Den 2,5 biljoner dollar anledningen till att vi inte kan lita på batterier för att rensa upp nätet

Bild av Moss Landing Power Plant Hugo | flickr

Ett par 500 fot långa skorstenar reser sig från ett naturgaskraftverk i hamnen i Moss Landing, Kalifornien, och kastar en industriell pall över den vackra kuststaden.

Om statliga tillsynsmyndigheter anmäler sig kan det dock bli platsen för världens största litiumjonbatteriprojekt av sent 2020 , hjälper till att balansera fluktuerande vind- och solenergi på Kaliforniens nät.

Anläggningen på 300 megawatt är ett av fyra gigantiska litiumjonlagringsprojekt som Pacific Gas and Electric, Kaliforniens största kraftverk, frågade California Public Utilities Commission att godkänna i slutet av juni. Tillsammans skulle de lägga till tillräckligt med lagringskapacitet till nätet för att försörja cirka 2 700 hem under en månad (eller för att lagra cirka 0,0009 procent av den el som staten använder varje år).

Kalifornien-projekten är bland ett växande antal ansträngningar runt om i världen, inklusive Teslas 100-megawatt batteriuppsättning i södra Australien, för att bygga allt större litiumjonlagringssystem när priserna sjunker och förnybar produktion ökar. De underblåser växande optimism om att dessa gigantiska batterier kommer att tillåta vind- och solenergi att tränga undan en växande andel fossilbränsleanläggningar.

Men det finns ett problem med detta rosa scenario. Dessa batterier är alldeles för dyra och håller inte tillräckligt länge, vilket begränsar den roll de kan spela på nätet, säger experter. Om vi ​​planerar att förlita oss på dem för enorma mängder lagring när mer förnybar energi kommer online – snarare än att vända oss till en bredare blandning av koldioxidsnåla källor som kärnkraft och naturgas med koldioxidavskiljningsteknik – kan vi vara på väg in på en farligt oöverkomlig väg.

Små doser

Dagens batterilagringsteknik fungerar bäst i en begränsad roll, som en ersättning för toppkraftverk, enligt en 2016 analys av forskare vid MIT och Argonne National Lab. Det här är mindre anläggningar, som idag ofta drivs med naturgas, som har råd att fungera sällan och som snabbt tänds när priser och efterfrågan är höga.

Litiumjonbatterier skulle kunna konkurrera ekonomiskt med dessa naturgashögtalare inom de kommande fem åren, säger Marco Ferrara, en av grundarna av Form Energy, en spinout från MIT som utvecklar nätlagringsbatterier.

Gaspeakerverksamheten är ganska nära att ta slut, och litiumjon är en bra ersättare, säger han.

Denna topproll är just den som de flesta av de nya och kommande litiumjonbatteriprojekten är designade för att fylla. Faktum är att lagringsprojekten i Kalifornien så småningom kan ersätta tre naturgasanläggningar i regionen, varav två är toppväxter .

Men mycket bortom denna roll stöter batterier på verkliga problem. Författarna till 2016 års studie fann kraftigt minskande avkastning när mycket batterilagring läggs till nätet. De drog slutsatsen att koppling av batterilagring med förnybara anläggningar är ett svagt substitut för stora, flexibla kol- eller naturgasanläggningar med kombinerad cykel, den typ som kan utnyttjas när som helst, köras kontinuerligt och variera produktionsnivåer för att möta skiftande efterfrågan under hela anläggningen. dag.

Inte bara är litiumjonteknik för dyr för denna roll, utan begränsad batteritid betyder att den inte är väl lämpad för att fylla luckor under de dagar, veckor och till och med månader då vind- och solgenerering flaggar.

Detta problem är särskilt akut i Kalifornien, där både vind och sol faller av brant under höst- och vintermånaderna.

Detta leder till ett kritiskt problem: när förnybar energi når höga nivåer på nätet, behöver du mycket, mycket mer vind- och solkraftsanläggningar för att dra ut tillräckligt med överskottskraft under högtrafik för att hålla nätet i drift genom de långa säsongsbetonade fallen, säger Jesse Jenkins, en medförfattare till studien och en energisystemforskare. Det kräver i sin tur banker på banker av batterier som kan lagra allt tills det behövs.

