Резкий рост ветро- и солнечной промышленности побудил коммунальные предприятия начать тестирование крупномасштабных технологий, способных хранить излишки чистой электроэнергии и доставлять ее по требованию, когда солнечного света и ветра не хватает.Теперь группа исследователей из Стэнфорда изучила «энергетические затраты» на производство батарей и других технологий хранения для электрической сети. Вопрос в том, производят ли возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнечная фотоэлектрическая энергия, достаточно энергии, чтобы подпитывать как их собственный рост, так и рост необходимой отрасли хранения энергии.«Всякий раз, когда вы создаете новую технологию, вы должны заранее инвестировать большое количество энергии», — сказал Майкл Дейл, научный сотрудник Стэнфордского университета. «Исследования показывают, что ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки теперь производят больше энергии, чем потребляют.
Вопрос в том, сколько дополнительных хранилищ в масштабе сети может позволить ветряная и солнечная промышленность, и при этом оставаться чистыми поставщиками энергии для электрической сети?»Запись в онлайн-выпуске журнала Energy от 19 марта. Наука об окружающей среде, Дейл и его коллеги из Стэнфорда обнаружили, что с точки зрения энергетики ветроэнергетика может легко позволить себе много хранилищ, достаточное для обеспечения более трех дней бесперебойной подачи энергии. Однако исследование также показало, что солнечная промышленность может позволить себе хранить энергию только около 24 часов.
Это потому, что для производства солнечных панелей требуется больше энергии, чем для ветряных турбин.«Мы рассмотрели дополнительное бремя, которое будет ложиться на солнечную и ветряную промышленность при одновременном строительстве аккумуляторов и других технологий хранения», — сказал Дейл, ведущий автор исследования. «Наш анализ показывает, что сегодняшняя ветроэнергетика, даже при наличии большого количества хранилищ в масштабе энергосистемы, является энергетически устойчивой. Мы обнаружили, что солнечная промышленность также может достичь устойчивой емкости хранилищ, уменьшив количество энергии, которое уходит на производство солнечных фотоэлектрических элементов».По его словам, также необходимо снизить энергозатраты на производство батарей.
Благоприятные ветры
С годами потребители научились ожидать электричество по запросу от электростанций, работающих на угле, природном газе или нефти. Но эти ископаемые виды топлива, которые обеспечивают надежную и круглосуточную энергию, также выделяют мегатонны парниковых газов, которые способствуют глобальному потеплению.Ветряные и солнечные фермы вырабатывают энергию без выбросов, но вырабатывают электроэнергию только тогда, когда дует ветер или светит солнце.
Избыточная энергия может быть сохранена для дальнейшего использования, но сегодняшняя электрическая сеть имеет небольшую емкость хранения, поэтому используются другие меры для уравновешивания спроса и предложения на электроэнергию.В исследовании команда Стэнфорда рассмотрела различные технологии хранения для сети, включая батареи и геологические системы, такие как гидроаккумуляторы с гидроаккумулятором. Для ветроэнергетики результаты были очень благоприятными.
«Ветровые технологии производят гораздо больше энергии, чем потребляют», — сказал Дейл. «Наше исследование показало, что ветер на самом деле производит достаточно избыточной электроэнергии, чтобы поддерживать до 72 часов работы от батареи или геологического хранилища. Это говорит о том, что отрасль может развернуть достаточно хранилища, чтобы справиться с трехдневным затишьем ветра, характерным для многих погодных систем, и по-прежнему обеспечивать общество чистой электроэнергией ".Результаты были особенно хорошими для береговых ветряных турбин. «Мы обнаружили, что береговый ветер, подкрепленный трехдневным геологическим хранением, может поддерживать ежегодные темпы роста в 100 процентов — другими словами, удваиваться в год — и при этом поддерживать избыток энергии», — сказал он.«Эти результаты очень обнадеживают», — сказала соавтор исследования Салли Бенсон, профессор инженерии энергетических ресурсов и директор Глобального проекта по климату и энергии (GCEP) в Стэнфорде. «Они показывают, что вы можете создать устойчивую энергетическую систему, которая будет расти и поддерживать себя, сочетая вместе энергию ветра и накопителей.
Это зависит от темпов роста отрасли, потому что чем быстрее вы растете, тем больше энергии вам нужно для создания новых турбин и батарей. . "Солнечная промышленностьВ области солнечной энергетики команда Стэнфордского университета обнаружила, что необходимо провести дополнительную работу, чтобы сделать энергосистему хранения энергии устойчивой. Исследование показало, что некоторые солнечные технологии, такие как монокристаллические кремниевые элементы, развиваются настолько быстро, что становятся чистыми поглотителями энергии, то есть потребляют больше энергии, чем отдают обратно в электрическую сеть. Согласно заключению исследования, с энергетической точки зрения эти отрасли «не могут поддерживать какой-либо уровень хранения».
«Наш анализ показал, что с энергетической точки зрения большинство фотоэлектрических технологий могут позволить себе хранить только до 24 часов с одинаковым сочетанием аккумуляторов и гидроэлектроэнергии», — сказал Дейл. «Это говорит о том, что солнечные фотоэлектрические системы могут быть развернуты с достаточным запасом энергии для снабжения электроэнергией в ночное время, и промышленность по-прежнему может работать с чистым избытком энергии».По словам Бенсона, одно из преимуществ ветра перед солнечной энергией состоит в том, что он дает огромную отдачу от инвестиций. «В течение нескольких месяцев ветряная турбина вырабатывает достаточно электроэнергии, чтобы окупить всю энергию, затраченную на ее создание», — сказала она. «Но у некоторых фотоэлектрических устройств срок окупаемости энергии составляет почти два года.
Для устойчивой поддержки систем хранения в масштабе энергосистемы потребуется постоянное сокращение количества ископаемого топлива, используемого для производства фотоэлементов».Другие расходыКоманда Стэнфорда в первую очередь сосредоточила внимание на энергетических затратах на развертывание хранилищ на ветряных и солнечных фермах. Исследователи не подсчитали, сколько энергии потребуется для создания и замены сетевых батарей каждые несколько лет, и не приняли во внимание финансовые затраты на строительство и установку больших систем хранения в сети.
«Люди часто спрашивают, хорошее ли хранение — хорошее или плохое решение для прерывистой возобновляемой энергии?» — сказал Бенсон. «Этот вопрос оказывается слишком упрощенным. Это ни хорошо, ни плохо. Хотя хранение энергии ветра в масштабе сети может быть не рентабельным по сравнению с покупкой энергии из сети, оно является энергетически доступным, даже с учетом того, что ветроэнергетика растет на двузначный темп.
«Солнечной промышленности необходимо продолжать сокращать количество энергии, необходимое для создания фотоэлектрических модулей, прежде чем она сможет позволить себе столько энергии, сколько ветер может сегодня».