Тъй като светът преминава към нисковъглеродно бъдеще, възобновяемите енергийни източници като вятър и слънце стават все по-разпространени и достъпни. Въпреки това, тези източници също са периодични и променливи, което означава, че не винаги отговарят на търсенето и предлагането на електроенергия. За да преодолеете това предизвикателство, системи за съхранение на енергия са необходими за балансиране на мрежата и осигуряване на надеждност и сигурност.
Системите за съхранение на енергия могат да бъдат класифицирани в две категории: краткосрочни и дългосрочни. Краткосрочно съхранение на енергия (STS) се отнася до системи, които могат да съхраняват и разреждат енергия в рамките на минути или часове, като напр. батерии, маховик, и суперкондензатори. Дългосрочно съхранение на енергия (LTS) се отнася до системи, които могат да съхраняват и разреждат енергия в продължение на дни, седмици, месеци или дори години, като помпени водни източници, сгъстен въздух, водород и синтетични горива.
LTS технологиите имат потенциала да предоставят множество ползи за енергийната система, като например:
- Подобряване на интегрирането и използването на възобновяеми енергийни източници
- Намаляване на нуждата от резервен капацитет за генериране и пренос на изкопаеми горива
- Предоставяне на спомагателни услуги като регулиране на честотата и напрежението, резерв при въртене и черен старт
- Подобряване на устойчивостта и гъвкавостта на мрежата при екстремни метеорологични явления, кибератаки и природни бедствия
- Подпомагане на декарбонизацията на други сектори като транспорт, промишленост и отопление
Въпреки това LTS технологиите също са изправени пред значителни предизвикателства, като например:
- Високи капиталови и оперативни разходи
- Ниска ефективност и енергийна плътност в двете посоки
- Дълги периоди на изплащане и несигурна възвращаемост на инвестициите
- Технически и екологични рискове и несигурности
- Регулаторни и политически бариери и пропуски
В този блог ще проучим различните видове LTS технологии, техния пазарен потенциал и перспективи, както и политиките и регулаторните рамки и стимули за тяхното развитие и иновации.
Видове LTS технологии
LTS технологиите могат да бъдат категоризирани в четири групи въз основа на формата на енергия, която съхраняват: механична, термична, електрохимична и химическа. Всяка група има свои собствени характеристики, предимства и недостатъци, както и някои примери за съществуващи или нововъзникващи проекти по света.
Механични LTS технологии
Механичните LTS технологии съхраняват енергия под формата на кинетична или потенциална енергия, която може да се преобразува обратно в електричество, когато е необходимо. Най-разпространената и зряла механична LTS технология е помпено съхранение на хидроенергия (PHES), което използва излишък от електричество за изпомпване на вода от по-нисък резервоар към по-висок резервоар и я освобождава обратно през турбина за генериране на електричество, когато търсенето е високо. PHES представлява повече от 90% от глобалния инсталиран капацитет за съхранение на енергия, с над 160 GW оперативни проекти. PHES има висока мащабируемост, надеждност и издръжливост, както и ниски оперативни разходи и емисии. Въпреки това, PHES също има високи капиталови разходи, дълги срокове за строителство и ограничена наличност на обекта, както и екологични и социални въздействия като използване на земята, потребление на вода и разселване на местните общности.
Друга механична LTS технология е съхранение на енергия от сгъстен въздух (CAES), който използва излишък от електричество, за да компресира въздух и да го съхранява в подземни пещери, резервоари или тръбопроводи, и го освобождава обратно през турбина за генериране на електричество, когато търсенето е високо. CAES има по-ниски капиталови разходи и ограничения на обекта от PHES, както и по-висока енергийна плътност и ефективност. Въпреки това CAES също има по-ниска мащабируемост и надеждност от PHES, както и по-високи оперативни разходи и емисии, тъй като изисква природен газ или други горива за загряване на въздуха преди разширяване. В света има само два действащи CAES проекта, един в Германия и един в САЩ, с общ капацитет от 440 MW. Няколко нови проекта CAES са в процес на разработка или планиране, като например проекта Apex с мощност 300 MW в Юта, проектът Hydrostor с мощност 50 MW в Австралия и проектът Highview с мощност 317 MW в Обединеното кралство.
