Hvordan energilagring begynder at omskabe elindustrien

Markedet for energilagring på elnettet vokser med hastige skridt, drevet af faldende priser og understøttende regeringspolitikker.

Baseret på vores forskning i driften og omkostningerne ved elnet, især fordelene ved nye teknologier, vi er sikre på, at energilagring kan ændre måden, amerikanske husejere på, virksomheder og forsyningsselskaber producerer og bruger strøm.

Balancehandlinger

Energilagring betyder i denne sammenhæng blot at spare strøm til senere brug. Det er som at have en masse genopladelige batterier, men meget større end dem i din mobiltelefon og sandsynligvis forbundet til nettet.

Efter en årlig gennemsnitlig vækst på omkring 50 procent i fem år, den amerikanske elindustri installerede i alt 1 gigawatt-times ny lagerkapacitet mellem 2013 og 2017, ifølge firmaet GTM Research. Det er nok til at drive 16 millioner bærbare computere i flere timer. Mens denne mængde lager er mindre end 0,2 procent af den gennemsnitlige mængde elektricitet, som USA forbruger, analytikere forudser, at installationer vil fordobles mellem 2017 og 2018 og derefter fortsætte med at ekspandere hurtigt i USA og rundt om i verden.

For at se, hvorfor denne trend er en stor ting, overveje, hvordan elektricitet fungerer.

Det kræver en skjult verden af ​​kompleksitet og en række sarte balancegange for at drive hjem og arbejdspladser, fordi nettet historisk set har haft lille lagerkapacitet. Efter at være blevet produceret på kraftværker, elektricitet bevæger sig normalt ned af elledninger med lysets hastighed, og det meste af det forbruges med det samme.

Uden midlerne til at lagre elektricitet, forsyningsselskaber skal producere lige nok til at imødekomme efterspørgslen døgnet rundt, inklusive spidsbelastningstider.

Det gør elektricitet anderledes end de fleste industrier. Forestil dig, hvad der ville ske, hvis bilproducenter skulle gøre dette. I det øjeblik du købte en bil, en arbejder skulle køre den ud af fabrikkens port. Samlebånd ville konstant fremskynde og sænke farten baseret på forbrugernes luner.

Det lyder vanvittigt og latterligt, ret? Men elnetoperatører klarer i bund og grund dette, afbalancere udbud og efterspørgsel med få sekunders mellemrum ved at tænde og slukke for kraftværker.

Derfor ville en lagerbom gøre en stor forskel. Opbevaring skaber det, der svarer til et lager til at opbevare elektricitet, når det er rigeligt til andre tidspunkter, hvor det er nødvendigt.

Strækkraft

Energilagring kan hjælpe på mange forskellige måder, hovedsagelig tjener som en schweizisk hærkniv til elnet. Det kan hjælpe med at balancere kortsigtede strømudsving, håndtere spidsbelastning eller fungere som backup for at forhindre eller genoprette strømafbrydelser.

Og den kan implementeres i enhver skala og på ethvert punkt i nettet, fra et lille lagersystem til hjemmet til et pumpet vandkraftreservoir, der er stort nok til at drive en lille by. Selvom lager faktisk bruger lidt elektricitet i stedet for at producere noget, det gør elforretningen mere økonomisk effektiv. Efterhånden som mængden af ​​lager vokser, vi forventer, at nettene bliver mere stabile og fleksible.

Opbevaring kan også gøre en stor forskel med elektricitet genereret gennem sol- eller vindkraft – som kun kan udnyttes, når solen skinner og vinden blæser.

Men, generelt, det er ikke nødvendigt til det formål endnu. Mens disse industrier vokser hurtigt, vindkraft genererer kun omkring 6 procent af amerikansk elektricitet og solenergi mindre end 2 procent. Elektricitetsnet kan i øjeblikket bruge næsten al den strøm, efterhånden som den produceres.

Netoperatører, vant til at styre det variable udbud og efterspørgsel efter strøm, kan klare den ekstra uforudsigelighed, de får fra vind- og solenergi nu. Men som forsyningsselskaber, virksomheder og forbrugere bringer mere vedvarende energi online, gitteret kan blive sværere at balancere uden yderligere opbevaring.

At være sikker, operatører af vandkraftværker har lagret strøm i lang tid. USA har kapacitet til at lagre omkring 22 gigawatt i pumpet vandkraft, omkring 2 procent af USA's produktionskapacitet. Alligevel er dens afhængighed af store vandreservoirer, som ikke let kan konstrueres i nærheden af ​​elmarkeder, begrænser vækstpotentialet for denne energimulighed.