Och det blir astronomiskt dyrt.

Kalifornien drömmer

Det finns problem som Kalifornien inte har råd att ignorera länge. Staten är redan det på spår att få 50 procent av sin el från rena källor till 2020, och lagstiftaren är återigen med tanke på ett lagförslag som skulle kräva att det skulle nå 100 procent till 2045. För att komplicera saker och ting måste tillsynsmyndigheter röstade i januari att stänga statens sista kärnkraftverk, en kolfri källa som ger 24 procent av PG&E:s energi. Det kommer att göra Kalifornien starkt beroende av förnybara källor för att nå sina mål.

Clean Air Task Force, en Boston-baserad energipolitisk tankesmedja, fann nyligen att att nå 80-procentstrecket för förnybar energi i Kalifornien skulle innebära enorma mängder överskottsgenerering under sommarmånaderna, vilket kräver 9,6 miljoner megawattimmars energilagring. För att nå 100 procent skulle det krävas 36,3 miljoner.

Staten har för närvarande 150 000 megawattimmars energilagring totalt. (Det är huvudsakligen pumpad vattenkraftslagring, med en liten andel batterier.)

Om förnybar energi levererade 80 procent av Kaliforniens el, skulle mer än åtta miljoner megawattimmar av överskottsenergi genereras under sommartopparna. Clean Air Task Force analys av CAISO-data.

Att bygga upp den nivå av förnybar produktion och lagring som krävs för att nå statens mål skulle driva upp kostnaderna exponentiellt, från $49 per megawattimme produktion vid 50 procent till $1 612 vid 100 procent.

Och det antar att litiumjonbatterier kommer att kosta ungefär en tredjedel av vad de gör nu.

Kaliforniens energisystemkostnader stiger exponentiellt om förnybara energikällor genererar huvuddelen av elektriciteten. Clean Air Task Force analys av CAISO-data.

Systemet blir helt dominerat av kostnaden för lagring, säger Steve Brick, senior rådgivare för Clean Air Task Force. Du bygger den här enorma lagringsmaskinen som du fyller på i mitten av året och sedan bara skingra den. Det är en enorm kapitalinvestering som utnyttjas väldigt lite.

Dessa krafter skulle dramatiskt öka elkostnaderna för konsumenterna.

Du måste pausa och fråga dig själv: 'Finns det något sätt att allmänheten skulle stå för det?', säger Brick.

Likaså en studie tidigare i år i Energi & miljövetenskap fann att för att möta 80 procent av USA:s elefterfrågan med vind- och solenergi skulle det krävas antingen ett rikstäckande höghastighetsöverföringssystem, som kan balansera förnybar produktion över hundratals mil, eller 12 timmars ellagring för hela systemet (se Relying on Relying on relyables alone ökar kostnaden för översyn av energi avsevärt).

Med nuvarande priser skulle ett batterilagringssystem av den storleken kosta mer än 2,5 biljoner dollar.

En skrämmande prislapp

Självklart är billigare och bättre nätlagring möjlig och forskare och startups undersöker olika möjligheter. Form Energy, som nyligen säkrad finansiering från Bill Gates's Breakthrough Energy Ventures, försöker utveckla vattenhaltiga svavelflödesbatterier med mycket längre varaktighet, till en femtedel av kostnaden där litiumjonbatterier sannolikt kommer att landa.

Ferraras modellering har funnit att ett sådant batteri skulle kunna göra det möjligt för förnybar energi att tillhandahålla 90 procent av elbehovet för de flesta nät, till bara marginellt högre kostnader än dagens.

Men det är farligt att förlita sig på den typen av batterigenombrott – och även om Form Energy eller något annat företag lyckas, skulle kostnaderna fortfarande stiga exponentiellt över 90-procentströskeln, säger Ferrara.

Risken, säger Jenkins, är att vi driver upp kostnaden för djup koldioxidutsläpp i kraftsektorn till den punkt där allmänheten beslutar att det helt enkelt är oöverkomligt att fortsätta mot noll koldioxid.

Uppdatering: Ett diagram togs bort från den här berättelsen eftersom det felaktigt angav nivån av penetration av förnybara energikällor på elnätet representerat på den vertikala axeln.

Dölj