Долговременное хранение занимает основное место в росте и развитии возобновляемых технологий. Привлекательность систем хранения оказалась более долговечной, чем энергетический блокчейн, и их коммерциализация сегодня идет быстрее, чем у технологий зеленого водорода.
Технологии длительного хранения могут составить конкуренцию угольным и газовым электростанциям, превратить возобновляемые источники энергии в круглосуточные ресурсы и проложить путь к безуглеродной сети.
Но помимо высокоуровневых прогнозов трудно найти последовательное определение того, что на самом деле означает долговременное хранение энергии. Это во многом является следствием того, что рынка таких продуктов ранее не существовало.
В настоящее время ситуация начинает меняться. 15 октября коалиция агрегаторов общественного выбора в Калифорнии опубликовала первый крупный запрос предложений, направленных на долгосрочные проекты. Системы хранения должны быть:
- 50 мегаватт или больше;
- способны разряжаться на этом уровне в течение восьми и более часов;
- вступить в эксплуатацию не позже 2026 года.
Компании, заинтересованные в этом процессе, охватывают ряд технологий, включая гидроаккумуляторные, гравитационные, воздушные и проточные батареи, а также современные литий-ионные аккумуляторы, являющиеся лидерами рынка.
Почему продолжительность хранения энергии имеет определяющее значение?
Ветряная и солнечная энергия - самые быстрорастущие источники электроэнергии в мире, но они генерируют энергию только в определенное время. Системы хранения энергии позволяют эту энергию использовать по запросу.
На сегодняшний день крупнейшим источником сетевого аккумулирования является закачиваемая гидроэнергия, которая использует энергию для перекачки воды в резервуар на более высоком уровне, а когда необходимо высвобождает ее и генерируя электроэнергию. Но такие крупные строительные проекты трудно возводить.
Литий-ионные батареи абсолютно доминируют в установке новых хранилищ в последние годы. Но они редко могут работать на полную мощность более четырех часов - это имеется в виду, когда говорят о «продолжительности разряда». Батареи технически могут служить дольше, но, как правило, они стоят дороже при сегодняшней динамике рынка.
В то время как термин «длительный срок» делает акцент на количестве энергии, которая может храниться, второй, менее заметный компонент не менее важен. Технология должна быть дешевле, что предполагает более рентабельное масштабирование, чем литий-ионные батареи. В противном случае технические возможности не имеют большого значения.
Сегодня разработчикам сложно найти место, где долговременное хранение будет приносить прибыль на рынке электроэнергии. Аналитики полагают, что это станет более полезным, поскольку более высокая доля производства электроэнергии приходится на непостоянные источники.
Вот почему закупки в Калифорнии являются началом нового этапа. Это реальные деньги для создания долгосрочных проектов, которые затем устанавливают рыночную стоимость технологии.
«Мы участвуем в закупках CCA и рассматриваем их как подтверждение того, что рынки электроэнергии быстро переходят на долговременные хранилища, особенно там, где наблюдается высокий уровень проникновения возобновляемых источников энергии и отказ от ископаемых электростанций, как в Калифорнии», - сказал Джон Норман, президент компании Hydrostor по хранению сжатого воздуха.
Эти закупки заключаются за несколько лет до истечения срока реализации проекта, что дает технологиям время для развития, даже если к сетям будет подключено больше возобновляемых источников энергии.
Как долго длится хранение?
На звание «долгосрочных» претендуют огромное количество различных технологий.
Некоторые стартапы рекламировали свои четырехчасовые продукты для хранения как «длительный срок», но это неубедительный маркетинг. Литий-ионные батареи работают в течение четырех часов гораздо более рентабельно, чем относительно непроверенная альтернатива. Неудивительно, что стартапы, пытающиеся «бросить вызов» литий-ионным батареям на этом этапе, терпят неудачу.
Хавьер Кавада, генеральный директор компании Highview Power по хранению криогенного воздуха, определил долговременное хранение как более целенаправленное.
«Долговременность» - это все, что достаточно для того, чтобы использовать возобновляемые источники энергии в качестве базовой нагрузки целый день», - сказал он в интервью.
Стартап Form Energy из Массачусетса заключил сделку с коммунальным предприятием Great River Energy из Миннесоты на установку системы длительного хранения энергии в 2023 году. Этот проект будет способен разряжать 1 мегаватт в течение 150 часов. Form не объясняет, как выглядит аккумулятор с «водным воздухом», но заявляет, что он конкурентоспособен по цене при гораздо более длительном сроке службы, чем у конкурентов.