Konkurrerer med naturgas

Når energilagringen skaleres op, forsyningsvirksomheder vil lettere kunne imødekomme spidsbelastninger med mindre samlet kapacitet og færre kraftværker. Hvis de kan stole på lager til at levere strøm i timer med høj efterspørgsel i stedet for at bygge nye kraftværker, det kan spare penge hele vejen rundt.

Men opbevaring er ikke det eneste spil i byen – andre teknologier tilbyder lignende fordele. Forsyningsselskaber kan installere nye transmissionsledninger eller stole på fleksibel naturgas, som i bund og grund er den største konkurrent til energilagring.

Naturgasproduktion producerer omkring en tredjedel af landets elektricitet i dag og giver mange af de samme fordele som lager, da disse kraftværker er nemme at tænde og slukke. De relativt lave priser på naturgas, mindre end halvdelen af, hvad de var for ti år siden på grund af udbredt hydrofracking, har sandsynligvis bremset væksten i energilagring indtil nu.

Naturgas er blevet mere og mere populært til elproduktion, har fortrængt efterspørgslen efter kul siden 2000. Men hvis lageret bliver billigt nok, denne ligning kan vende og lagring kan true økonomien ved naturgasproduktion.

Hjælp fra regeringen og bedre batterier

En af grundene til, at denne industri vokser, er, at den får et løft fra regeringen.

Californien, Maryland, New Jersey og Nevada subsidierer opbevaring, mandat til vedtagelse eller begge dele. En lignende foranstaltning afventer i Hawaiis lovgiver.

Og på trods af Trump-administrationens bestræbelser på at maksimere udvinding af fossilt brændstof, den føderale regering lægger nu det regulatoriske grundlag for, at lagerindustrien for første gang kan konkurrere direkte på åbne engrosenergimarkeder.

Forbedringer i teknologi har gjort en forskel, også. Batteriteknologi, ledet af det samme lithium-ion-design, som driver mobiltelefoner, gør store fremskridt og bliver meget billigere.

Lithium-ion-batterier er begge ansvarlige for det meste af denne nye bølge af netforbundet energilagring og den kritiske komponent i det hurtigt voksende antal amerikanske elektriske køretøjer. For eksempel, lithium-ion-batteriet, der bruges i Tesla Powerwall, et hjemmebatterisystem, er den samme som virksomheden bruger i sine køretøjer.

Lithium-batterier i netskala adskiller sig ofte fra dem i biler, men bruger den samme grundlæggende teknologi. Prisen på lithium-ion-batterisystemer i brugsskala faldt 40 procent på kun fem år til omkring 1 USD, 200 pr. kilowatt-time i 2015 fra ca. $2, 100 i 2010 og forventes fortsat at falde.

Fremtiden

Nettet har i øjeblikket relativt lidt lagerplads af samme grund, at kun omkring 200, 000 af de 17,2 millioner køretøjer, amerikanere købte i 2017, var elektriske:Det er dyrt i dag.

Elbiler sparer endnu ikke penge for de fleste amerikanske bilister. Men markedseksperter regner med, at ejerskab af elektriske køretøjer vil koste mindre end standardkøretøjer drevet af benzin inden for et årti og fortsætte med at blive billigere efter det.

Ligeledes, for elnettet, hvis opbevaring bliver billig nok, dets potentielle marked kan udvides fra 1 gigawatt-time til snesevis eller endda hundredvis af gigawatt-timer.

Hvis eller når det sker, vind- og solenergi ville blive mere konkurrencedygtig, i stigende grad fortrænger både kul og naturgas – nu landets to største kilder til elektrisk kraft. Og denne billigere opbevaring ville også gøre elbiler mere overkommelige, at reducere mængden af ​​benzin og diesel, amerikanerne forbruger. El- og bilindustrien fungerer næsten på samme måde, som de gjorde for 50 år siden. Men en verden af ​​billige batterier ville ændre dem både på spændende og hidtil usete måder.

Lige meget hvad der sker, vi mener, at opbevaring er "fremtidssikret", fordi det fungerer godt på det nuværende net og med en lang række andre teknologier. Hvis vind- og solindustrien fortsætter deres nuværende momentum (og det vil de sandsynligvis), opbevaring bliver endnu mere værdifuld. Men hvis nettet går en anden vej – stoler mere på store og dyre generationsanlæg, for eksempel – oplagring ville gøre det lettere at håndtere spidsbelastning uden overskudskapacitet. Selvom vi ikke kan sige præcis, hvordan fremtidens gitter vil se ud, vi er ret sikre på, at opbevaring vil holde det brummende på nye måder.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.