Un appel pour le support : Comment le stockage de l'énergie pourrait apporter une contribution valable aux énergies renouvelables
Richard Baxter
Car les énergies renouvelables regardent pour réaliser une plus grande pénétration sur le marché relié à une grille et pour augmenter leur rôle dans des applications d'au loin-grille, les technologies de stockage de l'énergie pourraient aider à fournir un lien valable - augmentant le dispatchability des énergies renouvelables et de leurs sciences économiques aussi, écrit Richard Baxter.
Les technologies de stockage de l'énergie peuvent permettre à des énergies renouvelables - énergie éolienne en particulier - d'être plus utiles et valables, et sont des capitaux principaux dans la croissance soutenable de cette ressource. Beaucoup impliqués de l'énergie éolienne se sont rendus compte des technologies de stockage de l'énergie pendant quelque temps mais ont été sceptiques de leur maturité et rentabilité technologiques, ainsi elles ont attendu pour voir des résultats tangibles de l'opération réussie de ces technologies dans le domaine avant de les incorporer dans leurs plans. Heureusement, il y a un fonds croissant d'une expérience réussie avec des technologies déployées de stockage de l'énergie. À mesure que ceci augmente, les storage technologys émergent comme vraie option pour des opérateurs du système, des lotisseurs de vent et des décisionnaires intéressés à la croissance continue de l'énergie éolienne.
Les technologies de stockage de l'énergie viennent dans beaucoup de tailles et de conceptions. Il est important d'identifier que chacun a sa propre force et approprié ainsi davantage à certains rôles que des autres. Cette variété a mené à un certain malentendu au sujet de ces technologies dans le passé, et même à la déception comme seules technologies disponibles alors (fréquemment les batteries d'acide de plomb) ont été placés dans un rôle très provocant, n'ont pas exécuté comme espéré, et ont laissé une perception erronée générale quant aux possibilités des technologies de stockage de l'énergie en général. Pour cette raison, il est important, comme avec n'importe quelle technologie, pour assortir les possibilités au rôle nécessaire. Car le nombre de storage technologys mûrit et augmente, l'étendue des applications qu'ils sont capables du fonctionnement dedans est élevage, les laissant portées en équilibre à l'énergie éolienne d'aide de trois manières : stabilité, rentabilité et durabilité.
* Stabilité : Principalement d'intérêt aux opérateurs du système. Les technologies de stockage de l'énergie peuvent fournir une influence stabilisante à la grille en absorbant et en déchargeant l'énergie comme nécessaire. Une grille plus stable soutiendra l'introduction continue de l'énergie éolienne additionnelle.
* Rentabilité : Principalement d'intérêt de projeter des réalisateurs. Les technologies de stockage de l'énergie peuvent améliorer la rentabilité de l'électricité vent-produite en la rendant dispatchable, en réduisant des coûts de transmission relatifs et arbitraging la puissance profitablement.
* Durabilité : Principalement d'intérêt aux décideurs politiques. L'expansion significative de la génération d'énergie éolienne réunit avec elle des conditions des fermes de vent et de la grille de puissance au travail mieux. En accroissant la capacité des technologies de stockage de l'énergie d'agir en tant que les responsables politiques du choc un absorber', de `peuvent ouvrer une meilleure politique pour permettre la croissance continue de l'énergie éolienne.
Le vent n'est pas une source d'énergie typique. Il est variable, et les meilleures ressources de vent exigent généralement la transmission de long-distance de la puissance que pour d'autres formes de génération. Ces considérations soulèvent le coût d'utiliser cette ressource. Même les évaluations relativement récentes mettent le coût d'intégrer l'énergie éolienne dans la grille à 5%-30% du coût de la génération, 1 bien que pendant que l'expérience est acquise - tous les deux par les opérateurs de grille et les lotisseurs de vent - ces évaluations diminuent vers le bas de gamme de cette gamme, comme vu dans le tableau 1. en outre, les études tôt d'intégration de vent ont suggéré que les taux de pénétration de vent seulement de 5%-10% aient été la limite que la grille pourrait manipuler. Avec l'expérience, ceci a devenu 20% ou plus sans issues de stabilité de système.
