Naon ari grid-skala panyimpen énergi?

Dina Pébruari 2021, kuring nelepon ka operator gudang di Texas nalika harga listrik borongan ngahontal $9,000 per megawatt-jam. Salapan rébu dolar. Pikeun kontéks, harga normal ngalayang sakitar $30-50. Sistim batréna ieu nyitak duit - discharging kana grid salila Winter Storm Uri bari tutuwuhan gas alam froze padet. "Ieu kanggo urang ngawangun éta," saurna, tapi sorana ngagaduhan ujung ieu. Méh dibébénjokeun. Siga anjeunna parantos ngantosan mangtaun-taun pikeun ngabuktikeun anu skeptis salah.

Momen éta - ningali harga naék dina layar dagang bari pipa-pipa peupeus ka sakuliah nagara - ngakristalkeun hiji hal anu kuring geus ngurilingan bari. Panyimpenan skala grid -saleresna sanés ngeunaan téknologi deui. Éta ngeunaan naha urang daék ngaku yén cara urang ngajalankeun jaringan listrik salami abad henteu tiasa dianggo deui.

Hayu urang nyadangkeun. 2000 sareng 2001, California parantos pareum. Henteu sakali dua kali - puluhan kali. Jalma leungit kakuatan, lampu lalulintas jadi poék, rumah sakit switched ka generator. Panaliti resmi nyalahkeun manipulasi pasar Enron, anu leres, tapi éta sanés sadayana carita. Masalah sabenerna lumpat deeper. Grid California dirarancang di sekitar pabrik bahan bakar fosil anu anjeun tiasa ngontrol. Peryogi kakuatan langkung? Ngaduruk gas deui. Paménta turun? Throttle deui. Basajan.

Iwal eta dieureunkeun keur basajan momen generasi renewable dimimitian mattering. Sareng kuring henteu hartosna panél surya token sababaraha utilitas dipasang pikeun PR dina taun 90an. Kapasitas nyata. Gigawatt.

Abdi dina konperénsi di San Diego - kedahna 2014 atanapi 2015 - dimana insinyur ISO California nunjukkeun naon anu disebut "kurva bebek." Kamar jadi sepi. Grafik éta nunjukkeun beban bersih (total paménta dikurangan surya) turun nalika siang nalika panonpoe puncak, teras némbak nalika Panonpoé Tilelep. Éta laju tanjakan - ti minimum ka maksimum dina meureun 3 jam - éta ngarecah kumaha operasi grid jalan. Anjeun kedah tetep pabrik gas berputar dina sayaga sadayana soré ngan pikeun nanganan surge sore. Mahal, teu efisien, jeung dasarna bodo.

Hiji lalaki di tukang naros, "Naha urang tiasa ngirangan surya?" Insinyur ngareureuhkeun. "Urang bisa. Atawa urang bisa angka kaluar gudang ".

Panyimpenan. Leres.

Sidebar gancang - naon ari grid-panyimpenan skala? Tanya lima urang, meunang genep jawaban. Konsensus leupas nanaon leuwih 1 megawatt, tapi kuring geus diuk ngaliwatan panels konferensi dimana jalma pamadegan ngeunaan ieu dua puluh menit. Naha aplikasi langkung penting tibatan kapasitas? Upami anjeun ngagaduhan 500 kilowatt ngalayanan gardu induk kritis, naha éta diitung?

Ayeuna aya fasilitas di California - Moss Landing, jigana - langkung ti 400 MW. Bisa jadi 450. Meureun 420. Poin téh, lumping yén babarengan jeung proyék 1 MW karasaeun salah, tapi industri teu netep dina terminologi hadé. Urang nuju ngawangkong ngeunaan gudang nu sabenerna mangaruhan operasi grid. Henteu Tesla Powerwall tatangga anjeun.