Електрохимични LTS технологии
Електрохимичните LTS технологии съхраняват енергия под формата на електрически заряд, който може да се преобразува обратно в електричество, когато е необходимо. Най-разпространената и развита електрохимична LTS технология са батериите, които използват химични реакции за съхраняване и освобождаване на енергия. Батериите имат висока енергийна плътност, ефективност и мащабируемост, както и ниски оперативни разходи и емисии. Въпреки това, батериите също имат високи капиталови разходи, ограничен живот и издръжливост и рискове за околната среда и безопасността, като изчерпване на ресурсите, рециклиране и опасност от пожар. Батериите се използват широко за STS приложения, като електрически превозни средства, мрежови услуги и разпределено генериране. Въпреки това, батериите също се проучват за LTS приложения, като например сезонно съхранение, електрозахранване в отдалечени райони и микромрежи. Някои примери за LTS проекти за батерии са проектът Moss Landing с мощност 300 MW/1200 MWh в Калифорния, проектът Hornsdale с мощност 100 MW/400 MWh в Австралия и проектът Escondido с мощност 50 MW/250 MWh в Мексико.
Друга електрохимична LTS технология са поточните батерии, които използват течни електролити за съхраняване и освобождаване на енергия. Проточните батерии имат по-ниска енергийна плътност, ефективност и мащабируемост от батериите, но по-дълъг живот и издръжливост, както и по-ниски капиталови разходи и рискове за околната среда и безопасността. Проточните батерии са подходящи за LTS приложения, които изискват дълга продължителност и висока изходна мощност, като пиково бръснене, изравняване на натоварването и интегриране на възобновяеми източници. Някои примери за LTS проекти за поточна батерия са проектът Rongke с мощност 200 MW/800 MWh в Китай, проектът Sumitomo с мощност 15 MW/60 MWh в Япония и проектът UniEnergy с мощност 2 MW/8 MWh във Вашингтон.
Химични LTS технологии
Химическите LTS технологии съхраняват енергия под формата на химически връзки, които могат да бъдат преобразувани обратно в електричество или други форми на енергия, когато е необходимо. Най-разпространената и обещаваща химическа LTS технология е водородът, който може да се произвежда от водна електролиза с използване на излишно електричество и да се съхранява в резервоари, тръбопроводи или подземни образувания. Водородът може да се използва за генериране на електричество чрез горивни клетки или турбини или за захранване на други сектори като транспорт, индустрия и отопление. Водородът има висока енергийна плътност и гъвкавост, както и нулеви емисии в точката на употреба. Водородът обаче също така има високи капиталови и оперативни разходи, ниска ефективност и мащабируемост на отиване и връщане и технически предизвикателства и предизвикателства по отношение на безопасността, като изтичане, крехкост и експлозия. Очаква се водородът да играе ключова роля в декарбонизацията на енергийната система, особено за трудни за намаляване на емисиите сектори и региони. Някои примери за LTS проекти за водород са проектът HyBalance с мощност 10 MW/100 MWh в Дания, проектът H5FUTURE с мощност 5 MW/2 MWh в Австрия и проектът Power-to-Gas с мощност 1.5 MW/1.5 MWh в Германия.
Друга химическа LTS технология са синтетичните горива, които се извличат от водород и въглероден диоксид, като метан, метанол, амоняк и диметилов етер. Синтетичните горива имат подобни характеристики, предимства и предизвикателства като водорода, но с по-висока енергийна плътност и съвместимост със съществуващата инфраструктура и приложения. Синтетичните горива могат да се използват за генериране на електричество или за захранване на други сектори като транспорт, промишленост и отопление. Синтетичните горива също могат да намалят емисиите и зависимостта от изкопаемите горива, както и да създадат нови пазари и възможности за възобновяема енергия. Някои примери за LTS проекти за синтетично гориво са проектът STORE&GO с мощност 6 MW/6 MWh в Италия, проектът ETOGAS с мощност 2 MW/2 MWh в Германия и проектът SOLETAIR с мощност 1 MW/1 MWh във Финландия.
Пазарен потенциал и перспективи на LTS
Пазарният потенциал и перспективите на LTS зависят от различни фактори, като търсенето и предлагането на електроенергия, навлизането и променливостта на възобновяемите енергийни източници, цената и производителността на LTS технологиите и политиката и регулаторните рамки и стимули за развитие на LTS и иновация.