C'est d'une manière encourageante, mais les technologies de stockage de l'énergie peuvent encore fournir la valeur. Les conditions moyennes et les coûts efficaces à travers une utilité entière ne sont pas identiques que ceux trouvées autour d'une ferme de vent particulière. La transmission publie le manche immobile comme obstacle principal pour l'expansion continue d'énergie éolienne. Des opérateurs de grille sont concentrés sur fournir la demande croissante en électricité sur un système de transmission nécessitant la mise à niveau principale pour maintenir la fiabilité. Dans la réponse, les opérateurs de grille ont placé une haute barre pour des réalisateurs de vent dans leur interconnexion. L'expérience prouve que les fermes de vent sont capables de l'intégration, et effort tels que (aux USA) l'exposition de l'ordre 890 de FERC que le progrès est accompli pour traiter des ressources de vent sur une pose plus égale. Cependant, si des technologies de stockage de l'énergie peuvent être montrées pour fournir la flexibilité additionnelle d'une manière rentable, puis elles devrait être donné une autre revue par des opérateurs de grille, des lotisseurs de vent et des décisionnaires comme un des outils nécessaires à aider à soutenir la croissance de l'énergie éolienne.
Technologies de stockage de l'énergie
Un certain nombre de technologies de stockage de l'énergie sont maintenant disponibles pour être incorporées aux projets d'énergie éolienne pour améliorer la valeur et l'utilité de l'énergie éolienne ; celles-ci incluent :
* Batteries d'écoulement : L'énergie de magasin de batteries d'écoulement en électrolytes chargés et utilisent les membranes d'échange ionique semblables aux piles à combustible. Les deux électrolytes passent des réservoirs de possession séparés par les cellules de réaction, séparées par la membrane. Ici, la réaction crée le courant électrique pendant qu'un électrolyte est oxydé, alors que l'autre est réduit ; renverser l'écoulement renverse la réaction et absorbe l'énergie. Classé jusqu'aux dizaines de mégawatts.
* stockage Pomper-hydraulique (PHS) : les équipements Pomper-hydrauliques de stockage se composent de deux grands réservoirs, un situé à un de bas niveau et l'autre à une altitude plus élevée. Pendant des heures creuses, l'eau est pompée du inférieur au réservoir supérieur, où elle est stockée. Pendant des heures de pointe, l'eau est libérée de nouveau au réservoir inférieur par les turbines hydrauliques pour développer le courant électrique. Classé aux centaines de mégawatts.
* batteries de Sodium-soufre (NAS) : La cellule de batterie de NAS a une électrode négative de fondu-sodium au centre avec un électrolyte plein d'alumine le séparant de l'électrode de positif de fondu-soufre. Pendant la décharge, les ions de sodium traversent l'électrolyte à l'électrode positive, où ils réagissent avec du soufre au polysulfure de sodium de forme. Une fois chargé, le polysulfure de sodium à l'électrode positive se décompose, et les ions de sodium émigrent en arrière par l'électrolyte. Classé jusqu'aux dizaines de mégawatts.
* Stockage de l'énergie d'air comprimé (CAES) : Les équipements de CAES stockent l'énergie en air comprimé tenu dans les chambres souterraines. Les moteurs électriques conduisent les compresseurs qui chargent (comprimer l'air dans) la caverne la nuit de la puissance peu coûteuse de système ; cet air est alors employé comme entrée pour une turbine à gaz au cours des périodes maximales des prix pendant le jour. Utilisant l'air comprimé permet à tout les rendement d'énergie de la turbine à gaz (sans les compresseurs) de produire de l'électricité ; normalement, la précompression d'air dans une turbine à gaz absorbe 2/3 du rendement de puissance de l'étape de combustion. Classé aux centaines de mégawatts.
Applications
Des technologies de stockage de l'énergie peuvent être employées pour aider l'énergie éolienne le long de trois avenues, fournissant la stabilité, la rentabilité et la durabilité. Un certain nombre de nouvelles installations présentent ces occasions.