Ieu naon anu lucu. Sarerea ngobrol ngeunaan batré ayeuna, tapi hidro pompa masih ngadominasi kapasitas panyimpenan global. Teu deukeut. Pompa cai nanjak nalika listrik murah, hayu deui ngalir deui ngaliwatan turbin nalika harga naék. Mandi County di Virginia geus ngalakonan ieu saprak 1985. Leuwih 3.000 MW. Éfisiénna lumayan - 70-80% perjalanan balik - sareng "bensin" nyaéta cai anu anjeun anggo deui salamina.

Masalahna nyaéta géografi. Anjeun peryogi pagunungan, situs waduk anu cocog, tempat-tempat ngawangun bendungan moal ngabahekeun naon waé anu dipikaresep ku jalma. Kaseueuran situs AS anu saé dikembangkeun ku awal 90an. Usul anyar kadang muncul tapi diijinkeun butuh waktu anu lami sahingga pamekar biasana nyerah. Aya proyék di Montana anu parantos direncanakeun salami 15 taun. Masih teu diwangun.

Hawa komprési ogé aya, bieu. Dua tutuwuhan di sakuliah dunya: Huntorf di Jerman (1978) jeung McIntosh, Alabama (1991). Éta pisan. Téknologina tiasa dianggo saé - ngompa hawa kana guha bawah tanah, ngaleupaskeun turbin engké - tapi anjeun peryogi géologi khusus. Kubah uyah atanapi waduk gas anu béak kalayan sipat anu pas. Kadua pabrik anu aya ngaduruk gas alam nalika ékspansi anu ngabatesan kauntungan lingkungan. Desain "adiabatic" anu langkung énggal ngaku aranjeunna tiasa ngaleungitkeun kaduruk gas. Henteu aya anu skala komersil.

Jadi aki-aki. Sarerea bungah ngeunaan batré ayeuna tapi henteu salawasna sapertos kieu. Waragadna ngalarang dugi ka taun 2012-2015. Aya pamasangan leutik di Notree Wind Farm di Australia dina taun 2012, buktina -konsép leuwih ti ékonomi anu layak.

Teras Tesla ngawangun Hornsdale. 2017, Australia Kidul, 100 MW / 129 MWh. Elon nyieun Twitter bet ngeunaan ngawangun éta dina 100 poé - has Elon - jeung maranéhna ngalakukeun dina 63 poé. Jalma fokus kana speed konstruksi tapi carita nyata kinerja. Batré ngahasilkeun artos langkung gancang tibatan unjuran ngalangkungan jasa pangaturan frekuensi.

Sabenerna mah nganjang ka puseur kontrol grid luar Adelaide meureun 6 bulan sanggeus Hornsdale indit live. Insinyur anu masih buzzing ngeunaan eta. Hiji lalaki némbongkeun kuring grafik respon frékuénsi. Nalika frékuénsi grid nyimpang tina 50 Hz, batréna dilereskeun dina milidetik. Generators konvensional butuh sababaraha detik sabab anjeun leres-leres muterkeun turbin. "Ibarat ngabandingkeun mobil sport jeung karéta barang," cenah.

Éta waktos réspon millisecond penting pisan pikeun jasa grid tangtu. Sakali utilitas sadar accu bisa ngalakukeun hal generasi konvensional fisik teu bisa, sikap bergeser gancang. Dina sataun anjeun mimiti ningali langkung seueur pengumuman proyék.

Situasi kimia langkung messier ti publikasi dagang nyarankeun. "Litium-ion" sanes hiji hal. Sababaraha kimia dihijikeun. Pikeun aplikasi grid, litium beusi fosfat dasarna geus meunang. LFP, LiFePO4,batré litium ion fosfat- ngaran anu béda-béda gumantung ka saha nu pamasaran éta.

Kimia ieu ayeuna ngagambarkeun meureun 60-65% pamasangan anyar AS jeung Éropa. Jumlahna béda-béda gumantung kana saha anu ngitung sareng naon anu kalebet. Alesanna praktis: LFP ngadamel siklus charge-discharge langkung saé tibatan alternatif sapertos NMC (nikel mangan kobalt). Résiko seuneu anu handap ogé, anu penting nalika anjeun tumpukan peti pengiriman anu pinuh ku batré di daérah padumukan. Urang bakal kahuruan engké.

