Att ansluta stora batterisystem till energinätet ger möjlighet att fånga och lagra förnybar energi under blåsiga och soliga tider, och sedan använda den lagrade energin under mindre soliga och mindre blåsiga tider. Ingen överraskning där.

Att integrera batterier i nätet kräver att de ger operatörerna tillräckligt med intäkter för att delta. Men att ta reda på vilken typ av batterier som ska anslutas är komplicerat, av många olika anledningar. En anledning till detta är att beslutet måste ta hänsyn till en mängd variabler inklusive batterikemi, de uppgifter som batterierna kommer att utföra oftast (som sträcker sig långt utöver enkel energilagring och återhämtning), såväl som krångligheterna med marknadsregler och energiprissättning.

Medan tanken på att ta hänsyn till batterityp, batteriuppgift, pris, och marknadsregler kan låta som sunt förnuft, att kombinera dessa analyser är komplicerat, och ofta inte gjort. Eller åtminstone inte gjort så noggrant som nödvändigt för att fatta de bästa ekonomiska besluten när det gäller att välja nätansluten batterilagring.

Det är där ett team av ingenjörer och ekonomer från University of California San Diego kommer in i bilden.

En ny studie i Naturenergi från laboratoriet av UC San Diegos nanoteknikprofessor Shirley Meng och UC San Diego ekonomiprofessor Graham Elliott erbjuder en kombinerad kemi- och ekonomistrategi som borde göra det lättare att identifiera vilka typer av batterier som är bäst lämpade för särskilda applikationer på Kaliforniens energinät och vidare.

Forskarna utvecklar en svit av verktyg med öppen källkod som de hoppas ska vara användbara i Kalifornien och på andra håll.

"Du kan inte se kostnaden per megawattimme lagring som något absolut tal som är fast. Det är inte så batterisystem fungerar, och komplexiteten växer ännu mer när du tittar på nätanslutna system, ", sa Shirley Meng, professor i nanoteknik vid UC San Diego. "Du måste titta brett för att få en korrekt bild av vad som händer ekonomiskt med nätanslutna batterier. Det är därför vi samarbetar med ekonomer. För att få ett verkligt genomslag, du behöver tänka bortom labbet, sa Meng.

Energilagring är avgörande för att få förnybara och billigare energikällor till nätet.

"Batterisystem måste vara ekonomiskt lönsamma för operatörer innan de ansluts till nätet, " noterade UC San Diego ekonomiprofessor Graham Elliott. "Detta beror på mängder av faktorer, från marknaderna för energi och själva batteriernas egenskaper. Vårt arbete är ett steg i att bättre förstå kopplingen mellan dessa två aspekter."

Det korta utdraget nedan från slutsatserna i det nya Naturenergi papper ger en inblick i både tillvägagångssättet och effekterna av denna typ av arbete.

"Tvärtemot den nuvarande litteraturen, vi visar att för att noggrant mäta potentiella intäkter för en energilagringsteknik på nätet, det är otillräckligt att anta konstanta effektiviteter över olika tillämpningar. Som ett exempel, för litiumjärnfosfatbatteriet (LFP), om man skulle anta att effektiviteten för tidsförskjutningsapplikationen (93,1 %) var konsekvent över alla batteriapplikationer, detta skulle resultera i ett väsentligt fel i inkomstberäkningarna. För trängsel, rampning och frekvensregleringstillämpningar, det procentuella felet i beräknade intäkter skulle vara 6, 11 respektive 15 %."

Sustainable Power and Energy Center vid UC San Diego

Detta samarbete är en del av det tvärvetenskapliga arbetet vid UC San Diego Sustainable Power and Energy Center, där Shirley Meng fungerar som direktör, och Graham Elliott är fakultetsmedlem. Forskningen vid Sustainable Power and Energy Center sträcker sig från teoretisk forskning genom experiment och materialkarakterisering hela vägen till verkliga tester av enheter på campus mikronät. Meng Lab, till exempel, bedriver många olika forskningslinjer som syftar till att ta fram bättre sätt att förstå hur batterier fungerar, ofta i realtid, från nanoskala till systemnivå.

Mot Open Source Tools

"Befintliga offentliga studier om intäktsgenerering ger inte exakta svar på värdering för någon speciell kemi eller marknadsplats, " sa Elliott. "Våra program är fokuserade på en del av marknaden, men att ha fokuserat på detta ger resultat som är så nära att driva ett batteri på nätet som vi kunde."

Forskarna från UC San Diego gör alla protokoll och ekonomiska utvärderingsverktyg öppen källkod och tillgängliga för allmänheten. De noterar att dessa protokoll och utvärderingsverktyg måste modifieras för olika rutnät (t.ex. New York har olika marknadsregler från Kalifornien), "så försiktighet bör iakttas när du använder dessa verktyg, sa Meng.

Denna studie fokuserar på prestandan hos de grundläggande byggstenarna (batterier på cellnivå) i dessa lagringssystem för en mängd olika applikationer och framtida arbete kommer att ta effekterna av ytterligare variabler, såsom kraftelektronik, i åtanke.

"Databegränsningar för marknadsoperationer, särskilt att förstå mängder av energi som efterfrågas genom reglering och rampprodukter, även hämmar vår förmåga att till fullo förstå värdet av batterier på marknaderna, sa Elliott.