Stabilité
Le maintien de la stabilité du système de transmission et de distribution est principal pour l'expansion de l'énergie éolienne. Les équipements de stockage de l'énergie peuvent être utiles dans deux secteurs : grilles d'île et la grille de pouvoir plus étendu. Sur de petites grilles d'île, la capacité de faire un cycle la puissance dans un rôle stabilisant fait le foyer sur l'aspect de $/kW d'un service de stockage de l'énergie soutenir la stabilité du système. Au niveau en gros, les équipements de stockage de l'énergie doivent être évalués à un niveau de puissance significatif pour fournir la stabilité à long terme ou l'arbitrage un de large volume de l'énergie à une manière signicative, et par conséquent au foyer sur le coût de $/kWh de l'opération.
Les grilles d'île sont de petits, d'isolement systèmes de distribution d'énergie physiquement séparés, ou ayants un raccordement très limité, derrière la grille d'alimentation secteur. Ceux-ci peuvent être les systèmes difficiles à fonctionner, et même beaucoup dans l'industrie de vent conviennent que les marchés de place comme ces derniers sont de bonnes occasions où les technologies de stockage de l'énergie peuvent fournir la valeur. Ces systèmes d'alimentation manquent de l'inertie stabilisante trouvée sur un plus grand système, et donc il est difficile contrôler des fluctuations normales de demande. Des générateurs diesel sont normalement utilisés pour fournir ces charges fortement variables, et même les diesels peuvent avoir un temps difficile suivre les charges, ainsi la qualité de puissance souffre. Tandis qu'ajouter des turbines de vent à ces systèmes s'est avéré être une excellente manière d'éviter des coûts du combustible diesel élevés (transport y compris) et les polluants supplémentaires, ils aggravent les questions de stabilité du système. Pendant que des ressources de vent sont ajoutées, les équipements de stockage de l'énergie capables du recyclage de haute peuvent agir en tant qu'amortisseur entre l'offre et la demande.
L'International électrique de Sumitomo (Osaka, Japon) a installé une installation de batterie d'écoulement de vanadium à la villa de vent de 30.6 MW Tomamae sur l'île du Hokkaido, Japon. Le service a fonctionné bien depuis le 5 janvier 2005, parfois exécutant plus de 50 charger-déchargent des cycles par heure. En agissant en tant que source rapide et l'évier pour la production énergétique parfois fortement variable éolienne, ce service a réduit les taux ramping du rendement de la ferme de vent en ce qui concerne le reste de la grille de l'île en réduisant les crêtes et les vallées du rendement d'énergie de ferme de vent. Le service de stockage de l'énergie est configuré avec 16 modules évalués à 250 kilowatts chaque, qui donne le service entier 4 MW avec 6 MWh de stockage (90 minutes). La puissance d'impulsion de 6 MW existe, mais seulement pendant 20 minutes.
La stabilité de système est un souci croissant pour des opérateurs du système de transmission autour du monde ; les solutions à cette issue bénéficient chacun - enrouler particulièrement les réalisateurs. Les opérateurs du système de transmission emploient une série de le dispositif de stabilisation de grille et l'activité opérationnelle pour maintenir un équilibre entre l'offre et la demande - même pendant que ceux changent constamment pendant le jour. C'est un défi continu pour l'opérateur de grille, mais même les périodes de demande de stable de `ont leurs propres défis pendant qu'un changement du rendement d'un générateur exige le changement immédiat et opposé d'un autre générateur, dans la balance et au même taux de changement. La nature variable du vent est le coeur de l'issue ici, pas nécessairement dans la balance, mais dans la vitesse de son changement (son taux de rampe), où elle peut avoir un grand impact sur la stabilité de grille. Les fermes de vent transitioning de complètement au loin à complètement dessus (et vice versa) peuvent être tout à fait dramatiques. Si ces fermes de vent sont concentrées dans certaines contrées lointaines, ce rendement de fluctuation peut avoir un impact de grande taille et nuisible sur la capacité de charge de la grille dans ces secteurs. Ces issues seront apportées au rang dans les secteurs tels que Tehachapi en Californie. Là, les taux de rampe d'aujourd'hui de 100 MW à 200 MW par heure pourraient changer en 1000 MW à 2000 MW par heure avant que toute les énergie éolienne proposée dans le secteur soit installée. La croissance de l'énergie éolienne ne devrait pas être raccourcie pour cette raison, cependant. Ce qui est nécessaire sont les technologies et les modes grille-stabilisants additionnels d'actionner la grille de puissance pour soutenir cette expansion d'énergie éolienne. Un rôle très valable pour le stockage de l'énergie ici alors, est de fournir des possibilités pour augmenter les ressources comme le vent qui ont besoin seulement d'appui marginal pour affermir vers le haut de l'approvisionnement en puissance. En absorbant et en déchargeant même un peu de puissance relativement, la fiabilité de la livraison est améliorée - considérablement réduisant n'importe quelle réponse réactionnaire exigée par des opérateurs de grille.