Kapadetan énergi langkung handap tina NMC tapi pikeun neundeun stasioner anu henteu masalah. Anjeun teu pas dina korsi mobil. Tumpukan wadahna dugi ka pencét target kapasitas.

batré aliran tetep meunang cakupan. Sistem rédoks Vanadium misahkeun neundeun énergi (ukuran tank) tina kakuatan (ukuran tumpukan). Fasilitas Dalian di Cina, ditugaskeun 2022, 100 MW / 400 MWh, ayeuna panggedéna. Biaya ngajalankeun leuwih luhur batan litium tapi hirup siklus bisa ngaleuwihan 20.000 siklus tanpa degradasi utama.

Dina tiori anu penting pikeun utilitas ngarencanakeun 20+ operasi taun. Dina prakna, biaya litium turun langkung gancang tibatan batré aliran nutup jurang. Batré aliran parantos "kira-kira terobosan" sahenteuna sahenteuna dasawarsa. Mimiti disada kawas énergi fusi.

Jérman mendakan masalah panyimpen ku cara anu sesah. Sabudeureun 2011-2012 aranjeunna ujug-ujug boga gigawatts rooftop solar tina dorongan Energiewende maranéhna. Beurang dina poé cerah, generasi spiked. Méga ngagulidag, turun ku gigawatt. Gancang.

Operator grid anu parantos nyéépkeun sadayana karir pikeun ngatur kurva paménta anu tiasa diprediksi ayeuna ngurus kurva pasokan anu langkung gancang tibatan anu tiasa diréaksikeun. Ngarobah paradigma lengkep. Salah sahiji operator anu kuring diajak ngobrol dina konferensi Berlin - ieu 2016 meureun - ceuk kahiji kalina manéhna nempo turunna generasi 5 GW dina 20 menit, ceuk pikir sistem monitoring na rusak.

Angin ngalakukeun hal anu sami tapi skala waktos anu béda. Sistem tekanan tinggi-parkir di tegalan angin jeung generasi turun ka ampir euweuh. Tetep aya sababaraha poé. Anjeun teu tiasa nelepon hiji ladang angin di 6 PM sarta ngabejaan ka ngahasilkeun leuwih sabab jalma keur imah masak dinner. Teu jalan kitu.

Waktu réspon penting pikeun sababaraha aplikasi. California ISO merlukeun jasa pangaturan frékuénsi pencét kakuatan pinuh dina 10 menit. Bisa jadi 8 menit, kuring kudu pariksa spésifikasi. Sababaraha ladenan butuh sub-réspon kadua. Batré unggul di dieu - réaksi éléktrokimia dasarna sakedapan tina sudut pandang operator grid.

Hidro pompa butuh 10-15 detik pikeun aliran cai ngagancangkeun ngaliwatan turbin, ditambah operasi klep. Éta gap penting pikeun pangaturan frékuénsi. Henteu janten masalah pikeun cukur puncak dimana anjeun nyéépkeun sababaraha jam.

Efisiensi nangtukeun naha proyék nyieun duit. matematika dasar: nyimpen 100 MWh, cageur 90 MWh, anjeun leungit 10% unggal siklus. Litium neunggeul 85-95% gumantung kana konfigurasi sareng sesah anjeun nyorongna. batré aliran leuwih kawas 65-75%. Sigana minor tapi Ngabuburit poean salila 15 taun, éta efisiensi délta sanyawa ka jutaan dina bédana sharing. Meureun puluhan juta pikeun proyék-proyék gedé.

Siklus hirup janten pajeulit. Seuseueurna sistem litium grid beroperasi 20-kaayaan muatan 80% tinimbang siklus pinuh. Kurban 40% kapasitas nameplate pikeun ganda atawa tilu kali hirupna operasional. Ékonomi dianggo sabab ngaganti batré pertengahan proyék estu mahal. Hadé pisan mun oversize mimitina.

grid-scale energy storage

UU Pengurangan Inflasi di 2022 leres-leres ngageser pasar AS. Hayu gudang mandiri ngaku 30% kiridit pajeg investasi. Sateuacan neundeun éta ngan mumpuni dipasangkeun kalayan solar atawa angin, nu éta kawijakan bodo tapi éta kumaha ieu ditulis.

