ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ХРАНЕНИЕ: HEEL ахиллесовой возобновляемых источников энергии

Широкой основе многолетних усилий, необходимых для разработки и демонстрации технологий массового хранения электроэнергии, которые являются надежным и экономичным.

Каждый энергии доставки система имеет свою собственную потенциала быстрого реагирования для сглаживания пиков и спадов спроса и обеспечить запас мощности для удовлетворения спроса внезапной спайков. Такая емкость является неотъемлемой частью природной системы газа в виде подземных полей геологического хранения, сжиженного природного газа (СПГ), емкостей для хранения и "линия-пак" в трубопроводах высокого давления передачи. (Линия блок временное снижение давления в трубопроводе на поставку дополнительных объемов газа для удовлетворения требований пика, а затем последующих повторных наддува, когда пик к возвращению трубопровода в нормальное рабочее давление.) Танки хранить сырую нефть, а также нефтепродуктов . Уголь, накопленных в отвалах на электростанциях.

Для сравнения, электростанции не имеют для хранения электроэнергии они производят, потому что власть формируется и используется мгновенно по мере необходимости в зависимости от сетки спроса. К счастью, угольных или атомных у турбогенераторов, которые работают непрерывно и доставить базисной нагрузки, диспетчеризации власти. Любая известны и запланированных вершин, таких, как ожидается суточных циклов, которые происходят в зависимости от дневного спроса по сравнению с ночным летом и чрезмерного охлаждения требования (особенно в жаркую погоду), покрываются за счет добавления так называемый пик генераторы, которые работают только на короткие периоды часов или дней. Регулярное колебаний спроса обрабатываются прядильных турбин, которые реагируют мгновенно вниз изменение нагрузки и генерировать дополнительные мощности по мере необходимости, с учетом реальных возможностей турбины.

Базисной нагрузки солнечной энергии не имеет аналогов на спиннинг турбины. Солнце не светит круглосуточно, и облака может пройти мимо, направление ветра меняется и скорость, и спокойно могут прийти в любое время. Таким образом, не имеющих постоянного власти базисной нагрузки могут быть направлены прямо от солнца и ветра власти на основе номера поколения, если имеются достаточные возможности власти хранения с целью обеспечения бесперебойного оказания власти в те периоды, когда солнце не светит и ветер не дует.

Необходимость

Переход производства электроэнергии из fossil-fuel/nuclear базы возобновляемой солнечной базы ли ветра, фотоэлектрические, где власть формируется из солнечного света, солнечного косвенные, где солнечный свет поглощается в первом жидкого теплоносителя, который затем используется для генерации пар, который вращает турбины, солнечные косвенные, где солнечный свет первого поглощается газообразного рабочего тела в цикле Стирлинга для выработки электроэнергии, или биомассы, получаемой солнцем топливе фотосинтеза - это неизбежная часть глобального будущем невозобновляемых топливных ресурсов, таких как нефти, газа и угля изрядно истощились.

Существует большое количество солнечной инсоляции, чтобы удовлетворить энергетические потребности мира, либо с помощью солнечных фотоэлектрических, солнечные тепловые, энергии ветра и биомассы. Однако неспособность гарантировать бесперебойного питания является ахиллесовой пятой солнечной энергии. Если надлежащим образом, это предотвратит возобновляемой солнечной энергии за счет замены ископаемого и ядерного качестве основного источника непрерывного, диспетчеризации власти базисной нагрузки.

В целях достижения стабильности системы и выравнивания нагрузки, ветра и прямых солнечных энергетических установок поколения необходимость массового хранения электроэнергии (MES) системы. Такие системы - которые пока не доступны в качестве коммерчески показали, надежной и безопасной системы - обеспечить хранится силу нескольких мегаватт на продолжительность многих часов, чтобы выровнять перемежаемости и связанных с колебаниями ветра и прямых солнечных электростанций. Без такой возможности массового хранения, солнечной и ветровой электростанции поколения объектов, не могут служить в качестве базисной нагрузки поставщиком, а может лишь контрейлерных перевозок на существующих базовых нагрузках ископаемых / ядерные генераторы, действуя как дополнительный источник энергии.

