211service.com
De $ 2,5 biljoen reden waarom we niet op batterijen kunnen vertrouwen om het elektriciteitsnet op te schonen
Afbeelding van de Moss Landing Power-centrale Hugo | flickr
Een paar 150 meter hoge schoorstenen stijgen op uit een aardgascentrale in de haven van Moss Landing, Californië, en werpen een industriële lijkwade over de mooie badplaats.
Als de regelgevende instanties van de staat zich echter afmelden, zou dit de locatie kunnen zijn van 's werelds grootste lithium-ionbatterijproject door eind 2020 , helpen bij het balanceren van fluctuerende wind- en zonne-energie op het Californische net.
De faciliteit van 300 megawatt is een van de vier gigantische lithium-ionopslagprojecten die Pacific Gas and Electric, het grootste nutsbedrijf van Californië, heeft uitgevoerd. vroeg de California Public Utilities Commission om eind juni goed te keuren. Gezamenlijk zouden ze voldoende opslagcapaciteit aan het net toevoegen om ongeveer 2.700 huizen een maand lang van stroom te voorzien (of om ongeveer 0,009 procent van de elektriciteit die de staat elk jaar gebruikt op te slaan).
De projecten in Californië behoren tot een groeiend aantal inspanningen over de hele wereld, waaronder Tesla's 100 megawatt batterijreeks in Zuid-Australië, om steeds grotere lithium-ion-opslagsystemen te bouwen naarmate de prijzen dalen en de opwekking van hernieuwbare energie toeneemt. Ze voeden het groeiende optimisme dat deze gigantische batterijen wind- en zonne-energie in staat zullen stellen een groeiend aandeel van fossiele brandstoffen te verdringen.
Maar er is een probleem met dit rooskleurige scenario. Deze batterijen zijn veel te duur en gaan lang niet lang genoeg mee, waardoor de rol die ze op het elektriciteitsnet kunnen spelen, wordt beperkt, zeggen experts. Als we van plan zijn op hen te vertrouwen voor enorme hoeveelheden opslag naarmate er meer hernieuwbare energiebronnen online komen - in plaats van ons te wenden tot een bredere mix van koolstofarme bronnen zoals kernenergie en aardgas met koolstofafvangtechnologie - kunnen we een gevaarlijk onbetaalbaar pad inslaan.
Kleine doses
De huidige technologie voor batterijopslag werkt het beste in een beperkte rol, als vervanging voor piekenergiecentrales, volgens een 2016 analyse door onderzoekers van MIT en Argonne National Lab. Dit zijn kleinere faciliteiten, die tegenwoordig vaak op aardgas worden gestookt, die het zich kunnen veroorloven om niet vaak te werken en snel op gang te komen wanneer de prijzen en de vraag hoog zijn.
Lithium-ionbatterijen zouden binnen de komende vijf jaar economisch kunnen concurreren met deze aardgaspieken, zegt Marco Ferrara, medeoprichter van Form Energy, een spin-out van MIT die netopslagbatterijen ontwikkelt.
De gas peaker-business is bijna beëindigd en lithium-ion is een geweldige vervanging, zegt hij.
Deze toprol is precies degene die de meeste van de nieuwe en toekomstige projecten voor lithium-ionbatterijen moeten vervullen. Inderdaad, de opslagprojecten in Californië zouden uiteindelijk drie aardgasfaciliteiten in de regio kunnen vervangen, waarvan er twee zijn piekplanten .
Maar veel buiten deze rol komen batterijen in echte problemen. De auteurs van het onderzoek uit 2016 vonden een sterk afnemend rendement wanneer er veel batterijopslag aan het elektriciteitsnet wordt toegevoegd. Ze concludeerden dat het koppelen van batterijopslag aan hernieuwbare centrales een zwak alternatief is voor grote, flexibele kolen- of aardgascentrales met een gecombineerde cyclus, het type dat op elk moment kan worden aangeboord, continu kan draaien en de outputniveaus kan variëren om te voldoen aan de veranderende vraag gedurende de hele dag.
Niet alleen is lithium-iontechnologie te duur voor deze rol, maar de beperkte levensduur van de batterij betekent dat het niet goed geschikt is om gaten te vullen gedurende de dagen, weken en zelfs maanden wanneer wind- en zonne-energie opwekking vlaggen.
Dit probleem is met name acuut in Californië, waar zowel wind als zonne-energie tijdens de herfst- en wintermaanden abrupt wegvallen.
Dit leidt tot een kritiek probleem: wanneer hernieuwbare energiebronnen een hoog niveau bereiken op het net, heb je veel, veel meer wind- en zonne-energiecentrales nodig om tijdens piekmomenten voldoende overtollige stroom te produceren om het net door die lange seizoensdalingen te laten werken, zegt Jesse Jenkins, een co-auteur van de studie en een onderzoeker op het gebied van energiesystemen. Dat vereist op zijn beurt banken op banken van batterijen die alles kunnen opslaan totdat het nodig is.