Според скорошен доклад на BloombergNEF, глобалният пазар за съхранение на енергия се очаква да нарасне от 9 GW/17 GWh през 2018 г. до 1,095 GW/2,850 GWh през 2040 г., с кумулативна инвестиция от 662 милиарда долара. Докладът изчислява, че STS ще представлява 85% от инсталирания капацитет и 80% от инвестицията, докато LTS ще представлява 15% от инсталирания капацитет и 20% от инвестицията. Докладът също така предвижда, че изравнените разходи за съхранение (LCOS) за LTS технологиите ще намалеят с 40-80% до 2040 г., в зависимост от технологията и приложението.
Докладът идентифицира четири ключови фактора за внедряване и приемане на LTS:
- Нарастващият дял и променливостта на възобновяемите енергийни източници, които създават необходимост от дълготрайно и сезонно съхранение, за да се балансира мрежата и да се гарантира надеждност и сигурност
- Намаляването на разходите и подобряването на производителността на LTS технологиите, което ги прави по-конкурентоспособни и привлекателни за различни приложения и пазари
- Нарастващото търсене и стойност на гъвкавостта и устойчивостта в енергийната система, които създават нови възможности и потоци от приходи за LTS технологии и услуги
- Подкрепящата политика и регулаторни рамки и стимули за развитие и иновации на LTS, които намаляват бариерите и рисковете и увеличават ползите и наградите за заинтересованите страни и участници в LTS
Докладът обаче идентифицира и четири ключови бариери пред внедряването и приемането на LTS:
- Високите капиталови и оперативни разходи и ниската ефективност и мащабируемост на LTS технологиите, които ограничават тяхната икономическа жизнеспособност и осъществимост за различни приложения и пазари
- Техническите и екологични рискове и несигурности на LTS технологиите, които влияят на тяхната производителност, безопасност и устойчивост
- Дългите периоди на изплащане и несигурната възвръщаемост на инвестициите на LTS проекти, които възпират финансирането и финансирането от публични и частни източници
- Регулаторните и политически пропуски и предизвикателства за развитието и иновациите на LTS, които създават пазарни изкривявания, несъответствия и възпиращи стимули за заинтересованите страни и участници в LTS
Политически и регулаторни рамки и стимули за LTS развитие и иновации
Политическите и регулаторни рамки и стимули са от решаващо значение за развитието и иновациите на LTS, тъй като те могат да повлияят на търсенето и предлагането, разходите и производителността, както и риска и възнаграждението на LTS технологиите, проектите и услугите. Политическите и регулаторни рамки и стимули могат да бъдат категоризирани в четири типа: цели и мандати, субсидии и безвъзмездни средства, пазари и тарифи и стандарти и кодекси.
Цели и мандати
Целите и мандатите са инструменти на политиката, които определят конкретни цели или изисквания за разгръщането и приемането на LTS, като цели или мандати за капацитет, производство или емисии. Целите и мандатите могат да създадат ясен и стабилен сигнал и посока за LTS заинтересованите страни и участниците, както и да стимулират търсенето и предлагането на LTS технологии, проекти и услуги. Въпреки това, целите и мандатите могат също така да създадат изкривявания на пазара, несъответствия и възпиращи стимули за заинтересованите страни и участници в LTS, както и да увеличат разходите и сложността на внедряването и съответствието на LTS. Някои примери за цели и мандати за LTS са Калифорнийският мандат за съхранение на енергия, който изисква трите държавни комунални услуги, притежавани от инвеститори, да осигурят 1.3 GW съхранение на енергия до 2020 г., и Пакетът за чиста енергия на Европейския съюз, който поставя обвързваща цел от 32% дял на възобновяемата енергия до 2030 г.
Субсидии и помощи
Субсидиите и безвъзмездните средства са инструменти на политиката, които предоставят финансова подкрепа или стимули за развитието и иновациите на LTS, като научноизследователска и развойна дейност, демонстрация и внедряване или субсидии или безвъзмездни средства за експлоатация и поддръжка. Субсидиите и безвъзмездните средства могат да намалят капиталовите и оперативните разходи и рискове и да увеличат ползите и наградите за LTS заинтересованите страни и участниците, както и да ускорят кривата на обучение и намаляването на разходите за LTS технологии, проекти и услуги. Субсидиите и безвъзмездните средства обаче могат също така да създадат изкривявания на пазара, несъответствия и възпиращи стимули за заинтересованите страни и участниците в LTS, както и да увеличат фискалната тежест и алтернативните разходи на финансирането и разпределението на LTS. Някои примери за субсидии и безвъзмездни средства за LTS са Програмата за съхранение на енергия на Министерството на енергетиката на САЩ, която предоставя 185 милиона долара за научноизследователска и развойна дейност на LTS, и Програмата за развитие на възобновяемите енергийни източници на Австралийската агенция за възобновяема енергия, която предоставя 70 милиона долара за демонстрация и внедряване на LTS.
