Marknaden för energilagring på elnätet växer i snabb takt, drivs av sjunkande priser och stödjande regeringspolitik.

Baserat på vår forskning om drift och kostnader för elnät, särskilt fördelarna med ny teknik, vi är övertygade om att energilagring kan förändra hur amerikanska husägare, företag och allmännyttiga företag producerar och använder kraft.

Balanshandlingar

Energilagring innebär i sammanhanget helt enkelt att spara el för senare användning. Det är som att ha ett gäng uppladdningsbara batterier, men mycket större än de i din mobiltelefon och förmodligen anslutna till nätet.

Efter en årlig genomsnittlig tillväxt på cirka 50 procent under fem år, den amerikanska elindustrin installerade totalt 1 gigawattimme ny lagringskapacitet mellan 2013 och 2017, enligt företaget GTM Research. Det räcker för att driva 16 miljoner bärbara datorer i flera timmar. Även om denna mängd lagring är mindre än 0,2 procent av den genomsnittliga mängden el som USA förbrukar, analytiker förutspår att installationerna kommer att fördubblas mellan 2017 och 2018 och sedan fortsätta att expandera snabbt i USA och runt om i världen.

För att se varför denna trend är en stor sak, fundera över hur el fungerar.

Det krävs en dold värld av komplexitet och en serie känsliga balanshandlingar för att driva hem och arbetsplatser eftersom nätet historiskt har haft liten lagringskapacitet. Efter att ha genererats vid kraftverk, elektricitet går vanligtvis längs kraftledningar med ljusets hastighet och det mesta förbrukas omedelbart.

Utan medel att lagra el, kraftbolag måste producera precis tillräckligt för att möta efterfrågan dygnet runt, inklusive rusningstid.

Det gör att el skiljer sig från de flesta industrier. Föreställ dig bara vad som skulle hända om biltillverkare var tvungna att göra detta. I samma ögonblick som du köpte en bil, en arbetare skulle behöva köra ut den genom fabriksporten. Monteringslinjer skulle ständigt snabba upp och sakta ner baserat på konsumenternas infall.

Det låter galet och löjligt, höger? Men elnätsoperatörer klarar i princip detta, balansera utbud och efterfrågan med några sekunders mellanrum genom att slå på och stänga av kraftverk.

Det är därför en lagringsbom skulle göra stor skillnad. Förvaring skapar motsvarigheten till ett lager för att lagra el när det finns gott om det för andra tillfällen då det behövs.

Sträckkraft

Energilagring kan hjälpa på många olika sätt, huvudsakligen tjänstgör som en schweizisk armékniv för elnät. Det kan hjälpa till att balansera kortsiktiga effektfluktuationer, hantera toppefterfrågan eller fungera som en backup för att förhindra eller återställa efter strömavbrott.

Och den kan användas i vilken skala som helst och var som helst i nätet, från ett litet hemlagringssystem till en pumpad vattenkraftsreservoar som är tillräckligt stor för att driva en liten stad. Även om lagring faktiskt förbrukar lite elektricitet snarare än att producera någon, det gör elverksamheten mer ekonomiskt effektiv. När lagringsvolymen ökar, vi förväntar oss att näten blir mer stabila och flexibla.

Lagring kan också göra stor skillnad med el som genereras genom sol- eller vindkraft – som bara kan utnyttjas när solen skiner och vinden blåser.

Men, i allmänhet, det är inte nödvändigt för det ändamålet ännu. Även om dessa industrier växer snabbt, vindkraft genererar bara cirka 6 procent av USA:s el och solenergi mindre än 2 procent. Elnät kan för närvarande använda nästan all den kraften när den produceras.

Nätoperatörer, vana vid att hantera varierande utbud och efterfrågan på kraft, kan hantera den extra oförutsägbarhet de får av vind- och solenergi nu. Men som verktyg, företag och konsumenter levererar mer förnybar energi online, gallret kan bli svårare att balansera utan ytterligare lagring.

För att vara säker, Vattenkraftverksoperatörer har lagrat kraft under lång tid. USA har kapacitet att lagra cirka 22 gigawatt i pumpad vattenkraft, cirka 2 procent av USA:s produktionskapacitet. Ändå är det beroende av stora vattenreservoarer, som inte lätt kan byggas nära kraftmarknader, begränsar tillväxtpotentialen för detta energialternativ.

