Революционный сдвиг происходит в энергосистемах, которые мы используем, и мало кто даже знает, что этот процесс уже идет полным ходом. В течение многих лет большая часть разговоров была о том, чтобы заставить людей думать об альтернативных источниках энергии или зеленой энергетике для постепенного отказа от традиционных источников энергии.
Между тем идея хранения электрической энергии на специальных станциях прошла практически незамеченной, но ее последствия нельзя недооценивать. Эта идея — крупномасштабное накопление энергии, которое имеет меньшее отношение к среднему потребителю и больше связано с лицами, принимающими решения о том, из каких источников электроэнергия поступает.
Чтобы понять концепцию накопления электроэнергии, нужно сначала понять фундаментальные недостатки нашей электрической сети. Принцип работы энергосистемы звучит достаточно просто: когда электричество вырабатывается ветряными, солнечными или даже традиционными источниками выработки электроэнергии, такими как электростанции, работающие на угле, это электричество должно быть передано в энергосистему для немедленного использования. Если оно не используется, то, по сути, будет потеряно навсегда.
Если вы когда-либо видели работу крупной ветровой электростанции, то вы наверняка заметили, что некоторые или большинство ветряных турбин не вращаются, и это не всегда происходит из-за отсутствия ветра. Часто они не вращаются потому, что в данный момент энергосистеме не нужно электричество, поэтому ветряные турбины отключаются, что также называется “урезанием”.
Однако системы накопления электроэнергии представляют собой будущее энергоменеджмента в масштабе коммунального предприятия, теоретически позволяя каждому типу системы генерирования электроэнергии собирать электроэнергию в любое время суток и держать ее в резерве для использования всякий раз, когда сеть действительно нуждается в ней. Это резко контрастирует со статус-кво «используй или потеряй».
Но, увы, все не так просто. В то время как системы накопления энергии продемонстрировали свою эффективность на практике, стоимость создания станций хранения электроэнергии значительно перевешивает выгоду. Вот почему изменения в производстве аккумуляторов, какими бы мелкими и нюансированными они не казались, так важны для сектора накопления электрической энергии, коммунальных услуг и, в более широком смысле, для жизни людей.
Литий-ионные аккумуляторы
Совсем недавно были разработаны системы хранения на базе литий-ионных аккумуляторов. Они способны накапливать достаточное количество энергии, которая, как мы надеемся, производится за счет возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнечная энергия, по достаточно низкой цене, что делает накопление энергии на уровне коммунальных предприятий практическим дополнением для оптимизации систем производства электроэнергии.
С точки зрения промышленности, первые литий-ионные аккумуляторы были запущены в коммерческую эксплуатацию для потребительского использования в 1991 году. В 2012 году, если вам была нужна система хранения электроэнергии с использованием литий-ионных аккумуляторов, она стоила около 800 долларов за киловатт-час.
С тех пор стоимость электроэнергии от батарей снизилась на 76%, а цена на автономные системы сейчас составляет в среднем около 209 долларов за киловатт-час. В дополнение к стоимости, сегодняшние литий-ионные решения для накопления энергии также позволяют коммунальным предприятиям непрерывно собирать и накапливать избыточную энергию, будь то энергия ветра, солнца или традиционных источников, таких как гидроэнергия, газ и уголь. Затем эту энергию можно использовать во время периодических пиковых нагрузок или когда она наиболее необходима, а на традиционную энергосистему нельзя положиться, например, во время стихийного бедствия или отключения электроэнергии из-за аварии на ЛЭП.
Как бы удивительно ни было данное увеличение плотности энергии и снижение себестоимости, все же есть цена, которую нужно заплатить за это. Тем не менее, способность крупномасштабных систем хранения электроэнергии на базе аккумуляторов оптимизировать генерирующие электроэнергию системы является реальной концепцией, получившей массовое распространение во всем мире, особенно в некоторых регионах Австралии, Европы и Канады. Стремление к более эффективным и долговечным системам растет, и люди продолжают мечтать о лучших решениях.
