Memberdayakan transisi energi dengan penyimpanan yang lebih baik
HW

Memberdayakan transisi energi dengan penyimpanan yang lebih baik


Menjelajahi berbagai skenario dan variabel dalam ruang desain penyimpanan, para peneliti menemukan kombinasi parameter untuk penyimpanan energi berdurasi panjang yang inovatif dan berbiaya rendah yang berpotensi membuat dampak besar dalam transisi energi yang lebih terjangkau dan andal. Kredit: Bumper DeJesus / Andlinger Center for Energy and the Environment

“Pertanyaan keseluruhan bagi saya adalah bagaimana mendekarbonisasi masyarakat dengan cara yang paling terjangkau,” kata Nestor Sepulveda SM ’16, Ph.D. ’20. Sebagai postdoc di MIT dan peneliti di MIT Energy Initiative (MITEI), dia bekerja dengan tim selama beberapa tahun untuk menyelidiki campuran sumber energi apa yang paling baik untuk mencapai tujuan ini. Studi awal kelompok tersebut menyarankan “kebutuhan untuk mengembangkan teknologi penyimpanan energi yang dapat digunakan secara hemat biaya untuk jangka waktu yang lebih lama daripada baterai lithium-ion,” kata Dharik Mallapragada, seorang ilmuwan penelitian dengan MITEI.

Dalam makalah baru yang diterbitkan di Energi Alam, Sepulveda, Mallapragada, dan rekan dari MIT dan Universitas Princeton menawarkan evaluasi biaya dan kinerja yang komprehensif dari peran teknologi penyimpanan energi jangka panjang (LDES) dalam mengubah sistem energi. LDES, istilah yang mencakup kelas beragam, teknologi yang muncul, dapat merespons output variabel energi terbarukan, melepaskan elektron selama berhari-hari dan bahkan berminggu-minggu, memberikan ketahanan pada jaringan listrik yang siap untuk menggunakan tenaga surya dan angin dalam skala besar.

“Jika kita ingin sangat bergantung pada tenaga angin dan matahari untuk listrik — semakin menjadi cara yang paling terjangkau untuk menurunkan emisi karbon — kita harus berurusan dengan intermittency mereka,” kata Jesse Jenkins, asisten profesor teknik mesin dan kedirgantaraan dan Andlinger Center untuk Energi dan Lingkungan di Universitas Princeton dan mantan peneliti di MITEI.

Dalam makalah mereka, para peneliti menganalisis apakah LDES yang dipasangkan dengan sumber energi terbarukan dan opsi penyimpanan energi berdurasi pendek seperti baterai lithium-ion memang dapat menggerakkan transisi masif dan hemat biaya ke jaringan dekarbonisasi. Mereka juga menyelidiki apakah LDES bahkan dapat menghilangkan kebutuhan akan sumber energi rendah karbon yang tersedia sesuai permintaan, atau tegas, seperti tenaga nuklir dan gas alam dengan penangkapan dan sekuestrasi karbon.

“Pesannya di sini adalah bahwa teknologi LDES yang inovatif dan berbiaya rendah berpotensi memiliki dampak besar, membuat sistem kelistrikan yang sangat dekarbonisasi lebih terjangkau dan dapat diandalkan,” kata penulis utama Sepulveda, yang sekarang bekerja sebagai konsultan di McKinsey and Company. Tapi, dia mencatat, “Kami masih akan lebih baik mempertahankan sumber energi rendah karbon yang kuat di antara pilihan kami.”

Selain Jenkins dan Mallapragada, rekan penulis makalah termasuk Aurora Edington SM ’19, asisten peneliti MITEI pada saat penelitian ini dan sekarang menjadi konsultan di The Cadmus Group; dan Richard K. Lester, Profesor Industri Baja Jepang dan rektor di MIT, dan mantan kepala Departemen Ilmu dan Teknik Nuklir.

“Saat dunia mulai lebih serius berfokus pada bagaimana mencapai tujuan dekarbonisasi yang mendalam dalam beberapa dekade mendatang, wawasan dari studi tingkat sistem ini sangat penting,” kata Lester. “Peneliti, inovator, investor, dan pembuat kebijakan semua akan mendapatkan keuntungan dari pengetahuan tentang biaya dan target kinerja teknis yang disarankan oleh pekerjaan ini.”

Performa dan biaya

Tim berangkat untuk menilai dampak solusi LDES dalam sistem kelistrikan hipotetis yang mencerminkan kondisi dunia nyata, di mana teknologi diteliti tidak hanya dengan atribut mandiri mereka, tetapi oleh nilai relatifnya ketika dicocokkan dengan sumber energi lain.