En dat wordt uiteindelijk astronomisch duur.
Californië droomt
Er zijn problemen die Californië niet lang kan negeren. De staat is al op het goede spoor om tegen 2020 50 procent van zijn elektriciteit uit schone bronnen te halen, en de wetgever is opnieuw overwegen een wetsvoorstel dat zou vereisen dat het tegen 2045 100 procent bereikt. Om de zaken nog ingewikkelder te maken, regelgevers gestemd in januari om de laatste kerncentrale van de staat te sluiten, een koolstofvrije bron die zorgt voor: 24 procent van de energie van PG&E. Dat zal Californië sterk afhankelijk maken van hernieuwbare bronnen om zijn doelen te bereiken.
De Clean Air Task Force, een in Boston gevestigde denktank op het gebied van energiebeleid, ontdekte onlangs dat het bereiken van de 80 procent voor hernieuwbare energie in Californië zou betekenen dat er tijdens de zomermaanden enorme hoeveelheden overschot zouden worden opgewekt, waarvoor 9,6 miljoen megawattuur aan energieopslag nodig was. Om 100 procent te bereiken, zou 36,3 miljoen nodig zijn.
De staat heeft momenteel in totaal 150.000 megawattuur aan energieopslag. (Dat is voornamelijk gepompte hydro-elektrische opslag, met een klein aandeel batterijen.)
Als hernieuwbare energie 80 procent van de elektriciteit in Californië zou leveren, zou er tijdens de zomerpieken meer dan acht miljoen megawattuur aan overtollige energie worden opgewekt. Clean Air Task Force-analyse van CAISO-gegevens.
Het opbouwen van het niveau van duurzame opwekking en opslag dat nodig is om de doelen van de staat te bereiken, zou de kosten exponentieel opdrijven, van $ 49 per megawattuur opwekking met 50 procent tot $ 1.612 met 100 procent.
En dat is in de veronderstelling dat lithium-ionbatterijen ongeveer een derde zullen kosten wat ze nu doen.
De kosten van het elektriciteitssysteem in Californië stijgen exponentieel als hernieuwbare energiebronnen het grootste deel van de elektriciteit opwekken. Clean Air Task Force-analyse van CAISO-gegevens.
Het systeem wordt volledig gedomineerd door de kosten van opslag, zegt Steve Brick, senior adviseur van de Clean Air Task Force. Je bouwt deze enorme opslagmachine die je halverwege het jaar vult en vervolgens gewoon afvoert. Het is een enorme kapitaalinvestering die heel weinig wordt gebruikt.
Deze krachten zouden de elektriciteitskosten voor consumenten drastisch verhogen.
Je moet even pauzeren en jezelf afvragen: 'Is er een manier waarop het publiek daarvoor zou staan?', zegt Brick.
Evenzo heeft een onderzoek eerder dit jaar in Energie en milieuwetenschappen ontdekte dat om 80 procent van de Amerikaanse elektriciteitsvraag met wind- en zonne-energie te kunnen leveren, ofwel een nationaal hogesnelheidstransmissiesysteem nodig zou zijn, dat duurzame opwekking over honderden kilometers in evenwicht kan houden, ofwel 12 uur elektriciteitsopslag voor het hele systeem (zie Alleen vertrouwen op hernieuwbare energiebronnen verhoogt aanzienlijk de kosten van het reviseren van energie).
Tegen de huidige prijzen zou een batterijopslagsysteem van die omvang meer dan $ 2,5 biljoen kosten.
Een eng prijskaartje
Natuurlijk is goedkopere en betere netopslag mogelijk en onderzoeken onderzoekers en startups verschillende mogelijkheden. Vorm Energie, die onlangs verzekerde financiering van Bill Gates' Breakthrough Energy Ventures, probeert waterige zwavelstroombatterijen te ontwikkelen met een veel langere levensduur, tegen een vijfde van de kosten waar lithium-ionbatterijen waarschijnlijk zullen landen.
Uit de modellering van Ferrara is gebleken dat een dergelijke batterij het voor hernieuwbare energiebronnen mogelijk zou kunnen maken om in 90 procent van de elektriciteitsbehoeften van de meeste netten te voorzien, tegen slechts marginaal hogere kosten dan die van vandaag.
Maar het is gevaarlijk om op dat soort batterijdoorbraken te rekenen - en zelfs als Form Energy of een ander bedrijf het voor elkaar krijgt, zouden de kosten nog steeds exponentieel stijgen boven de drempel van 90 procent, zegt Ferrara.
Het risico, zegt Jenkins, is dat we de kosten van verregaande decarbonisatie in de energiesector opdrijven tot het punt waarop het publiek besluit dat het gewoon onbetaalbaar is om door te gaan naar nul-koolstof.
Update: een grafiek is uit dit verhaal verwijderd omdat deze onjuist het niveau van de penetratie van hernieuwbare energie op het elektriciteitsnet op de verticale as vermeldde.