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麻省理工研究出百分百使用可再生能源的条件

日期:2019-08-13    来源:Joule杂志

国际新能源网

2019
08/13
09:42

关键词: 储能 风能 太阳能

   麻省理工学院能源研究副教授Jessika Trancik近日在Joule杂志上发表新研究成果:储能成本降到什么程度才能实现100%可再生能源电力?Trancik的团队选择了四个地点(亚利桑那州、爱荷华州、马萨诸塞州和德克萨斯州)为分析模型,分别对仅有光伏、仅有风能、风光混合搭配两种不同储能技术的系统,运行20年的数据进行分析后得出结论:可再生能源+储能系统中储能容量成本需降至20美元/kWh(约人民币141元/kWh),才能实现100%可再生能源。这意味着目前的储能成本还要再降90%。这个价格完全可以实现,但大家对于何时才能实现存在较大分歧,部分人预估到2030年才能实现。
  此外研究还表明:风能+太阳能混合储能的模型中储能成本最优,为10-20美元/kWh,与成本为0.075美元/kWh的核电站提供的电力相当。而若要与调峰天然气发电厂0.077美元/kWh的成本竞争,储能容量成本必须低于5美元/kWh(储能功率成本为1000美元/kW)。
  多种储能技术成本发展趋势
  储能技术有两个关键特征功率容量和能量容量,分别对应了单位功率成本和单位能量成本。在电力成本中储能容量成本比储能功率成本更为关键。该研究重将储能技术分为两类。
  一类储能技术采用高功率成本(1000美元/千瓦)和低储能容量成本(20美元/千瓦时)进行建模。其中包括抽水蓄能、压缩空气储能、和一些液流电池等,这些电池利用大量溶解在水中的廉价和丰富的元素来储存能量。它们的能量密度通常比第二类储能技术更低,但由于它们的储能容量成本更便宜,更利于应用在长时间电网储能。
  二类储能技术采用相对较低的电力功率成本(700美元/千瓦)和较高的容量成本(150美元/千瓦时)进行建模。这类储能技术包括先进的锂离子电池、其他电化学产品、飞轮储能和超级电容器等,它们更适合于短时间、高功率的应用,比如电动汽车或电器。据此前报道到2030年,固定应用的锂离子电池的总安装成本将下降到145美元/kWh~480美元/kWh,但取决于电池的化学性质。锂离子电池下降空间是有限的。
  研究人员通常将储能技术的原材料成本视为其总成本的最低限制条件,因为制造和运输成本可以随着规模的扩大而降低,但材料成本却很难控制,仅锂离子电池所涉及的材料成本就很高,这些材料可能永远不会达到20美元/kWh。不过降至150美元/kWh的范围内是可行的。(未来很快就会有几个GW的电动汽车动力电池退役,这种退役电池仍有剩余价值,目前各国正在研究将它们用于电网储能,这样储能成本可进一步降低)
  Irena的报告曾提到:两种主流液流电池技术——全钒液流电池和锌溴液流电池——在2016年的总安装成本在315美元-1680美元/kWh之间,到2030年,他们的成本预计将降至108美元-576美元/kWh之间。”这也在我们的目标范围内。(目前有些液流电池企业已经声称要突破这个价格。)高温钠硫电池和钠镍电池也已经存在一段时间了,它们到2030年成本可降低75%。
  其中钠硫电池安装成本降低到120-330美元/kWh之间,同时,钠镍高温电池的储能安装成本可能会从目前的315-490美元/千瓦时,到2030年将降至130美元-200美元/千瓦时之间。
  压缩空气储能的成本是相对固定的,因为它们主要依赖于输送空气的空间。一般的安装成本估计约为50美元/kWh,如果有现成的空间可利用,储能成本可能会降至40美元/kWh。
  还有一些储热方案,比如目前越来越流行将电作为熔盐中的热量储存,据报道储能成本低至50美元/千瓦时。

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