可再生能源在电网应用遭遇瓶颈 存储成本高达2.5万亿美元
来源：前瞻网 | 0评论 | 3821查看 | 2018-08-01 15:31:00
一对500英尺长的烟囱从加利福尼亚州莫斯兰丁港口的天然气发电厂直插云霄，给这个美丽的海滨小镇上投下了一层工业阴影。
然而，如果州监管机构签署，它可能是2020年底世界上最大的锂离子电池项目的地点，有助于平衡加州电网风能和太阳能的波动。
这座300兆瓦的工厂是加利福尼亚州最大的公用事业公司Pacific Gasand Electric四个巨型锂离子存储项目之一，在6月底向加州公用事业委员会申请批准。总的来说，它们将为电网增加足够的存储容量，为一个月供电大约2,700个家庭(或者存储每年州政府使用的电力的约0.0009%)。
加州的这个项目是全球越来越多的努力之一，包括特斯拉在南澳大利亚的100兆瓦电池阵列，随着价格下降和可再生能源发电量的增加，建造更大的锂离子存储系统。它们使人们越来越乐观地认为，这些巨型电池将使风能和太阳能能够取代占比份额大的化石燃料工厂。
但是这种乐观存在不少问题。专家说，这些电池太昂贵，而且持续时间不够长，限制了它们在电网上的作用。随着更多可再生能源出现在网络上，如果我们计划依靠它们来获得大量存储空间——而不是利用碳捕获技术转向更广泛的低碳能源，如核能和天然气——我们可能会走上一条无法承受的危险道路。
小设施
根据麻省理工学院和阿贡国家实验室研究人员2016年的一项分析，今天的电池存储技术在有限的作用下效果最好，可替代“峰值”发电厂。这些是较小的设施，经常以天然气为燃料，可以提供不经常运营，在价格和需求高的时候迅速开火。
麻省理工学院负责开发电网蓄电池的Form Energy联合创始人Marco Ferrara说，锂离子电池可以在未来五年内与这些天然气峰化器进行经济竞争。
“天然气生产业务已接近尾声，锂离子电池是一个很好的替代品。”他说。
这种峰化器正是大多数新的和即将推出的锂离子电池项目旨在填补的角色。事实上，加州的仓储项目最终可能取代该地区的三个天然气设施，其中两个是峰化器工厂。
但是，除了这个外，电池遇到了真正的瓶颈。2016年研究的作者发现，当大量电池存储添加到电网中时，回报会急剧下降。他们的结论是，将电池存储与可再生电厂耦合，是大型、灵活的煤炭或天然气联合循环电厂的“弱替代品”，这种电厂可随时开发，连续运行，并改变产量水平，以满足一整天不断变化的需求。
锂离子技术不仅对于这个而言过于昂贵，而且电池寿命有限意味着它不适合在几天、几周甚至几个月内填补风能和太阳能发电的空白。
这个问题在加利福尼亚尤其严重，在秋季和冬季，风能和太阳能都会急剧下降。这是季节性模式的样子：
这导致了一个严重的问题：当可再生能源在电网上达到高水平时，你需要远远更多的风能和太阳能发电厂在高峰时段产生足够的多余电力，以保持电网在长时间的季节性下降中运行，JesseJenkins说，他是该研究的合著者和能源系统研究员。反过来，这需要电池可以一直存储它，直到需要它为止。
这最终会是一笔天文数字。
加州还在梦想着
加州长期以来无法忽视这些问题。该州已经有望在2020年之前从清洁来源获得50%的电力，立法机构再次考虑一项法案，要求它到2045年达到100%。为了使问题复杂化，监管机构在1月份投票决定关闭该州最后一座核电站，这是一种无碳能源，提供24%的PG&E能源。这将使加州严重依赖可再生能源来实现其目标。
总部位于波士顿的能源政策智库Clean Air Task Force最近发现，加州可再生能源达到80%的标志意味着夏季将有大量的剩余发电，960万兆瓦时的能源需要储存。达到100%将需要3630万。
该州目前总共拥有150,000兆瓦时的能源储存。(这主要是抽水电蓄电池，只占很小一部分电池。)
建立达到该州目标所需的可再生能源发电和储存水平将成倍地推高成本，从50%的每兆瓦时49美元增加到100%的1,612美元。
而且还是假设锂离子电池的成本约为现在的三分之一。
“该系统完全由存储成本占主导地位。”Clean Air Task Force高级顾问史蒂夫·布里克说。“你建造这个巨大的存储机器，你在年中填满，然后浪费掉它。这是一项巨大的资本投资，很少得到利用。”
这些将大大增加消费者的电费。
“你必须停下来问问自己：‘公众会支持表这一点吗?’”布里克说。
同样，今年早些时候在能源与环境科学领域的一项研究发现，满足美国80%的风能和太阳能用电需要全国范围的高速传输系统，可以平衡数百英里的可再生能源发电，或12小时整个系统的电力存储。
按照目前的价格，这种规模的电池存储系统将花费超过2.5万亿美元。
一个可怕的价格标签
当然，更便宜和更好的网格存储是可能的，研究人员和初创公司正在探索各种可能性。最近从比尔·盖茨的Breakthrough Energy Ventures获得资金的Form Energy，正试图开发具有更长持续时间的含水硫磺液流电池，其成本可能是锂离子电池的五分之一。
Ferrara的模型已经发现，这种电池可以使可再生能源为大多数电网提供90%的电力需求，成本仅略高于今天。
但是，对于那些类型的电池突破来说是危险的——即使Form Energy或其他公司确实有将其拉低，成本仍会指数上升超过90%的门槛，Ferrara说。
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