טכנולוגיות אחסון אנרגיה הן יסוד למודרניזציה של מערכות כוח, המאפשרות שילוב של מקורות אנרגיה מתחדשים משתנים כגון השמש והרוח, שיפור יציבות הרשת, ולספק כוח גיבוי.עם זאת, את הכדאיות הכלכלית של כל טכנולוגיית אחסון לא רק על העלות העליונה שלה, אלא על עלויות מחזור החיים הכוללות שלה - ההוצאות המצטברות של אחסון בעתיד באמצעות תפעול, תחזוקה, ובסופו של דבר פירוק של ניתוח נתונים, מאפשר ניתוח מקיף של עלויות ניתוח, ניתוח נתונים של עלויות ניהול חיים, ועלויות ניהול, ועלויות ניהול נתונים, ועלויות תפעוליות.

המונחים: Energy Storage Technologies

מערכות אחסון אנרגיה יכולות להיות מסווגות באופן רחב על ידי צורה של אנרגיה שהם מאחסנים - אלקטרונית, מכנית, תרמית או כימית.כל טכנולוגיה מציגה מאפיינים ביצועים נפרדים (דחיסות אנרגיה, יכולת כוח, זמן תגובה, חיי מחזור) ופרופילי עלות מקבילים. הסוגים העיקריים השולטים כיום בשוק או מקיימים הבטחה משמעותית כוללים:

  • (FLT:0) ליתיום-יון (Li-ion) סוללות ראשיות (Li-ion) 1:1 - בשימוש נרחב בכלי רכב חשמליים ויישומים בקנה מידה רשת בשל צפיפות אנרגיה גבוהה ועלויות נופלות.
  • (ב) ,0) סוללותפלו (למשל, וניל אדוםוקס, אבץ-ברומין) - מתאים לאחסון ארוך, גדול עם כוח נפרד ורמת אנרגיה.
  • (FLT:0)Pumped hydrocio StorageFLT:1 (PHS) - היכולת המותקנת ביותר והגדולה ביותר בעולם, תוך התבססות על אנרגיה פוטנציאלית כבידה.
  • (FLT:0) ,Compressed Air StorageFLT:1 (CAES) - דחוס אנרגיה על ידי דחיסת אוויר במערות תת-קרקעיות או טנקים להתרחבות מאוחרת יותר באמצעות טורבינות.
  • (FLT:0) אחסון אנרגיה רב-עוצמה (FLT:1) - מאחסן חום או קר בחומרים כגון מלח מלוט, מים מצמררים, או חומרי שינוי שלב; לעתים קרובות בשילוב עם כוח סולארי ריכוז או קירור מחוזי.
  • (FLT:0)FlywheelsFLT:1 - לאחסן אנרגיה קינטית במסה רוטטת עבור קצר-דור, יישומים בעוצמה גבוהה כמו רגולציה תדירות.

טכנולוגיות חדשות יותר כגון אחסון אנרגיה נוזלי-אוויר (LAES), אחסון מבוסס הכבידה, ומימן (באמצעות אלקטרוליטיזה ותאים דלק) מתעוררות אך נותרו פחות בוגרות מבחינה מסחרית; עלויות מחזור החיים שלהם עדיין הוקמו.

ניתוח מחזור חיים

עלות מחזור חיים יסודית (LCC) לוכדת את כל העלויות על פני החיים הצפויים של המערכת.עבור אחסון אנרגיה, עלויות אלה שבורות לקטגוריות גדולות.

הון סיכון (CapEx)

CapEx כולל את העלות של אמצעי אחסון (תאים מלוכלכים, מערות אוויר דחוס, מאגר, גלגל גלגלים רוטטור), ציוד המרה כוח (מטור, ממריצים, טורבינות), איזון של plant (השינג, piping, בקרה), והתקנה. ההשקעה הראשונית הזו שולטת לעתים קרובות על משוואה מחזור החיים, במיוחד עבור טכנולוגיות בעלות גבוהה כמו משאבה ו CAES עבור, בדרך כלל מ $ 30 / קיבולת של אנרגיה).