Чтобы оценить масштабы такого требования хранения, рассмотрим сетки власти США, которые 1076 ГВт установленной мощности и доставлено 4264 киловатт-часов (ТВт.ч) электроэнергии в 2006 (1). Для солнечной энергии, чтобы стать поставщиком базисной нагрузки власти, даже 10% резерва или резервного потенциала выражается в 100 ГВт возможности для хранения солнечной энергии. Это консервативный по сравнению с 13% оперативный резерв сегодня о том, что существует в США пожилые ископаемых / ядерной энергетической системой. Еще 13% могут оказаться недостаточными в силу присущего перемежаемости и колебаний, связанных с солнечной и ветровой электростанции. Система хранения данных предоставляет 10% резерва или перенапряжения, которые работают только 8 ч / сут, чтобы на день / ночь циклов и погрузочно-разгрузочные системы хранения, потребует содержания хранения энергии 800 ГВт.

В настоящее время в США только один аккумулятор технологий переживает демонстрационных испытаний, и только в масштабе 1 МВт мощности и 7,2-МВт-ч аккумулятор энергии. (Вместе с аккумулятором является одной из возможностей для MES. Суперконденсаторов называется хранения некоторые, но на самом деле контроля качества электроэнергии, устройству, а не устройства хранения для обеспечения базисной нагрузки мощности). Чтобы обеспечить 100 ГВт, 100 единиц 1000 МВт каждый, или 500 единиц по 200 МВт каждый, было бы необходимо. То есть по крайней мере на два порядка от - без учета, что надежность и приемлемую стоимость такого хранилища может быть.

По электроэнергии научно-исследовательский институт (EPRI; Пало-Альто, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.epri.com" <rel="nofollow"> www.epri.com /> ), потребность в таких хранения власти уже сейчас очевидно, в двух местах: на большом острове Гавайи, где, как и доля энергии ветра подходы 20%, мощность доставки система испытывает неустойчивость, и в Германии, в которой постановила, что до 30% производства электроэнергии должна исходить от ветра. первичных ресурсов ветра в Германии в Северном море, в то время как центры нагрузки немного на юг. Это требует хранения энергии в сочетании с электронными устройствами, которые могут управлять нестабильности больших и различных ресурсов находится на некотором расстоянии от нагрузки центров.

Большинство утилит сегодня противостоять опираясь на более чем 15% проникновения солнечной энергии, потому что ее изменчивости сил операторам развертывать дополнительные обычных средств управления нагрузкой и пиковых нагрузок. В Европе, где более широкое использование солнечной и ветровой электростанции является одним из приоритетов во многих странах. МЧС будет принято в качестве требования. На сегодняшний день, такое признание не хватает в Северной Америке.

Состояние МЧС сегодня

Электричество хранения Association (ESA; Морган-Хилл, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.electricitystorage.org" rel="nofollow"> www.electricitystorage.org </ A>) является членов организации, что способствует взаимодействия и обмена информацией в рамках малой мощности хранения сообщества. ЕКА классифицирует технологии хранения энергии на две категории, чтобы удовлетворить совершенно разные потребности для хранения в системе власти:

* Хранение при высокой мощности на короткое время - для обеспечения требуемого качества власти и бесперебойного питания приложений с использованием технологий, таких как конденсаторы, маховики и сверхпроводящих магнитных устройств хранения энергии

* Хранение при высоких энергиях в течение длительного времени - для удовлетворения потребностей энергетических управления приложениями, такими как нагрузки выравнивания пиковых нагрузок и арбитража, а также обеспечить стабильность работы системы, используя такие технологии, как закачивается гидро-, сжатого воздуха, расход батареи и стационарные аккумуляторы.

На рисунке 1 показаны области хранения данных.

Председатель Европейского космического агентства, Брэдфорд Робертс, в последнее время давал показания на слушаниях в Комитете палаты представителей по науке и технике ("Энергия Storage Technologies - состояние развития стационарных и транспортных приложений, 3 октября 2007), что за последние 17 лет, ЕКА работал в тесном контакте с хранения энергии МЭ программа, Национальная лаборатория Сандия (Альбукерке, штат Нью; <a target="_blank" href="http://www.sandia.gov" <rel="nofollow"> www.sandia.gov / >), а также различных государственных органов и отраслевых групп, таких, как Калифорния энергетической комиссии (ЦИК), штат Нью-Йорк энергетических исследований и развития (NYSERDA; Albany, NY, <A HREF = "http://www.nyserda . Org "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.nyserda.org </ A>) и EPRI. Он пояснил, что эти мероприятия помогают построить прочный фундамент для удовлетворения потребностей растущего электросеть, что должны теперь воспользоваться возобновляемых источников энергии. Во время растущую обеспокоенность по поводу окружающей среды и глобальным потеплением, добавил он, расширить хранения данных может начать выплачивать дивиденды (при применении на растущую потребность в возобновляемых солнечной энергии).