Saatos IRA lulus, pengumuman proyék banjir. Antrian interkonéksi ngagaduhan gudang 85+ GW ku pertengahan 2023. Saha waé anu akrab sareng antrian interkonéksi terang yén kalolobaan proyék henteu pernah diwangun sanaos. Tingkat parantosan sajarah ngajalankeun 20-30% pangsaéna.

Kuring aya dina konperénsi pamekar di Houston taun ka tukang - lalaki ti salah sahiji pabrik gedé Cina nyarios yén aranjeunna henteu tiasa ngiringan paménta AS. "Kami nambihan jalur produksi tapi aya waktos 18-bulan dina alat-alat." Konstrain ranté suplai madhab.

Panyimpenan global ngahontal sakitar 27-28 GW ku 2023 gumantung kana kumaha anjeun ngitung. 90% pertumbuhan anu kajantenan ti taun 2018. AS nambihan 4,8 GW dina taun 2022 waé, panginten janten 5,2, kuring kaleungitan mémori. California sareng Texas ngadominasi penyebaran kusabab alesan anu béda-béda. California boga mandat kawijakan nyetir integrasi renewables. Texas gaduh énergi ERCOT-ngan pasar anu nyiptakeun volatilitas harga anu ageung. operator gudang cinta volatility - mangpaatkeun maranéhanana swings harga.

Waragad rubuh tina leuwih $500/kWh dina 2015 ka $150-200/kWh ku 2023 pikeun sistem lengkep. Sababaraha urang ngaku malah leuwih handap tapi $150-200 nyaeta naon Kuring geus katempo keur proyék nu sabenerna. Skala manufaktur utamana, kompetisi pangperangan diantara pabrik sél Cina jeung Korea.

Modél panghasilan béda-béda pisan ku pasar. Texas ERCOT ngidinan nawar gudang langsung kana pasar énergi. Éta conto Usum Badai Uri ti mimiti - sababaraha operator diberesihan $10+ juta, meureun $12 juta, Kuring uninga angka béda. Teu normal sanajan.

Operasi has ngalibatkeun stacking aliran pendapatan: arbitrage énergi (muatan mirah, ngurangan mahal), pangmayaran kapasitas, pangaturan frékuénsi, aya kalana transmisi pamutahiran deferral. SGIP California ngalungkeun insentif di luhur, khususna pikeun fasilitas kritis.

Hiji operator nyarios ka kuring - kaluar tina catetan dina bar salami konperénsi - yén satengah pendapatan anu diproyeksikan asalna tina jasa anu teu aya lima taun ka pengker. "Simkuring nyieun ieu nepi salaku urang balik. Operator grid nu figuring kaluar naon accu tiasa ngalakukeun sacara real waktos ".

Durasi tetep konstrain atra tur éta frustrating. Kaseueuran sistem ngaluarkeun 2-4 jam dina kakuatan anu dipeunteun. Sampurna pikeun puncak malem nalika panonpoé turun. Henteu aya gunana pikeun neundeun multi-dinten salami acara cuaca panjang.

Téknologi pikeun durasi anu langkung panjang tetep diumumkeun ku siaran pers ageung. hawa dikomprés, sistem gravitasi, neundeun termal. deployment komérsial tetep hese dihartikeun. Sarerea hoyong 8+ jam neundeun, aya anu hoyong 12 atanapi 24. Teu aya anu terang ékonomi dina skala.

Aya sacara harfiah startups ngangkat blok beton jeung cranes pikeun nyimpen énergi. Sora ridiculous tapi fisika jalan. Euweuh geus skala sanajan. Sarua jeung neundeun termal.

Degradasi batré dina pola siklus nyata terus-terusan operator anu héran, anu ngaganggu kuring sabab anjeun panginten urang bakal terang ieu ayeuna.