מבצע ותחזוקה (O&M)

O& M עולה כיסוי בדיקות שגרתיות, תיקונים, החלפת ציוד עזר, עבודה, וניתן ליישב אותם קבוע O& M (עלויות קצבות עצמאיות של פעולה) ומשתנה O& M (מחירים ל-MWh של אנרגיה מחזור או להתחיל / עצירה) הן משנה.עבור מערכות מכניות כמו הידרו-מאמפ; עלויות הם יחסית נמוך לחיים ארוכים (לעתים קרובות יותר של נכסים) ו- 50 שנים טיפול קבוע) ו-או-אונר"מחדש) הן לעתים קרובות יותר.

עלויות החלפת וסוף החיים

רכיבים אחסון רבים מתפוגגים לאורך זמן ודורשים תחליף חלקי או מלא.בסוללות ליתיום, לוח שנה ומחזור ההזדקנות מופחתת את היכולת, בדרך כלל ניכוי החלפת לאחר 10-15 שנים. סוללות יש חיים אלקטרוליטים נוזליים יותר, אבל עשוי לדרוש מזכר תקופתיים ומשאבים.הפחתת עלויות - הסרת ציוד, שיקום האתר, מחזור מחדש - צריך להיות כלולים, במיוחד עבור טכנולוגיות, כמו חיים קצרים יותר, כמו גם.

חוסר יעילות ואובדן הפחתת

יעילות עגולה (RTE) קובעת כמה אנרגיה ניתן לשחזר ליחידה מאוחסנים.RTE נמוך יותר היא יותר אנרגיה יש לרכוש (או אבוד), עלייה בעלויות התפעוליות יעילות.לדוגמה, סוללות ליון משיגות באופן שגרתי 85-95% RTE, בעוד CAES נע בין 40–70% (בהתאם לתצורה בנוסף), הפחתות סוללות מקטיןות את יכולתן לאורך זמן, אשר מורידות את ההכנסות ועלולים להטמיעו את רמות החיים.

עלויות ההון והפיננס

העלות הממוצעת של הון (WACC) משפיעה במידה רבה על העלות המטבולית של אחסון, במיוחד עבור פרויקטים בעלי ערך הון. טכנולוגיות מסוכנות או מפעילי ללא רשומות מעקב מבוססות עשויים לעמוד בפני ריבית גבוהה יותר, פרמיות ביטוח, ותשואות הנדרשות.לכן, סיכון פיננסי הוא רכיב עלות כי משתנה על ידי בשלות טכנולוגית וסביבת רגולציה.

עלויות אחסון ברמה (LCOS) כהשוואה

כדי להשוות את עלויות מחזור החיים על פני טכנולוגיות אחסון שונות עם תקופות חיים שונות, יכולות וביצועים, אנליסטים משתמשים בעלות המטבולית של אחסון (LCOS) LCOS מבטא את העלות הכוללת של מחזור החיים המונפק ליחידת חשמל המשוחרר ( /MWh או $ / kWh) זה מהווה את כל הרכיבים לעיל, מערכת חיים, שיעור הנחה, והנחה ניצול (מחזורים לשנה).

הפרמטרים המרכזיים בחישוב LCOS כוללים: עלות מותקנת, קבועה ומשתנה O&M, עלות חלופית, RTE, קצב ההשפלה, ומספר מחזורי איכות מלאה לשנה. כי אחסון הוא לעתים קרובות פרוס עבור יישומים מרובים (אנרגיה arbitrage, קיבולת מוצקה, רגולציה תדירות), מקרה השימוש הספציפי משפיע באופן משמעותי על LCOS. מערכת אנרגיה יומית עבור abit יש שימוש שונה משיטות חירום כגון סטנדרטיות.

ניתוח כלכלי השוואתי של טכנולוגיות

להלן אנו בודקים את פרופילי עלות מחזור החיים של כל טכנולוגיה מרכזית, ציור על דוחות בספרות ובתעשייה האחרונים.שים לב כי עלויות מוחלטות משתנות במהירות, כך שאנו מדגישים נהגים כלליים ודירוגים יחסיים.

Lithium-Ion Batteries

Li-ion הפכה לטכנולוגיה הדומיננטית של אחסון קצר (1-4 שעות) בשל ירידה תלולה, יעילות גבוהה ומודולריות. CapEx עבור מערכת Li-ion בהיקף של כ-150 דולר - 250 / kWh ב-2024.O & M מפעילה 10-20/kW23 דולר, עם עלויות משתנות נמוכות.