les équipements Pomper-hydrauliques de stockage ont joué un rôle essentiel augmentant la stabilité de grille pendant plus d'un siècle. Les équipements pomper-hydrauliques existants tels que Dinorwig en le Pays de Galles et la montagne rocheuse dans l'état d'USA de la Géorgie fournissent une série de services auxiliaires, tels que le règlement de fréquence, charge-suivant et tournant des réservations à des zones amples. Les équipements très grands de stockage de l'énergie (100 MW plus) comme ces derniers joueront un rôle principal en fournissant la stabilité à la grille de sorte que de l'énergie éolienne additionnelle puisse avec succès être apportée en ligne. L'usine prévue de stockage de pompe avancée par Elsinore de lac de 500 MW (pompe de 600 MW) (SAUTS) en Californie méridionale est un bon exemple de la façon dont le stockage de l'énergie continue à être compté dessus pour fournir la stabilité aux zones amples de la grille de puissance. Bien que pas directement relié à une ferme de vent, les SAUTS et sa ligne électrique associée être un service important pour des réalisateurs de vent de secteur car il fournira la stabilité à la Californie méridionale Edison et gaz de San Diego et systèmes électriques. C'est une première étape cruciale en préparant le terrain pour que les fermes de vent additionnelles soient construites dehors dans les abords et fournira une force de modération à la grille de puissance méridionale de la Californie.
Rentabilité
Un certain nombre de projets de stockage de l'énergie sont actuellement en cours pour évaluer la capacité de ces technologies d'améliorer la rentabilité d'une ferme éolienne. Les lotisseurs de vent restent intéressés par le stockage de l'énergie mais sont toujours généralement sceptiques au sujet de la rentabilité de ces technologies. Les technologies de stockage de l'énergie peuvent aider à améliorer leur rentabilité de trois manières.
D'abord, elles peuvent arbitrage l'énergie éolienne pendant des heures creuses aux périodes de puissance de crête permettre des ventes des contrats de livraison dispatchable et fermes.
En second lieu, le stockage de l'énergie peut aider à réduire le coût net de la transmission en augmentant la fiabilité des ventes de puissance par le stockage de la puissance quand le système local est entièrement chargé. Ceci réduira des frais de maquillage et peut aider à optimiser la ligne de transmission construisent-dehors requis en augmentant l'utilisation moyenne de la ligne de transmission sans la surcharger.
En conclusion, parce que quelques réalisateurs de vent là existe la possibilité même utilisant le service de stockage de l'énergie de simplement à la puissance de grille d'arbitrage la traction dans la puissance de la grille au cours des périodes sans vent et en vendant cela au cours des périodes de demande de pointe. Bien que cette partie de la vente de la ferme de vent ne soit pas énergie vent-dérivée, cette stratégie utiliserait plus entièrement la tour de vent et les capitaux électriques d'interconnexion. Des aucunes de ces stratégies par se ne sont généralement rentables, mais pris ensemble, leurs avantages accessoires sont conçus pour favoriser une plus grande utilisation des capitaux que le réalisateur de vent doit payer, et améliorent ainsi la rentabilité de l'investissement. Pour cette raison, le succès (ou l'échec) d'utiliser le stockage de l'énergie par rapport au vent sera fait sur une base de projet-par-projet. Est-ce qu'en fin de compte, la question que le réalisateur de vent doit répondre, toi de la dépense est plus aisée votre prochain dollar sur une autre tour de vent ou un service de stockage de l'énergie ?