Konkurrerar med naturgas

När energilagringen skalas upp, kraftverk kommer att möta efterfrågan på toppar lättare med mindre total kapacitet och färre kraftverk. Om de kan lita på lagring för att leverera ström under högt efterfrågade timmar istället för att bygga nya kraftverk, det kan spara pengar överallt.

Men lagring är inte det enda spelet i stan – andra tekniker erbjuder liknande fördelar. Verktyg kan installera nya transmissionsledningar eller förlita sig på flexibel naturgas, som i grunden är den största konkurrenten för energilagring.

Naturgasproduktion producerar ungefär en tredjedel av landets el idag och ger många av samma fördelar som lagring eftersom dessa kraftverk är lätta att slå på och av. De relativt låga priserna på naturgas, mindre än hälften av vad de var för ett decennium sedan på grund av utbredd hydrofracking, har troligen bromsat energilagringstillväxten fram till nu.

Naturgas har blivit allt mer populärt för elproduktion, tränger undan efterfrågan på kol sedan 2000. Men om lagringen blir tillräckligt billig, denna ekvation kan vända och lagring kan hota ekonomin för naturgasproduktion.

Hjälp från regeringen och bättre batterier

En anledning till att den här branschen växer är att den får ett uppsving från regeringen.

Kalifornien, Maryland, New Jersey och Nevada subventionerar lagring, mandat att den antas eller båda. En liknande åtgärd väntar på Hawaiis lagstiftande församling.

Och trots Trump-administrationens ansträngningar för att maximera utvinningen av fossila bränslen, den federala regeringen lägger nu grunden för att lagringsindustrin ska kunna konkurrera direkt på öppna grossistmarknader för energi för första gången.

Förbättringar inom tekniken har gjort skillnad, för. Batteriteknik, leds av samma litiumjondesign som driver mobiltelefoner, gör stora framsteg och blir mycket billigare.

Litiumjonbatterier är både ansvariga för större delen av denna nya våg av nätansluten energilagring och den kritiska komponenten i det snabbt växande antalet amerikanska elfordon. Till exempel, litiumjonbatteriet som används i Tesla Powerwall, ett hembatterisystem, är densamma som företaget använder i sina fordon.

Litiumbatterier i rutnätsskala skiljer sig ofta från de i bilar men använder samma grundläggande teknik. Priset på litiumjonbatterisystem i allmän skala sjönk med 40 procent på bara fem år till cirka 1 USD, 200 per kilowattimme 2015 från ungefär 2 USD, 100 under 2010 och förväntas fortsätta att falla.

Framtiden

Nätet har för närvarande relativt lite lagring av samma anledning som endast cirka 200, 000 av de 17,2 miljoner fordon som amerikaner köpte 2017 var elektriska:det är dyrt idag.

Elfordon sparar ännu inte pengar för de flesta amerikanska förare. Men marknadsexperter räknar med att ägandet av elfordon kommer att kosta mindre än standardfordon som drivs med bensin inom ett decennium och fortsätter att bli billigare efter det.

Likaså, för elnätet, om lagringen blir tillräckligt billig, dess potentiella marknad kan expandera från 1 gigawatt-timmar till dussintals eller till och med hundratals gigawattimmar.

Om eller när det händer, vind- och solkraft skulle bli mer konkurrenskraftig, allt mer förskjuter både kol och naturgas – nu landets två främsta elkraftskällor. Och denna billigare förvaring skulle också göra elfordon mer överkomliga, minska mängden bensin och diesel amerikaner konsumerar. El- och bilindustrin fungerar nästan på samma sätt som de gjorde för 50 år sedan. Men en värld av lågprisbatterier skulle förändra dem både på spännande och aldrig tidigare skådade sätt.

Oavsett vad som händer, vi tror att lagring är "framtidssäker" eftersom det fungerar bra på det nuvarande nätet och med en mängd olika andra teknologier. Om vind- och solindustrin håller i sig sin nuvarande fart (och de kommer förmodligen att göra det), lagring kommer att bli ännu mer värdefull. Men om nätet går en annan riktning – att lita mer på stora och dyra produktionsanläggningar, till exempel – lagring skulle göra det lättare att hantera toppefterfrågan utan överskottskapacitet. Även om vi inte kan säga exakt hur framtidens rutnät kommer att se ut, vi är ganska övertygade om att lagring kommer att hålla det surrande på nya sätt.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.