Kostnaden för energilagring blir avgörande för att avgöra hur mycket förnybar energi som kan bidra till koldioxidutsläpp av el. Men hur långt måste energilagringskostnaderna sjunka? I en studie publicerad 7 augusti i tidskriften Joule , MIT-forskare svarar på denna fråga. De kvantifierar kostnadsmål för lagringstekniker för att möjliggöra sol- och vindenergi med lagring för att nå konkurrenskraft med andra energikällor på begäran. De undersöker också vilken typ av batterier och annan teknik som kan nå dessa mål.

"En av kärnkällorna till osäkerhet i debatten om hur mycket förnybar energi kan bidra till den djupa avkolningen av el är frågan om hur mycket energilagring som kan förbättras", säger seniorförfattaren Jessika Trancik, en docent i energistudier vid Massachusetts Institute of Technology. "Olika antaganden om kostnaden för energilagring ligger till grund för betydande motsättningar mellan ett antal bedömningar, men lite var känt om vilka kostnader som faktiskt skulle vara konkurrenskraftiga och hur dessa kostnader kan jämföras med den lagringsteknik som för närvarande utvecklas. Så, vi beslutade att ta itu med den här frågan direkt."

"Att kvantifiera kostnadsmål för energilagring krävde en ny insikt, Trancik säger, om hur mönster för förnybar energiförsörjning, och fluktuationer i detta utbud, jämföra med elbehovsprofiler. Stora men sällsynta sol- och vindbristhändelser är avgörande för att avgöra hur mycket lagring som behövs för förnybar energi för att tillförlitligt möta efterfrågan, och det är viktigt att förstå egenskaperna hos dessa händelser."

I tidningen, Trancik och hennes kollegor uppskattade kostnaderna för att använda lagring tillsammans med vind- och solenergi för att leverera olika utgångsprofiler tillförlitligt under tjugo år. De uppskattade sedan kostnadsmål för energilagring som skulle göra det möjligt för anläggningar att nå kostnadskonkurrenskraft med traditionella elkällor. De utvärderade också nuvarande och framtida energilagringstekniker mot det beräknade kostnadsmålet.

Forskarnas modell optimerar lagringskostnaderna genom att använda vilken kombination av lagring som helst och sol och vind ger den lägsta elkostnaden. Detta innebär ofta överdimensionering av sol- och vindkapacitet i förhållande till en avsedd effekt, för att minska mängden lagring som behövs.

Analysen undersökte också de egenskaper som skiljer olika lagringsalternativ. Vissa tekniker är mer lämpade för att lagra stora mängder energi på ett billigt sätt men sända det långsamt, vid lägre effekt, medan andra kostnadseffektivt kan lagra mindre mängder som snabbt kan laddas ur med hög effekt. Så modellen behövde för att fånga dessa skillnader, Säger Trancik.

Forskningen fann att teknik med energilagringskapacitet som kostar under 20 USD/kWh kan möjliggöra kostnadseffektiv baslastkraft som är tillgänglig hela tiden under en tjugoårsperiod, även om detta mål varierar med målutdataprofilen och platsen. De fann att elkostnaderna svarar mer på kostnaderna för lagringsenergikapacitet än kraftkapaciteten.

Forskningen visade att "det är avgörande att minska kostnaderna för material och tillverkning som bidrar till kostnaden för lagringsenergikapaciteten, " säger Trancik. "Det numeriska målet vi uppskattar, som varierar med plats, kan innebära en minskning av lagringskostnaderna med 90 procent jämfört med dagens teknologier. Det är en stor nedgång men vissa teknologier tenderar att förbättra mycket, som vi har sett när det gäller solpaneler, till exempel."

"Dock, och viktigare, det finns en annan faktor som skulle kunna höja detta mål avsevärt och göra det möjligt för dyrare teknik att kostnadskonkurrenskraftigt lagra förnybar energi, som är att använda tilläggsteknik under en liten procent av tiden, " säger Trancik. Att låta det förnybara energisystemet misslyckas med att möta efterfrågan på bara fem procent av timmarna under en tjugoårsperiod kan halvera kostnaden för förnybar el, forskarna rapporterar.

"Knepet där är att ta reda på hur man levererar elektricitet under de återstående 5% timmarna. Det är där vi måste fokusera våra ansträngningar. Detta skulle potentiellt kunna åstadkommas med kompletterande produktionsteknik, eller kanske hantering på efterfrågesidan, "Trancik säger. Utvidgning av elöverföringsnätet kan också bidra till att minska förnybara energiförsörjningar. hon säger.

Teamet undersöker alternativen för tilläggsteknologier med låg kostnad och låga koldioxidutsläpp. De arbetar också med att modellera hur vissa forskningsinriktningar och skalfördelar kan hjälpa till att sänka kostnaderna för batteriteknik.