Cie. Ltd de développement de vent du Japon développe la ferme de vent de Futamata avec le stockage de l'énergie envisagé dès même le début. La ferme de vent de 51 MW sera au village de Rokkasho, préfecture d'Aomori (Japon), et contiendra 34 MW de batteries de NAS (systèmes de 17 x 2 MW) d'isolateurs Ltd (Nagoya, Japon) de NGK avec le plan que le service entier soit commissionné à la fin du mars 2008. Le coût du composant de stockage de l'énergie n'a pas été révélé, bien que des 1.2 MW, installation de NAS de 7.2 MWh à une sous-station de l'Ohio aient été récemment installés pour $2400/kW. Ce sera la plus grande installation combinée de vent et de stockage dans le monde quand le service vient en ligne. Les équipements de stockage de l'énergie de NAS sont conçus pour stabiliser des fluctuations de vent et améliorer et fournir l'énergie en bloc temps-décalent la capacité en décalant la production de nuit à la journée en ajoutant la valeur à l'énergie pour la vendre sur-crête. Les réalisateurs de la ferme de vent ont voulu la capacité de stockage suffisante de sorte que le rendement des systèmes combinés ait une puissance plus constante produite à la ligne de 40 kilovolts à laquelle la ferme de vent sera reliée. Avec les meilleures ressources du vent du Japon éloignées des centres de charge, la stabilité de transmission à la source de production énergétique éolienne est de grande préoccupation aux décideurs politiques japonais, afin d'obtenir cette énergie éolienne pour lancer sur le marché.
Dans un autre exemple, les systèmes d'alimentation de VRB inc. (Vancouver, Canada) développe des 2 MW, 12 batterie d'écoulement de vanadium de MWh VRB-ESS pour la phase II de 6.9 MW de la ferme de vent de colline de Sorne dans le comté Donegal, Irlande. L'unité aura des possibilités d'impulsion-puissance pour fournir 3 MW de puissance d'impulsion pendant 10 périodes minute chaque heure afin de traiter la volatilité à court terme dans la génération de vent. Le coût du système est $9.4 millions, et son but est de surmonter l'intermittence de ressource de vent et d'améliorer la capacité du rendement de ferme de vent d'être vendu à des taux plus élevés et fermes de puissance. L'ordre est basé en partie sur les résultats positifs d'une étude de faisabilité sur l'exécution du service de stockage de l'énergie qui a été commissionné par énergie soutenable Irlande (SEI) et la gestion de Tapbury a limité. L'étude a conclu que des profils de contrat ferme de jour-en avant peuvent être offerts pour lancer sur le marché avec un niveau important de fiabilité. L'étude a estimé que la fiabilité de vendre la puissance ferme peut être au-dessus de 98% avec aussi le peu de que 6 heures de capacité de stockage. Celles-ci et d'autres avantages au propriétaire de ferme de vent fournissent un IRR prévu de 17.5% pour cette installation d'un VRB-ESS. L'étude a été également conçue pour avoir de plus larges implications pour l'usage plus large du stockage de l'énergie dans l'ensemble de l'Irlande à côté du déroulement de l'énergie éolienne de tenir les engagements de Kyoto de l'Irlande. L'étude a estimé cela vers le haut de 700 que le MW de stockage pourrait être employé à travers l'Irlande pendant que le vent augmente à 3000 MW de capacity.2 installé
Durabilité
Dans un avenir non trop éloigné, de l'énergie éolienne est portée en équilibre pour devenir - et potentiellement dominant - une ressource énergétique importante dans beaucoup de différentes grilles de puissance autour du monde. Cette perspective est une planche principale dans de nombreux buts d'ordre public vers la durabilité, mais beaucoup d'améliorations à la grille de puissance sont nécessaires pour faire ceci se produire. Les équipements de stockage de l'énergie seront les capitaux importants pour que les décideurs politiques permettent à ces buts de venir pour passer. Les technologies de stockage de l'énergie se sont déjà avérées leurs possibilités augmenter la stabilité de la grille ; elles sont dans le processus maintenant de montrer leur capacité d'augmenter la rentabilité des fermes de vent. Par le fonctionnement en tous les deux modes, les technologies de stockage de l'énergie émergent en tant que permettre des technologies à l'appui de l'expansion continue de l'énergie éolienne dans la grille en tant qu'élément des buts de grande envergure de politique.
