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用更好的存储为能源过渡提供动力

麻省理工学院和普林斯顿研究人员评估长期能源技术在固定无碳电网方面的作用和价值

LEDA Zimmerman. · 2021年3月29日 · Mitei.

“对我的整体问题是如何以最实惠的方式贬值社会,”Nestor Sepulveda.SM '16,PHD'20。作为麻省理工学院的博士后助理,研究人员与麻省理工学院能源倡议(MITEI),他与一支在几年内的团队合作才能调查能源的混合可156manbetx.com能最能实现这一目标。本集团的初步研究表明,“需要开发能量存储技术,这些技术可以经济有效地部署的持续时间比锂离子电池更长的持续时间,”Dharik Mallapragada.是一位科研科学家,有Mitei。

在一篇发表于自然能源来自麻省理工学院和普林斯顿大学的Sepulveda,Mallapragada和同事提供了全面的成本和绩效评估,对长期储能(LDES)技术在转换能源系统中的作用。LDES,一个涵盖一类不同的新兴技术的术语,可以响应可再生能源的可变输出,排出电子天数甚至数周,为电网提供抵销,以便在大规模上部署太阳能和风力电力。

“如果我们希望依靠风和太阳能电力,越来越多地降低碳排放的最实惠的方式 - 我们必须处理他们间歇性,”Jesse Jenkins.SM '14,博士18,机械和航空航天工程助理教授安德林斯能源与环境中心在普林斯顿大学和Mitei前研究员

在本文中,研究人员分析了与可再生能源和锂离子电池等短持续时间能量存储选项配对的LDE是否可以为脱碳电网提供大量和经济有效的过渡。他们还调查了LDE是否可能甚至可以消除可用需求的需求,或坚定,低碳能源,如核电和天然气,碳捕获和封存。

“这里的信息是,创新和低成本的LDES技术可能产生巨大的影响,使深度脱碳的电力系统更可负担和可靠,”主要作者塞普尔韦达说,他现在是麦肯锡公司的一名顾问。但是,他指出,“在我们的选择中保留坚定的低碳能源仍然会更好。”

除了Jenkins和Mallapragada之外,这篇论文的同框包括Aurora Edington Sm'19,这项研究时期是一名Mitei研究助理,现在是Cadmus集团的顾问;和Richard K. Lester他是麻省理工学院(MIT)的副教务长和日本钢铁工业教授,曾任核科学与工程系主任。

莱斯特说:“随着世界开始更加认真地关注如何在未来几十年实现深度脱碳目标,这些系统级研究的见解是至关重要的。”“研究人员、创新者、投资者和政策制定者都将受益于这项工作提出的成本和技术性能目标的知识。”

性能和成本

该团队旨在评估LDES解决方案在反映现实世界条件的假设电气系统中的影响,其中技术不仅仅是由他们的独立属性审查,而是当与其他能源相匹配时它们的相对值。

“我们需要以负担得起的成本脱碳,我们想知道LDE是否可以提高成功的可能性,同时还降低了整体系统成本,鉴于其他技术竞争,”Sepulveda说。

追求这一目标,团队部署了电力系统容量扩张模型,Genx.这是Jenkins和Sepulveda在麻省理工学院时开发的。这一模拟工具使得评估利用LDES技术的潜在系统影响成为可能,包括目前正在开发的技术和其他可能开发的技术,针对不同的未来低碳电网的特点是成本和可再生发电的性能属性,不同类型的企业发电,以及替代电力需求预测。Jenkins说,这项研究是“首次广泛使用这种应用大范围参数不确定性和长期系统级分析的实验性方法,以评估和确定有关新兴长期能源存储技术的成本和性能的目标目标。”

For their study, the researchers surveyed a range of long-duration technologies—some backed by the U.S. Department of Energy’s Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) program—to define the plausible cost and performance attributes of future LDES systems based on five key parameters that encompass a range of mechanical, chemical, electrochemical, and thermal approaches. These include pumped hydropower storage, vanadium redox flow batteries, aqueous sulfur flow batteries, and firebrick resistance-heated thermal storage among others.

“想想一个浴缸,其中能量存储容量参数类似于桶的体积,”Jenkins解释道。继续类比,另一个重要的参数,充电电力容量,是龙头的尺寸填充桶,放电功率容量,漏极尺寸。在最广泛的LDES技术版本中,系统的每个属性都可以独立尺寸。在优化LDE技术的能源系统中,詹金斯表示,在LDES技术为“经济上有吸引力的碳网站上的经济上有吸引力的贡献者”中,研究人员发现最重要的参数是能量存储容量成本。

“为综合评估LDES技术设计及其经济价值脱碳网格,我们评估了近18,000个独特的案例,”Edington解释说,“跨越负载和可再生资源可用性,北部和南部纬度气候的变化,LDES技术的不同组合以及LDES技术的不同组合LDES设计参数,以及竞争公司低碳发电资源的选择。“

研究人员严格分析的一些关键外来的外卖:

可操作的见解

虽然融合能源的突破,下一代核电或碳捕获可以很好地摇动他们的模型,但研究人员认为他们的研究中的见解现在可以产生影响。

“万博体育平台网页与LDE一起使用的人可以看到他们的技术适合未来的电力混合并问:

它是从系统角度做出经济意义吗?“Malrapragada说。“这是在创新方面的政策和投资方面采取行动的呼吁,因为我们展示了技术差距撒谎的地方,我们看到了LDES技术发展中的研究突破最大的价值。”

并非所有LDES技术都可以清除这种设计空间中的栏,也不能依赖LDE作为在近期迅速地扩展风和太阳能的独家手段,或者通过2050年可以完全过渡到零碳经济。

“我们展示了LDES技术可能是多么承诺,”Sepulveda说。“但我们也表明这些技术不是解决方案,我们仍然与他们补充坚定的资源更好。“

Jenkins立即为LDES的利基市场机会间谍,如有很多风和太阳能的地方部署和限制传输,以导出该电力。在这样的位置,当传输处于其限制时,存储可以填满,并在最大限度地使用电源线容量的同时导出电量。但是,如果脱碳是取得成功,那么如果脱碳是成功的,他认为,LDES技术必须准备好对20世纪30年代末和2040年代的2040年代来产生重大影响,如果脱碳是成功的,那么当时,可能需要完全断奶自然气体依赖。

他说:“这十年,我们必须开发和部署LDES,并改进其他低碳技术,这样我们才能为政策制定者和电力系统运营商提供真正的替代方案。”

鉴于这种迫切需要,普林斯顿的Jenkins和麻省理工学院的詹金斯正在努力评估和推进储存和能源领域最大潜力的技术,以加速零碳目标。在ARPA-E和Mitei的帮助下,他们正在制定最先进的Genx电力系统计划模型,用于公共使用的开源工具。如果他们的研究和建模方法可以显示开发人员和政策制定者,Sepulveda说,如果我们做对的话,我们可以拥有一个脱碳系统,这可能有一个脱碳的系统,这可能比今天的系统更便宜。“

这项研究得到了美国国家科学基金会和日本通产省的资助电力系统低碳能源中心

配电和储能 低碳能源中心
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记者调查:miteimedia@mit.edu