags batterigennembrud - og selvom Form Energy eller et andet firma gør det, vil omkostningerne stadig stige eksponentielt ud over tærsklen på 90 procent, siger Ferrara.

Risikoen, siger Jenkins, er, at vi øger omkostningerne ved dyb dekarbonisering i elsektoren til det punkt, hvor offentligheden beslutter, at det simpelthen er uoverkommeligt at fortsætte mod kulstoffri.

Opdatering: Et diagram blev fjernet fra denne historie, fordi det forkert angav niveauet af vedvarende energipenetration på elnettet repræsenteret på den lodrette akse.

skjule