De kosten van energieopslag zullen van cruciaal belang zijn om te bepalen hoeveel hernieuwbare energie kan bijdragen aan het koolstofarm maken van elektriciteit. Maar hoe ver moeten de kosten voor energieopslag dalen? In een studie gepubliceerd op 7 augustus in het tijdschrift Joule , MIT-onderzoekers beantwoorden deze vraag. Ze kwantificeren kostendoelstellingen voor opslagtechnologieën om zonne- en windenergie met opslag in staat te stellen concurrerend te worden met andere on-demand energiebronnen. Ze onderzoeken ook welke soorten batterijen en andere technologieën deze doelen kunnen bereiken.

"Een van de belangrijkste bronnen van onzekerheid in het debat over hoeveel hernieuwbare energie kan bijdragen aan de verregaande decarbonisatie van elektriciteit, is de vraag hoeveel energieopslag kan worden verbeterd", zegt senior auteur Jessika Trancek, een universitair hoofddocent energiestudies aan het Massachusetts Institute of Technology. "Verschillende veronderstellingen over de kosten van energieopslag liggen ten grondslag aan aanzienlijke meningsverschillen tussen een aantal beoordelingen, maar er was weinig bekend over welke kosten daadwerkelijk concurrerend zouden zijn en hoe deze zich verhouden tot de opslagtechnologieën die momenteel worden ontwikkeld. Dus, we hebben besloten om dit probleem direct aan te pakken."

"Het kwantificeren van kostendoelen voor energieopslag vereiste een nieuw inzicht, "Trancek zegt, 'over hoe patronen van de duurzame energievoorziening, en schommelingen in dit aanbod, vergelijken met de elektriciteitsvraagprofielen. Grote maar zeldzame zonne- en windtekorten zijn van cruciaal belang om te bepalen hoeveel opslag nodig is voor hernieuwbare energie om op betrouwbare wijze aan de vraag te voldoen, en het is belangrijk om de kenmerken van deze gebeurtenissen te begrijpen."

In de krant, Trancik en haar collega's schatten de kosten van het gebruik van opslag in combinatie met wind- en zonne-energie om verschillende outputprofielen betrouwbaar te leveren over twintig jaar. Vervolgens schatten ze de kostendoelen voor energieopslag die fabrieken in staat zouden stellen om kostenconcurrentievermogen te bereiken met traditionele elektriciteitsbronnen. Ze evalueerden ook huidige en toekomstige technologieën voor energieopslag tegen de geschatte kostendoelstelling.

Het model van de onderzoekers optimaliseert de opslagkosten door elke combinatie van opslag en zon en wind te gebruiken die de laagste elektriciteitskosten oplevert. Dit betekent vaak overdimensionering van zonne- en windcapaciteit ten opzichte van een beoogde output, om de benodigde opslagruimte te verminderen.

In de analyse zijn ook de kenmerken onderzocht die verschillende opbergmogelijkheden onderscheiden. Sommige technologieën zijn meer geschikt om grote hoeveelheden energie goedkoop op te slaan, maar deze langzaam af te geven, bij een lager vermogen, terwijl andere kleinere hoeveelheden kosteneffectief kunnen opslaan die snel met hoog vermogen kunnen worden ontladen. Dus het model moest deze verschillen vastleggen, zegt Trancek.

Uit het onderzoek bleek dat technologieën met een energieopslagcapaciteit van minder dan $ 20/kWh een kostenconcurrerend basislastvermogen mogelijk maken dat altijd beschikbaar is over een periode van twintig jaar, hoewel dit doel varieert met het uitvoerprofiel en de locatie van het doel. Ze ontdekten dat elektriciteitskosten meer reageren op kosten van opslagcapaciteit dan stroomcapaciteit.

Het onderzoek toonde aan dat "het van cruciaal belang is om de kosten van de materialen en productie die bijdragen aan de kosten van de opslagcapaciteit voor energie te verlagen, "zegt Trancek. "Het numerieke doel dat we schatten, die varieert met de locatie, zou een verlaging van de opslagkosten met 90 procent kunnen betekenen ten opzichte van de huidige technologieën. Het is een grote daling, maar sommige technologieën hebben de neiging om veel te verbeteren, zoals we hebben gezien in het geval van zonnepanelen, bijvoorbeeld."

"Echter, en belangrijker nog, er is nog een andere factor die deze doelstelling aanzienlijk zou kunnen verhogen en waardoor duurdere technologieën duurzame energie op een kostenconcurrerende manier kunnen opslaan, dat is om voor een klein percentage van de tijd aanvullende technologieën te gebruiken, ", zegt Trancik. Als het systeem voor hernieuwbare energie over een periode van twintig jaar niet aan de vraag voldoet voor slechts vijf procent van de uren, kan dit de kosten van hernieuwbare elektriciteit halveren. melden de onderzoekers.

"De truc is om erachter te komen hoe we elektriciteit kunnen leveren voor de resterende 5% uur. Daar moeten we onze inspanningen op richten. Dit zou mogelijk kunnen worden bereikt met aanvullende opwekkingstechnologieën, of misschien vraagbeheer, ", zegt Trancik. Uitbreiding van het elektriciteitstransmissienet kan ook helpen om fluctuaties in het aanbod van hernieuwbare energie te verminderen, ze zegt.

Het team onderzoekt opties voor goedkope en koolstofarme aanvullende technologieën. Ze werken ook aan het modelleren hoe bepaalde onderzoeksrichtingen en schaalvoordelen kunnen helpen de kosten van batterijtechnologieën te verlagen.