Разработка надежных данных и R&D (НИОКР)
Несмотря на относительную новизну литий-ионных аккумуляторов, они заняли солидную нишу на рынке, и хотя другие типы аккумуляторов “обещают уничтожить” литий-ионные, именно литий-ионный аккумулятор остается фактически единственным приемлемым решением. Однако в такой молодой отрасли не так много данных о хранении энергии, которые были бы легко доступны или актуальны. Таким образом, даже если вам удастся найти данные о хранении энергии в литий-ионных аккумуляторах, им врядли больше года или двух, а цифры плотности энергии и стоимости за киловатт-час будут значительно отличаться от тех, что актуальны сегодня.
Другая причина, по которой накопление энергии на основе литий-ионных аккумуляторов только сейчас начинает набирать обороты, связана с фокусом предыдущих исследований и разработок, связанных с этой технологией. Электрические транспортные средства были эпицентром финансирования и стратегии развития для литий-ионных аккумуляторов, поэтому в большинстве литий-ионных систем накопления энергии пришлось использовать адаптацию технологии электромобилей для накопления энергии. Отсутствие адаптации под станции хранения электроэнергии теперь открывает новые возможности для разработчиков аккумуляторных батарей, так как есть значительные возможности для улучшений в растущей области хранения энергии.
Новые системы, находящиеся в стадии разработки, специально оптимизированы для стационарного накопления энергии. Они используют литий-ионные аккумуляторы и связанные с ними технические компоненты, которые были разработаны с нуля, чтобы быть максимально эффективными для конкретного решения.
В секторе аккумулирования энергии промышленные материалы составляют 80% от общей стоимости литий-ионных аккумуляторных элементов. Исследования и разработки в области материаловедения для литий-ионных аккумуляторов часто связаны с тремя основными целями: более низкая стоимость, более высокая плотность энергии и более длительный срок службы. Например, с точки зрения стоимости, при переходе от NMC 5-3-2 к NMC 6-3-1 вы стремитесь увеличить плотность энергии с дальнейшим снижением содержания кобальта. Благодаря высокой стоимости кобальта сегодня вы можете достичь 5% экономии затрат. Эта 5%-ая экономия становится значительной в масштабе серийного производства.
Технология хранения электроэнергии готова к взлету
Эволюция в разработке литий-ионных накопителей энергии побуждает все больше инвесторов, коммунальных предприятий и разработчиков проектов для ветряных и солнечных электростанций следовать этим новым предложениям по накоплению энергии. По мере поступления новых инвестиций отрасль начинает разрабатывать более передовые технологии, что приводит к созданию более надежных цепочек поставок. В свою очередь, положительное влияние на литий-ионное накопление энергии становится более значительным.
Большинство людей знают о внедрении новых аккумуляторных батарей из новостей, связанных с электромобилями и бытовыми устройствами. Между тем, устанавливаются литий-ионные батареи гигаваттных мощностей для оптимизации электрической сети и создания улучшенного, более экологичного и экономически выгодного будущего. Если вы общаетесь с людьми в тех местах, где энергосистема ненадежна, или в местах, которые пострадали от стихийных бедствий, а иногда отключается электричество на несколько дней или недель, они понимают важность наличия станций хранения электроэнергии.
Стремительный рост этих систем не является краткосрочной тенденцией. Bloomberg сообщает, что прогнозы по внедрению и росту систем хранения электроэнергии на базе литий-ионных аккумуляторов регулярно обновляются, и их число продолжает расти более быстрыми темпами, чем прогнозировалось ранее.
Чем больше мы сможем рассказать людям о важности интеграции накопления энергии в энергосистему, о том, что это значит, и о том, какое влияние это может оказать, тем лучше будет будущее для всех нас. Лишь пару лет назад люди говорили о воздействии экологически чистой энергии на окружающую среду как о стремлении к будущему. Но мы здесь, чтобы сказать, что это больше не мечта.