Пазари и тарифи
Пазарите и тарифите са инструменти на политиката, които създават или позволяват пазарни механизми или сигнали за оценка и компенсация на LTS, като например пазари или тарифи за капацитет, енергия или спомагателни услуги. Пазарите и тарифите могат да отразяват истинската стойност и цена на LTS технологиите, проектите и услугите, както и да създадат нови възможности и потоци от приходи за LTS заинтересованите страни и участниците. Пазарите и тарифите обаче могат също така да създадат пазарни изкривявания, несъответствия и демотиви за заинтересованите страни и участниците в LTS, както и да увеличат несигурността и сложността на участието и интеграцията в LTS. Някои примери за пазари и тарифи за LTS са Пазарът на капацитет в Обединеното кралство, който осигурява плащания за LTS, за да се гарантира сигурността на доставките, и немската Feed-in Premium, която осигурява плащания за LTS в подкрепа на интеграцията на възобновяема енергия.
Стандарти и кодекси
Стандартите и кодексите са инструменти на политиката, които установяват или налагат технически или екологични правила или насоки за проектиране и работа на LTS, като например стандарти или кодове за безопасност, производителност или качество. Стандартите и кодовете могат да гарантират надеждността, сигурността и устойчивостта на LTS технологиите, проектите и услугите, както и да създадат равни условия и доверие за LTS заинтересованите страни и участниците. Въпреки това, стандартите и кодексите могат също така да създадат изкривявания на пазара, несъответствия и възпиращи стимули за заинтересованите страни и участници в LTS, както и да увеличат разходите и сложността на внедряването и съответствието на LTS. Някои примери за стандарти и кодове за LTS са стандартът IEEE 1547 за взаимно свързване и оперативна съвместимост на разпределени енергийни ресурси със свързани интерфейси на електрически енергийни системи, който определя техническите изисквания за взаимно свързване и работа на LTS, и системата за управление на околната среда ISO 14001, която определя екологични изисквания за управление и подобряване на LTS.
Заключение
В заключение, LTS е ключов фактор за прехода към нисковъглеродна и устойчива енергийна система. Технологиите LTS могат да осигурят множество ползи за мрежата и други сектори, като подобряване на интеграцията и използването на възобновяеми енергийни източници, намаляване на необходимостта от резервно генериране и капацитет за пренос на изкопаеми горива, предоставяне на спомагателни услуги, подобряване на устойчивостта и гъвкавостта на мрежата, и подкрепа за декарбонизацията на други сектори. Въпреки това, LTS технологиите също са изправени пред значителни предизвикателства, като например високи капиталови и оперативни разходи, ниска двупосочна ефективност и енергийна плътност, дълги периоди на изплащане и несигурна възвръщаемост на инвестициите, технически и екологични рискове и несигурност, както и регулаторни и политически бариери и пропуски.
За да се преодолеят тези предизвикателства и да се отключи потенциалът на LTS, политиките и регулаторните рамки и стимули са от решаващо значение, тъй като те могат да повлияят на търсенето и предлагането, цената и производителността, както и риска и възнаграждението на LTS технологиите, проектите и услугите. Политическите и регулаторни рамки и стимули могат да бъдат категоризирани в четири типа: цели и мандати, субсидии и безвъзмездни средства, пазари и тарифи и стандарти и кодекси. Всеки тип има своите предимства и недостатъци, както и последици и въздействия върху заинтересованите страни и участниците в LTS.
Следователно е важно да се проектират и прилагат политики и регулаторни рамки и стимули, които са съгласувани, последователни и всеобхватни, както и адаптивни, гъвкави и отзивчиви, за да се отговори на специфичните нужди и характеристики на LTS технологии, проекти и услуги, както и динамичната и сложна природа на енергийната система. По този начин политиките и регулаторните рамки и стимули могат да създадат благоприятна и подкрепяща среда за развитието и иновациите на LTS, както и да насърчат справедлив и конкурентен пазар за оценка и компенсация на LTS.