“Kami perlu melakukan dekarbonisasi dengan biaya yang terjangkau bagi masyarakat, dan kami ingin tahu apakah LDES dapat meningkatkan probabilitas keberhasilan kami sekaligus mengurangi biaya sistem secara keseluruhan, mengingat teknologi lain yang bersaing di ruang angkasa,” kata Sepulveda.

Untuk mencapai tujuan ini, tim menerapkan model perluasan kapasitas sistem kelistrikan, GenX, yang sebelumnya dikembangkan oleh Jenkins dan Sepulveda saat berada di MIT. Alat simulasi ini memungkinkan untuk mengevaluasi dampak sistem potensial dari pemanfaatan teknologi LDES, termasuk teknologi yang saat ini sedang dikembangkan dan lainnya yang berpotensi dapat dikembangkan, untuk skenario jaringan listrik rendah karbon masa depan yang berbeda yang ditandai dengan atribut biaya dan kinerja dari pembangkit yang dapat diperbarui, yang berbeda. jenis pembangkit listrik, serta proyeksi kebutuhan listrik alternatif. Studi tersebut, kata Jenkins, adalah “penggunaan ekstensif pertama dari metode eksperimental semacam ini dalam menerapkan ketidakpastian parametrik skala luas dan analisis tingkat sistem jangka panjang untuk mengevaluasi dan mengidentifikasi sasaran sasaran terkait biaya dan kinerja untuk penyimpanan energi jangka panjang yang muncul. teknologi. “

Untuk studi mereka, para peneliti mensurvei berbagai teknologi jangka panjang — beberapa didukung oleh program Badan Energi (ARPA-E) Proyek Riset Lanjutan Departemen Energi AS — untuk menentukan biaya yang masuk akal dan atribut kinerja sistem LDES di masa depan berdasarkan lima parameter utama yang mencakup berbagai pendekatan mekanis, kimiawi, elektrokimia, dan termal. Ini termasuk penyimpanan tenaga air yang dipompa, baterai aliran redoks vanadium, baterai aliran sulfur berair, dan penyimpanan termal tahan api yang tahan api, antara lain.

“Bayangkan bak mandi, di mana parameter kapasitas penyimpanan energinya dianalogikan dengan volume bak,” jelas Jenkins. Melanjutkan analogi, parameter penting lainnya, kapasitas daya pengisian, adalah ukuran keran yang mengisi bak, dan kapasitas daya pelepasan, ukuran saluran pembuangan. Dalam versi teknologi LDES yang paling umum, setiap atribut sistem dapat diukur ukurannya sendiri-sendiri. Dalam mengoptimalkan sistem energi di mana teknologi LDES berfungsi sebagai “kontributor yang menarik secara ekonomi untuk jaringan berbiaya rendah dan bebas karbon,” kata Jenkins, para peneliti menemukan bahwa parameter yang paling penting adalah biaya kapasitas penyimpanan energi.

“Untuk penilaian komprehensif atas desain teknologi LDES dan nilai ekonomisnya terhadap jaringan dekarbonisasi, kami mengevaluasi hampir 18.000 kasus khusus,” jelas Edington, “yang mencakup variasi beban dan ketersediaan sumber daya terbarukan, iklim lintang utara dan selatan, kombinasi berbeda dari teknologi LDES dan Parameter desain LDES, dan pilihan sumber daya pembangkit rendah karbon perusahaan pesaing. “

Beberapa poin penting dari analisis ketat para peneliti:

  • Teknologi LDES dapat menawarkan lebih dari 10 persen pengurangan biaya sistem kelistrikan yang sangat dekarbonisasi jika biaya kapasitas energi penyimpanan (biaya untuk menambah ukuran bak mandi) tetap di bawah ambang batas $ 20 / kilowatt-jam. Nilai ini dapat meningkat hingga 40 persen jika biaya kapasitas energi teknologi masa depan dikurangi menjadi $ 1 / kWh dan hingga sebanyak 50 persen untuk kombinasi terbaik dari parameter yang dimodelkan di ruang tersebut. Sebagai perbandingan, biaya kapasitas energi penyimpanan baterai saat ini sekitar $ 200 / kWh.
  • Mengingat pola permintaan listrik yang berlaku saat ini, biaya kapasitas energi LDES harus turun di bawah $ 10 / kWh untuk mengganti tenaga nuklir; agar LDES mengganti semua opsi daya perusahaan seluruhnya, biayanya harus di bawah $ 1 / kWh.
  • Dalam skenario dengan elektrifikasi transportasi yang ekstensif dan penggunaan akhir lainnya untuk memenuhi tujuan dekarbonisasi dalam di seluruh ekonomi, akan lebih menantang di garis lintang utara untuk menggantikan pembangkitan perusahaan di bawah kemungkinan kombinasi masa depan dari biaya dan kisaran kinerja efisiensi untuk teknologi LDES yang diketahui. Hal ini terutama disebabkan oleh permintaan listrik puncak yang lebih besar akibat kebutuhan pemanas di iklim yang lebih dingin.