Литий-ионные проекты уже достигли восьмичасовой продолжительности разряда, а литий-ионные технологии превзошли количество других технологий в запросе информации, который предшествовал RFP. Участники торгов должны будут доказывать, что выбранная технология может обеспечить ценность в любой срок, которого она может достичь.
В конечном счете, пришло время отойти от обозначения часов и начать описывать хранение с точки зрения функции, которую оно может обеспечить.
Что на самом деле предполагает долговременное хранение?
Достижение максимальной мощности - одна из многообещающих задач. «Пикерные» электростанции, работающие на природном газе, в настоящее время поддерживают подачу энергии, когда солнце уже село и солнечной генерации нет. Четырехчасовая продолжительность работы аккумуляторной установки хорошо подходит для переноса дневной выработки солнечной энергии на вечерние часы пиковой нагрузки. Но становится проблемой, когда надо больше времени.
Батареи пока не могут конкурировать с газовыми установками в обеспечении длительного энергоснабжения в течение нескольких дней. Но экономичная 24-часовая система хранения может справиться с более длительными пиками спроса, а 48-часовая система с еще большими.
Проведенные исследования в штате Нью-Йорк показывают, что батареи могут заменить только 6–11 процентов производителей. Form Energy изучила роль более длительного хранения и обнаружила, что в сочетании с литий-ионными батареями эта технология может перекрыть до 83 процентов пиковых нагрузок штата с минимальными затратами и при обеспечении такого же уровня надежности.
По мере того, как все больше возобновляемых источников энергии поступают и одновременно наводняют сеть энергией, они будут создавать давление, чтобы сократить энергию, которая не нужна при производстве. Владельцы ветряных и солнечных электростанций могут испытывать финансовое давление из-за необходимости создания долгосрочных систем и ее продажи в тогда, когда это может принести больше денег. С системной точки зрения это более эффективное использование существующих электростанций.
Многие регионы имеют ярко выраженные сезонные колебания между солнечными и дождливыми или пасмурными месяцами. Достаточно дешевые длительные накопители могут хранить электроэнергию в течение нескольких месяцев, чтобы избежать сокращения потребления солнечной энергии летом и накапливать энергию, когда наступает мрачная погода.
Действующие станции с длительным сроком эксплуатации, скорее всего, будут играть несколько ролей. Проекты Highview будут ежедневно оценивать дешевую возобновляемую генерацию, обеспечивая пиковую мощность и помогая с услугами по обеспечению стабильности, такими как инерция и вращающийся резерв.
В чем проблема?
Очевидный барьер на пути к процветанию отрасли долговременного хранения энергии убеждает консервативных потребителей электростанций в том, что новые технологии, совершенно непохожие на все то, что в настоящее время использует сеть.
Лабораторные тесты могут снизить риск, но ничто не сравнится с работающими мегаваттными установками для доказательства того, что это работает. Вот почему так важна сделка Form с Great River Energy, как и ранние проекты Highview Power и Hydrostor. Большим исключением из технологического риска являются гидроаккумуляторы, которые широко используются в течение десятилетий. Но эти проекты связаны с высокими капитальными затратами и проблемами окружающей среды.
Критика направлена также против создания технологии: неужели «длительный срок службы» - просто лучшее название для медленно разряжающихся батарей?
Для некоторых технологий это так. Физическая природа того, как устройство перемещает электроны, ограничивает количество энергии, которое оно может выдать за один раз. В результате получается «длинная медленная струйка». «Долговременное хранение» звучит намного более впечатляюще, чем «технология долгой, медленной струи».
Но другие технологии могут настраивать соотношение мощности к энергии, что означает, что они могут выдавать столько мощности, сколько необходимо, в определенных пределах. Highview Power, например, устанавливает традиционные турбины в зависимости от необходимой мощности в МВт и добавляет столько криогенных резервуаров, сколько необходимо, чтобы получить желаемую энергоемкость. Через несколько лет Highview Power может добавить больше резервуаров, если появится необходимость в более длительном хранении. Эта возможность настройки сводит к нулю критику «медленной батареи».
В конечном счете, поставщикам систем хранения длительного хранения необходимо разработать реальную модель бизнеса. По сути, большая продолжительность – не так хороша; она ценна, поскольку решает проблему, которую существующие сетевые технологии не могут решить.
Но электросеть уже меняется в настоящий момент времени, поэтому электроэнергетика должна выяснить, как предвидеть проблемы до того как они возникнут, и собрать список проверенных инструментов для их решения.
Если быстро развивающиеся сети будут ждать появления проблем в сети, прежде чем проверять решения, то быстро реагировать им будет сложно.