Uji laboratorium henteu ngaduga kinerja lapangan. Pamasangan awal - 2018, 2019 timeframe - siklus leuwih agrésif ti rencanana, hirup operasional pondok jauh leuwih gancang ti ekspektasi, revisi klaim jaminan kapaksa. Modél degradasi anu langkung saé ayeuna aya tapi kateupastian tetep ngeunaan 10+ kinerja taun, khususna nalika strategi pangiriman mekar.

Anjeun teu tiasa nguji 15 taun operasi dina 2-taun timeline pangwangunan. Teu mungkin. Insinyur di NREL nyarios ka kuring yén aranjeunna nuju ngawangun modél probabilistik dumasar kana data lapangan terbatas. "Urang extrapolating ti 5 taun operasi keur prediksi 20 taun. Ieu dididik guessing ".

Kasalametan seuneu teu leungit sanajan standar ningkat. Kahuruan McMicken di Arizona - April 2019 - tetep kajadian paling serius. Ledakan tatu opat patugas pemadam kebakaran, tiasa janten bencana.

Kuring ngobrol jeung salah sahiji responders munggaran dina konferensi kaamanan. Cenah nalika aranjeunna anjog, ceuk protokol baku menyemprot cai dina seuneu batré. Mimitian ngalakukeun éta. Tuluy ngabeledug. "Teu aya anu nyarioskeun ka kami yén hal-hal ieu tiasa kabur termal sanaos seuneu kaluar."

Kajadian éta ngungkabkeun kumaha kirang industri ngartos panyebaran runaway termal dina sistem wadahna. Urang panginten urang terang. Tétéla urang henteu. Standar tés ningkat sacara signifikan saatosna. UL 9540A janten patokan rujukan sadayana.

Tapi unggal kimia sél anyar perlu evaluasi ti scratch. Henteu sakabéh ngical paralatan nuturkeun prakték desain idéntik pikeun spasi sél, cooling, suprési seuneu. Sababaraha ngalakukeun syarat kode minimum bulistir. Batur overengineer. Teu salawasna bisa ngabejaan ti pamasaran nu pendekatan pamakéan hiji proyék. Éta masalah.

Australia Kidul masihan sawangan ngeunaan masa depan -penetrasi anu luhur. Ampir 300 MW gudang ngalayanan kasarna 2.000 MW paménta puncak ku 2022. Éta kawas 15% tina paménta puncak dina kapasitas gudang. substansial.

Operasi grid fundamentally robah. Tapi rezim pisan béda ti Texas atanapi California dimana gudang tetep persentase leutik tina total kapasitas. Naha anjeun tiasa skala pendekatan Australia Kidul kana ERCOT? Meureun, meureun moal.

Kuring naros ka operator grid Australia Kidul ngeunaan ieu dina konperénsi. Tanggapanana: "Kami mangrupikeun kasus uji. Upami éta ngarecah di dieu, sahenteuna urang cukup leutik supados gagalna dikandung." Teu persis kapercayaan-mereun tapi jujur.

grid-scale energy storage

NREL ngarencanakeun sapertos 250+ panyimpenan GW AS taun 2050 dina skenario anu tiasa diperbaharui luhur. Atawa éta 300 GW? Abdi kedah milarian éta. Naha éta materializes gumantung kana seueur faktor. Dituluykeun reductions ongkos écés. Pangrojong kawijakan tetep aya, anu henteu pernah dijamin. Operator grid sabenerna ngarobah prakték operasional tinimbang ngan ngobrol ngeunaan eta.

Sababaraha ramalan ti lima taun ka pengker parantos katingali konservatif. Panyebaran ngaleuwihan ramalan saméméhna. Tapi unjuran anu sanés tiasa dibuktikeun optimis pisan upami asumsi konci henteu tahan atanapi aya kajadian anu teu disangka-sangka. Hésé ngomong.