Wawasan yang bisa ditindaklanjuti

Sementara terobosan dalam energi fusi, tenaga nuklir generasi berikutnya, atau penangkapan karbon dapat mengguncang model mereka dengan baik, para peneliti percaya bahwa wawasan dari studi mereka dapat membuat dampak saat ini.

“Orang-orang yang bekerja dengan LDES dapat melihat di mana teknologi mereka cocok dengan bauran listrik di masa depan dan bertanya:” Apakah ini masuk akal secara ekonomi dari perspektif sistem? ‘”Kata Mallapragada.” Dan ini adalah seruan untuk bertindak dalam kebijakan dan investasi dalam inovasi, karena kami menunjukkan di mana letak kesenjangan teknologi dan di mana kami melihat nilai terbesar untuk terobosan penelitian dalam pengembangan teknologi LDES. “

Tidak semua teknologi LDES dapat menghilangkan standar dalam ruang desain ini, juga tidak dapat mengandalkan LDES sebagai sarana eksklusif untuk memperluas angin dan matahari dengan cepat dalam waktu dekat, atau untuk memungkinkan transisi lengkap ke ekonomi nol karbon pada tahun 2050.

“Kami menunjukkan betapa menjanjikannya teknologi LDES,” kata Sepulveda. “Tapi kami juga menunjukkan bahwa teknologi ini bukanlah satu-satunya solusi, dan bahwa kami masih lebih baik dengan mereka melengkapi sumber daya perusahaan.”

Jenkins segera memata-matai peluang pasar khusus LDES, seperti tempat-tempat dengan banyak angin dan matahari dikerahkan dan batas transmisi untuk mengekspor tenaga itu. Di lokasi seperti itu, penyimpanan dapat terisi ketika transmisi berada pada batasnya, dan mengekspor daya nanti sambil memaksimalkan penggunaan kapasitas saluran listrik. Tetapi teknologi LDES harus siap untuk membuat dampak besar pada akhir 2030-an dan 2040-an, dia yakin, saat ekonomi mungkin perlu disapih sepenuhnya dari ketergantungan gas alam jika dekarbonisasi ingin berhasil.

“Kita harus mengembangkan dan menerapkan LDES dan meningkatkan teknologi rendah karbon lainnya dalam dekade ini, sehingga kita dapat menghadirkan alternatif nyata bagi pembuat kebijakan dan operator sistem tenaga,” katanya.

Mengingat kebutuhan mendesak ini, Jenkins di Princeton dan Mallapragada di MIT sekarang bekerja untuk mengevaluasi dan memajukan teknologi dengan potensi terbesar di bidang penyimpanan dan energi untuk mempercepat tujuan nol karbon. Dengan bantuan dari ARPA-E dan MITEI, mereka membuat model perencanaan sistem kelistrikan GenX yang canggih sebagai alat sumber terbuka untuk penggunaan publik juga. Jika pendekatan penelitian dan pemodelan mereka dapat menunjukkan kepada pengembang dan pembuat kebijakan desain seperti apa yang paling berdampak, kata Sepulveda, “Kita dapat memiliki sistem dekarbonisasi yang lebih murah daripada sistem saat ini jika kita melakukan hal yang benar.”


Peneliti memodifikasi elektroda baterai aliran hibrida dengan bahan nano


Informasi lebih lanjut:
Nestor A. Sepulveda dkk. Ruang desain untuk penyimpanan energi jangka panjang dalam sistem tenaga dekarbonisasi, Energi Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00796-8

Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Kisah ini diterbitkan ulang atas izin MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), situs populer yang meliput berita tentang penelitian, inovasi, dan pengajaran MIT.

Kutipan: Memberdayakan transisi energi dengan penyimpanan yang lebih baik (2021, 30 Maret) diambil pada 30 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-powering-energy-transition-storage.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel Online