Energie-infrastructuurHoe goedkoop moeten batterijen worden om hernieuwbare energiebronnen te laten concurreren met fossiele brandstoffen?
Samenvatting
Onderzoekers keken naar wat nodig zou zijn om gedurende 20 jaar op betrouwbare wijze aan de vraag te voldoen. Zij ontdekten dat voor het leveren van basislastvermogen tegen een prijs die vergelijkbaar is met die van een kerncentrale, de kosten van de energieopslagcapaciteit zouden moeten dalen tot minder dan 20 dollar per kilowattuur (kWh).
De onderzoekers hebben ook onderzocht wat de gevolgen zouden zijn als hernieuwbare energiebronnen slechts 5 procent van de tijd in 20 jaar niet aan de vraag zouden kunnen voldoen en andere technologieën het gat zouden opvullen. In het algemeen suggereert de analyse dat een netwerk dat hoofdzakelijk op hernieuwbare energiebronnen en energieopslag is gebaseerd, op middellange termijn de kosten van conventionele technologieën kan benaderen. Maar behoudens onverwachte technologische ontwikkelingen zal er waarschijnlijk nog steeds
een aanzienlijk verschil in kosteneffectiviteit dat de invoering kan vertragen. Dit in aanmerking genomen, zou hernieuwbare energie, gecombineerd met energieopslag, een levensvatbare route naar een duurzaam netwerk kunnen vormen. De kloof kan echter worden verkleind door de prijs van een ongecontroleerde klimaatverandering. met die kloof kan echter worden verkleind door een ongecontroleerde klimaatverandering, kan de kloof tegen 2030 worden vergroot.
Open volledig artikel
Hoe goedkoop moeten batterijen worden om hernieuwbare energiebronnen te laten concurreren met fossiele brandstoffen?
Auteur: Edd Gent
Hoewel zonne- en windenergie snel kostencompetitief worden met fossiele brandstoffen in gebieden metveel zon en wind, kunnen zenog steeds niet de 24/7 stroom leveren waaraan we gewend zijn geraakt. Op dit moment is dat geen groot probleem, omdat er op het elektriciteitsnet nog genoeg centrales met fossiele brandstoffen zijn die constant basislast kunnen leveren of kunnen bijschakelen om pieken in de vraag op te vangen.
Maar men is het er algemeen over eens dat we onze energievoorziening drastisch koolstofvrij moeten maken als we onomkeerbare schade aan het klimaat willen voorkomen. Dat betekent dat we ons moeten ontdoen van het gros van de on-demand, koolstofintensieve elektriciteitscentrales waarop we momenteel vertrouwen om ons netwerk te beheren.
Alternatieven zijn onder meer de uitbreiding van de transmissie-infrastructuur om de stroom te vervoeren van gebieden waar de wind waait naar gebieden waar hij niet waait, of het beheren van de vraag door financiële stimulansen om mensen minder energie te laten gebruiken tijdens piekuren. Maar het meest veelbelovend is het koppelen vanhernieuwbare energie aan energieopslag om reserves op te bouwen voor wanneer de zon niet meer schijnt.
Volgens de auteurs van een nieuwartikel in <emJoule is deze aanpak minder gecompliceerd dan een poging om het net opnieuw te ontwerpen,maar is het ook mogelijk om veel meer energie te verschuiven dan bij vraagbeheer. Een belangrijke vraag die echter nog niet uitvoerig is behandeld, is hoe goedkoop energieopslag moet worden om dit haalbaar te maken.
In studies is gekeken naar de opslagkosten om hernieuwbare-energiearbitrage (het gebruik van hernieuwbare energiebronnen om opslagcapaciteit op te laden wanneer de elektriciteitsprijzen laag zijn en deze vervolgens door te verkopen wanneer de vraag en de prijzen hoger zijn) concurrerend te maken in het huidige elektriciteitsnet. Maar geen enkel onderzoek heeft uitgewezen hoe goedkoop opslag moet zijn om een netwerk in stand te houden dat hoofdzakelijk op hernieuwbare energiebronnen draait.
Er was weinig bekend over welke kosten daadwerkelijk concurrerend zouden zijn en hoe deze kosten zich verhouden tot de opslagtechnologieën die momenteel worden ontwikkeld," aldus hoofdauteur Jessika Trancik, universitair hoofddocent energiestudies aan het Massachusetts Institute of Technology,in een persbericht."Dus besloten we om deze kwestie rechtstreeks aan te pakken."