Des équipements de stockage de l'énergie dans cette utilisation beaucoup plus étendue d'énergie éolienne seront concentrés sur deux aspects : stabilité de système de zones amples et stockage des produits d'énergie éolienne. Comme nous avons vu avec les exemples de stabilité de système, une grille stable est un précurseur principal à une plus grande intégration de vent, et ce sera bien plus tout importante que l'énergie éolienne se développe dans la balance. En fait, l'amélioration des possibilités du système de transmission bénéficiera l'énergie éolienne davantage que d'autres ressources. Le stockage de l'énergie a intégré dans la planification de transmission et la stratégie d'opérations permettra à l'énergie éolienne à grande échelle de se déplacer grands d'une distance en permettant l'utilisation élevée des capitaux de fond de transmission. Le Bâtiment-dehors ou l'évolution des systèmes de transmission de fond est très chère, ainsi quelque chose augmenter l'utilisation de la ligne fabriquerait le bâtiment à partir de des lignes de transmission aux secteurs vent-riches bien plus rentable.
L'association de l'Iowa des utilités municipales (IAMU) développe le parc d'énergie stockée de 268 MW Iowa (ISEP), un service de CAES en vallées centrent. Ce $214 millions service ($800/kW) emploiera la puissance creuse de système et le rendement d'une ferme de vent de 75 MW de se comprimer et de l'air de magasin dans une couche aquifère. Pendant des heures de pointe l'unité fonctionnera comme service intermédiaire de puissance de charge. On estime que la construction est accomplie en mai 2011, le commencement commercial d'opération en juillet 2011. ISEP sera le premier service de CAES pour stocker l'air dans une couche aquifère - les deux autres installations en place utilisent des cavernes dans des dômes de sel, semblables à un service souterrain de stockage de gaz naturel. La couche aquifère est située dans une couche de grès qui est couverte avec un imperméable plus tard de la roche. Pendant des heures creuses, de l'air sera pompé dans la couche de grès, déplaçant l'eau et formant une grande bulle. Les mêmes puits permettront alors à l'air d'être dessiné dehors quand désiré produire l'électricité à partir de la turbine à gaz normale de combustion (sans les compresseurs). Les membres d'IAMU ont besoin de plus en plus des ressources de puissance intermédiaires, et l'ISEP leur permet d'intégrer plus d'énergie éolienne dans leur mélange d'approvisionnement. Avec le temps, ce projet permettra à des membres d'IAMU à la source plus de leurs besoins énergétiques des fermes de vent locales et achètera la puissance creuse.
Points fermants
Le stockage de l'énergie peut aider l'énergie éolienne augmentent comme ressource énergétique principale pour l'industrie de courant électrique. Il n'y a aucune solution ici - il y a un certain nombre de technologies de stockage de l'énergie avec différentes forces qui s'insèrent dans une série de rôles sur le marché. C'est réellement une chose très bonne puisqu'il y a beaucoup de différents défis faisant face à l'expansion continue du vent. Le nombre d'installations des technologies de stockage de l'énergie soutenant le vent se développe rapidement comme technologies mûres dans la commercialisation. Seulement par ce support le fonds de l'évidence et de l'expérience enroulera des réalisateurs et les décideurs politiques croient que les technologies de stockage de l'énergie sont très salutaires et rentables - autant d'opérateurs du système font déjà. En tant que cela se produit, les technologies de stockage de l'énergie se déplaceront de permettre seulement la stabilité de système à augmenter également la rentabilité et la durabilité de la croissance éolienne.
Richard Baxter est un vice-président principal avec des investissements de capitaux d'ardeur
email : rbaxter@ardourcapital.com
Web : www.ardourcapital.com
Les investissements de capitaux d'ardeur est une spécialisation ferme de banque d'affaires et de recherches de valeurs dans l'énergie de substitution et les technologies d'énergie. Richard Baxter est également l'auteur du stockage de l'énergie : Un guide non technique (édition de PennWell, 2006).
Références
1. Howatson, Al, et Churchill, Jason, une expérience internationale avec mettre en application l'énergie éolienne, le conseil de conférence du Canada, Ottawa, DESSUS, février 2006.
2. Stockage de l'énergie de VRB ESSTM et le développement de l'énergie soutenable Irlande, mars 2007 de turbine de vent de Dispatchable.
lien original :
http://www.renewable-energy-world.com/display_article/308327/121/CRTIS/none/none/A-call-for-back-up:-How-energy-storage-could-make-a-valuable-contribution-to-renewables/