Сосредоточение внимания на энергию управления приложениями, American Electric Power (AEP; Колумбус, штат Огайо, <a target="_blank" href="http://www.aep.com" <rel="nofollow"> www.aep.com / >) начиная с середины 2006 года действует система демонстрации хранения в Аппалачи державы Ко подстанции вблизи Чарльстон, Западная Вирджиния, который является первым MW-класс передовых энергетических технологий хранения демонстрации в США 1,2 МВт пиковой бритвенный блок может поставить 7,2 МВт энергии, и будет проверена в течение нескольких лет. Технология натрия серы аккумулятор с системой (NAS) на ОАО "НГК Изоляторы ООО (НГК; Нагойя, Япония; <A HREF =" http://www.ngk.-co.jp/english "целевых =" _blank " относительной = "NOFOLLOW"> www.ngk.-co.jp/english </ A>). На сегодняшний день технологии НАН Украины была использована в более чем 30 сайтов в Японии, на общую сумму более 28 МВт. с накопителем энергии подходит для 8 ч ежедневное бритье пика.

Другой вариант хранения, который находится в развитие потока батареи от VRB державы Канады Systems, Inc, (Ричмонд, Британская Колумбия, <a target="_blank" href="http://www.vrbpower" rel="nofollow"> WWW. vrbpower </ A>. сот). Батареи VRB-ESS потока хранить энергию химической энергии в два электролитов ванадия, которые проходят через топливных элементах по требованию для выработки электроэнергии, и обратить вспять процесс электрохимической реакции, когда избыток энергии сохраняется. Крупнейший блок установлен на сегодняшний день 250 кВт система с 2 МВт хранения. 2 МВт системы с 12 МВт хранения устанавливается на возвышении Windfarm (некоторые) возле Donegal, Ирландия.

Усилия по разработке технологий МЧС

Во всем мире почти все научные исследования и разработки внимание на солнечной энергии была направлена на улучшение эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью более эффективных и дешевых ветровые турбины, фотоэлектрические ячейки, или концентрированной солнечной тепловой системы преобразования. Эти области имеют важное значение, чтобы быть уверенным. Но очень мало внимания уделяется тому, что эти возобновляемых энергетических систем диспетчеризации.

Общественного понимания и восприятия солнечной энергии, кажется, что для вытеснения ископаемых видов топлива и других видов топлива в производстве электроэнергии, все, что необходимо для возобновляемых источников будет основным поставщиком базовых нагрузках власти установить более ветровых, солнечных батарей и тепловых преобразования систем. Такое восприятие является неполной и упрощенно, и должно быть исправлено.

За последние два десятилетия, энергетики была R

Совсем недавно, в 2008 году бюджетный запрос в Конгресс, энергетики сообщило, что целью его накопления энергии и силовой электроники деятельности является снижение мощности возмущений и пик спроса на электроэнергию и улучшить гибкость системы. Его бюджет просит в предыдущие годы, похоже, с редкими ссылки реагирования на потенциальные отключений, например, эпизод 2004 в Северо-Восточной и Восточной Канады, а иногда и добавить ", чтобы способствовать повышению эффективности использования энергии и эффективности системы." Программа НОО хранения не были сосредоточены на критических технологий МЧС, необходимых для оказания базисной нагрузки диспетчеризации электроэнергии от прерывистого и ненадежных солнечной и ветровой наземных источников питания.

Вместе с тем, что может вскоре измениться. Энергетической независимости и безопасности, Закон 2007 года, недавно принятый Конгрессом сотых (КЭП, февраль 2008, с. 9-10), включает в себя название "Энергетическая хранения конкурентоспособности" (PL-110-140, раздел VI, субтитров D , раздел 641). Новый закон устанавливает основные программы electricitystorage поддерживать способность США оставаться конкурентоспособной на мировом рынке в энергетических систем хранения данных для электрического привода транспортных средств, стационарных приложений и передачи электроэнергии и распределительных систем.

Закон разрешает основным программам базового исследования включают в себя материалы проектирование, синтез и характеристику, электрод-активных веществ, поверхностных и интерфейс динамики, моделирования и симуляции, и термическое поведение и жизнь деградации механизмов. Существующие центры нанотехнологий будут основными участниками этих исследований.