De onderzoekers besloten om de twee belangrijkste vormen van hernieuwbare energie, zonne- en windenergie, te onderzoeken. Ze keken hoe een mix van die twee in combinatie met opslagtechnologie kan worden gebruikt om verschillende functies op het net te vervullen, waaronder het leveren van basislast, het opvangen van pieken in de vraag tijdens piekuren en het geleidelijk variëren van de output om aan de fluctuerende vraag te voldoen.
In tegenstelling tot eerdere studies, die doorgaans alleen op tijdschalen van een paar jaar worden onderzocht, hebben zij gekeken naar wat er nodig zou zijn om gedurende 20 jaar op betrouwbare wijze aan de vraag te voldoen op vier locaties met verschillende wind- en zonne-energiebronnen: Arizona, Iowa, Massachusetts, en Texas.
Zij ontdekten dat voor het leveren van basislastvermogen tegen een prijs die vergelijkbaar is met die van een kerncentrale, de kosten van energieopslagcapaciteit onder de 20 dollar per kilowattuur (kWh) zouden moeten liggen. Om een gascentrale te evenaren die ontworpen is om piekpieken op te vangen, zouden de kosten moeten dalen tot $5/kWh.
Dat is een ontmoedigend doel. Er zijn opslagtechnologieën die de kosten onder de $20/kWh kunnen houden, zoals het gebruik van overtollige energie om water naar de top van een hydro-elektrische dam te pompen of lucht samen te persen die later kan worden gebruikt om een turbine te laten draaien. Maar beide methoden nemen veel ruimte in beslag en vereisen specifieke geografische kenmerken, zoals bergen of ondergrondse spelonken, waardoor ze moeilijk op grote schaal kunnen worden toegepast.
Ondanks de snelle daling van de kosten is de huidige toonaangevende batterijtechnologie - lithium-ion - nog maar net onder de $ 200/kWh gezakt, wat erop wijst dat conventionele batterijen nog lang niet in staat zijn aan deze vraag te voldoen. Alternatieve technologieën zoals "flow"-batterijen zouden op middellange termijn aan de kosteneisen kunnen voldoen, aldus de auteurs, maar zij zijn nog grotendeels experimenteel.
De onderzoekers hebben echter ook onderzocht wat de gevolgen zouden zijn als hernieuwbare energiebronnen in een periode van 20 jaar slechts 5 procent van de tijd niet aan de vraag zouden kunnen voldoen en andere technologieën het gat zouden opvullen. In dat scenario zouden hernieuwbare energiebronnen plus opslag de kosteneffectiviteit van nucleaire basislast kunnen evenaren voor slechts $150/kWh - ruim binnen het bereik op korte termijn van lithium-ion-technologie, waarvan wordt voorspeld dat deze in het midden van het volgende decennium de $100/kWh-grens zal bereiken.
Het is nog maar de vraag of de reeds overbelaste lithium-ion leveringsketens de vraag aankunnen die nodig is om een volledig nationaal netwerk te ondersteunen. De auteurs geven ook toe dat in hun analyse geen rekening is gehouden met de kosten van andere manieren om aan de resterende vijf procent van de vraag te voldoen.
In het algemeen suggereert de analyse dat een netwerk dat hoofdzakelijk op hernieuwbare energiebronnen en energieopslag is gebaseerd, op middellange termijn de kosten van conventionele technologieën kan benaderen. Maar als er zich geen verrassende technologische ontwikkelingen voordoen, zal er waarschijnlijk nog steeds een groot verschil in kosteneffectiviteit zijn dat de invoering kan vertragen.
Dat gat kan echter worden overschaduwd door de prijs van een ongecontroleerde klimaatverandering. Met dat in het achterhoofd kunnen hernieuwbare energiebronnen in combinatie metenergieopslag een levensvatbare route vormen naar een duurzaam elektriciteitsnet.
Auteur: EddGent
Beeldmateriaal: Fishman64/ Shutterstock.com
Dit artikel is heruitgegeven onder de Creative Commons licentie CC BY-ND 4.0 enverscheen oorspronkelijk op Singularity Hub, een publicatie van SingularityUniversity.