Kimia anyar tetep muncul tina laboratorium panalungtikan. Natrium-ion ngajangjikeun biaya bahan anu langkung handap sabab anjeun henteu nganggo litium. Séng-udara ngaku dénsitas nu leuwih luhur. Sababaraha hal séjén Kuring meureun poho. Naha aya anu bakal ngagentos litium-ion kanggo aplikasi grid? Panginten henteu sadayana, panginten kuring. Téknologi incumbent gaduh skala manufaktur pendatang teu tiasa cocog gancang. Mangtaun-taun ngawangun pabrik.

Leuwih dipikaresep kimia béda manggihan niches husus dumasar kana kaunggulan husus. Pasar janten cukup rupa-rupa pikeun ngadukung sababaraha pendekatan, nganggap aranjeunna leres-leres ngahontal skala komersil sareng henteu ngan tetep dina proyék pilot salamina.

Panyimpenan dimimitian salaku solusi intermittency anu tiasa diperbaharui tapi mekar langkung lega. Ayeuna éta alat pikeun kalenturan grid henteu paduli sumber generasi. Ganti turbin durukan pikeun pangaturan frékuénsi. Nunda upgrades transmisi mahal ku ngatur kamacetan lokal. Nyadiakeun kamampuhan ngamimitian-hideung pikeun restorasi grid sanggeus pareum badag.

Aplikasi ieu masalah naha penetrasi renewable hits 80% atawa tetep nyangkut dina 40% atanapi dimana wae eta ends up.

Ékonomi terus ngaronjatkeun incrementally. Skala manufaktur ngadorong biaya turun unggal taun. Kinerja batre - kapadetan énergi, umur siklus, sadayana - ningkat sacara bertahap ogé. Naha panyimpen janten solusi kalenturan anu dominan atanapi ngan ukur hiji pilihan diantara sababaraha (réspon paménta, transmisi ningkat, ramalan anu langkung saé) tetep janten patarosan kabuka anu sigana moal dijawab salami atanapi dua dasawarsa deui.

Naon sigana jelas: grids ngarobah dina cara fundamental. Téknologi panyimpenan - naon waé bentukna - ngamungkinkeun seueur parobihan éta. Éta sigana cukup pasti.

Deui ka éta operator Texas salila Winter Storm Uri. Saatos harga nabrak normal deui sareng krisisna lulus, kuring naroskeun naon anu anjeunna pelajari. Jeda panjang. "Éta batré tiasa ngalakukeun padamelan éta. Tapi ogé teu aya anu terang naon anu aranjeunna lakukeun.

Ngarasa bener.

EIA nyebarkeun statistik gudang bulanan. Lumayan dipercaya sanajan kaluar kalawan lag. Bloomberg NEF teu outlooks taunan, perlu langganan mahal. NREL ngajaga basis data kinerja, data lags kanyataanana 12-18 bulan. Masih mangpaat pikeun kaperluan akademik.

Wood Mackenzie sareng firma anu sami nyebarkeun ramalan. Akurasi catetan lagu-wijaksana dina jangka waktu nu leuwih panjang, upamana campur. Aranjeunna konsistén underestimated 2018-2022 ongkos deployment. Lucuna dina retrospect.

Publikasi dagang sapertos Utility Dive sareng Energy Storage News nutupan proyék lumayan. Mindeng ka arah framing optimistis sanajan. Satengah barang anu diumumkeun salaku "enggal sumping" henteu kantos ngahontal operasi komersial. Candak jeung uyah.

Kungsi paguneman anu mangpaat salami sababaraha taun sareng insinyur di California ISO, ERCOT, Jaringan Daya Australia Kidul, tambah operator dina sababaraha konferensi (Austin, San Diego, Berlin, Adelaide). Paling barang informatif sumping ti paguneman bar sanggeus panels resmi réngsé.

Data ayeuna dina 2023 atanapi awal 2024. Industri robah cukup gancang anjeun kedah pariksa nomer husus lamun ngagunakeun éta pikeun hal penting. Tong ngan ukur nyebatkeun artikel ieu - Abdi mangrupikeun jalma dina internét.