Прикладных исследований программы также разрабатываются. Она будет сосредоточена на суперконденсаторов, маховики, аккумуляторы и аккумуляторные батареи, системы сжатого воздуха энергии, powerconditioning электроника, производственные технологии, для энергии системы хранения данных, тепловых систем управления и водорода в качестве энергоносителя-носителя.

До 4-хранения энергии научно-исследовательские центры будут созданы перевести фундаментальные исследования в прикладных технологий. И набор новых демонстраций современных систем energystorage будут разработаны и реализованы.

Закон разрешает $ 50 млн в год на ближайшие 10 лет basicresearch программы, $ 80 млн в год на ближайшие 10 лет для программы прикладных научных исследований и $ 100 млн в год на ближайшие 10 лет для демонстрации программы. Не болеть часть этих средств будет применяться в МЧС, потому что съезд положил в эту программу развития усилия для мобильных источников энергии систем хранения в дополнение к стационарной систем-источников. Она считает сочетание как взаимодополняющие в улучшение того и другого. Но акцент на МЧС является новым и неоспоримым.

Конечно, этот закон просто разрешение на финансирование. Что происходит на самом деле будет зависеть от того, сколько денег в конечном счете, ассигнованных средств. А сколько денег присваивается будет зависеть, по крайней мере какой-то степени от количества государственных и особый интерес нажим на комитеты по ассигнованиям каждый год в течение цикла ассигнований. Однако, как бы присваивается, хотя, скорее всего, будет гораздо больше, чем несколько миллионов долларов в год для стационарного хранения ассигнований на протяжении последних десяти лет.

Закрытие мысли

Необходимость МЧС по стабилизации солнечной системы власти пока еще не получила широкого признания. Величина хранения необходимо, и инновационные технологии, которые должны быть разработаны для обеспечения доступа к надежным и экономических систем хранения данных, не получили приоритетный статус, которого они заслуживают.

Так же, как на широкой основе многолетних национальных сосредоточиться на биотоплива (в частности, целлюлозного биотоплива), которая уже стимулировала и подготовил интересные события на многих направлениях, таких, как agriscience, геномики, катализа и технологических процессов, МЧС должны быть выделены какие-либо национальные энергетической политики и финансировались из основных направлений программы использования солнечной энергии власти. Можно надеяться, что энергетической независимости и безопасности, Закон 2007 года, которая включает в себя перспективные субтитров D по энергетике хранения транспорта и электроэнергии, приведет в движение аналогичные многолетней национальной сосредоточиться на МЧС. Она включает в себя фундаментальные и прикладные исследования по широкому междисциплинарных фронт, демонстрационных программ, а также надзора группы, чтобы убедиться, что она движется вперед эффективно.

Как мира делает переход от ископаемых / ядерного основе возобновляемых источников основе источников энергии - принудительное ограничениями энергетических ресурсов, как же как и беспокойство по поводу глобального потепления, традиционные виды топлива не может рассчитывать на спиннинг обеспечить резервы. Технологии нового поколения, МЧС не требуется. Необходимая законодательная база в настоящее время на месте, и это до конгресса для ее финансирования, с тем чтобы ее реализации.

ЛИТЕРАТУРА

1. BP, "Статистический обзор мировой энергетики 2007": EIA электроэнергии Ежегодная с данными за 2006 год. Таблица 2,2 Номинальная мощность генератора

2. Батлер, П., "Энергия хранения возможности анализа, фаза II Заключительный Отчет: Исследование по МЭ Программа хранения ЕЭС". Сандиа Доклад № SAND2002-1314, Sandia National Laboratories. Альбукерке, NM (май 2002).

БЕРНАРД С. Ли и Дэвид E. Гаши

КОНСУЛЬТАНТЫ

БЕРНАРД С. Ли (<a href="mailto:bslee8@juno.com"> <bslee8@juno.com />) ушел из института газовой технике в качестве ее президента. В настоящее время он читает лекции и консультации по всему миру, особенно в Китае и Малайзии, на энергетических технологий и R

DAVID Е. Гаши (<a href="mailto:gusheeio30@embarq-mail.com"> <gusheeio30@embarq-mail.com />) ушел из Исследовательской службы Конгресса в качестве главного специалиста в области экологической политики. Сейчас он консультирует периодически по вопросам энергетической и экологической политики. Член Аиш и недавнем прошлом председатель правительства отношения Айше комитета, он получил степень бакалавра наук в области химической инженерии в Массачусетском технологическом институте.