זרימה: Flow Batteries

סוללות זרימה של Vadium Redox (VRFBs) כוח וקיבולת אנרגיה - טנקים גדולים פשוט להגדיל את אחסון האנרגיה בשבריר של העלות של מחסניות נוספות.זה הופך סוללות זרימה תחרותיות במיוחד לאחסון ארוך טווח (6-12 שעות) עלויות מותקנות פשוט להגדיל את אחסון האנרגיה ב- Li-ion (300–500 $ / KWh) אבל עם מחזור ארוך מאוד (20+ שנים) ומינימום ירידה כספית יכול להיות מופחתת, כלומר, כלומר, עלויות אלקטרו-Fly נמוך יותר מ-LC נמוך יותר מ-L.

אחסון הידרו

הידרוד נשאר יכולת האחסון העולמית הגדולה ביותר עד כה, עלויות מחזור החיים נשלטות על ידי אתגרים גדולים מאוד הנדסה וציוד: $1,500-5,000 $ / kW של יכולת (לעומת 200 $ $ /kW עבור סוללות) עם זאת, צמחים PHS לפעול עבור 50-80 שנים עם מינימום של רכיבים גדולים (טרמפנס וגנרטורים עשויים להיות זקוקים לשיפוץ לאחר 30 שנים).

אחסון אנרגיה אווירית (CAES)

CAES מאחסנת אנרגיה על ידי דחיסת אוויר ולאחר מכן להרחיב אותו כדי לייצר חשמל.אעידה (diabatic CAES) CAES דורש שיפור טורבינות גז כדי לחמם את האוויר, המוביל RTE של 40-55%. פרויקטים מתקדמים Adiabatic CAES (AACAES) ללכוד חום CALC / RUS) לשימוש בו במהלך הרחבה, השגת 60–70% RTE ללא גז טבעי.Ex עבור שטח גדול (200 $) עם עלויות נמוכות של MW / $ (300 $) עם שטח נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר מגובה עם שטח נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר של שטח פנויה / $ DLC / 40-160 / $) עם שטח פנויה) עם שטח נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר מ-160 $ לחודש; 000 $ לחודש; 000 $ LC) עם שטח אחסון נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר.

אחסון אנרגיה תרמית

אחסון תרמי הוא לעתים קרובות יחד עם צמחי חשמל תרמיים סולאריים (מלח מלוטש) או בשימוש עבור קירור (אחסון עכברים) במבנים מסחריים.עלויות משתנות מאוד בהתאם למדיום וליישום. עבור כוח סולארי מרוכז (CSP) עם 6-12 שעות של אחסון מלח מלוטנט, מערכת כוללת CapEx היא $5,000-7,000 / kW, אבל רכיב האחסון לבדו עשוי $ 20-50 / חום נמוך מאוד עבור פונקציונליים נמוכים מאוד.

גלגלים

גלגלות מאחסנות אנרגיה כאנרגיה קינטית רוטאלית.יש להם צפיפות גבוהה מאוד (תגובה מהירה) ויכולות לעגל מיליוני פעמים עם ירידה מינימלית.עם זאת, יכולת האנרגיה שלהם מוגבלת - יחידות זמניות מספקות 1–100 קילוואט למשך שניות עד דקות. CapEx הוא 300- $ / CW עבור מערכת גלגל המזלג, בתוספת אלקטרוניקה כוח; M הוא נמוך מאוד, אבל תחזוקה מגנטית מוסיף כמה מהירות, אבל הם מציעים שירות חשמלי נמוך יותר, אבל הם מציעים שירות חשמלי נמוך יותר מ-אוקומה מוגבלת, אבל הם מציעים שירות חשמלי רגיל, בעיקר עבור אחסון נמוך יותר.

עלויות מגמות ו-Outlook

עלויות אחסון אנרגיה הן על מסלול מטה תלולה על פני טכנולוגיות מרובות, מונעות על ידי היקף הייצור, חומרים חדשנות, ושיפורים תהליך. עבור ליתיום-יון, מחירי חבילות סוללות ירדו מתחת 100 /kWh ב 2023 (BloombergNEF), והפחתה נוספת ל-50- $ 60/kWh צפויים עד 2030.זה יביא את המערכת-level מתחת ל-100 / Wh, באופן דרמטי להורדת אחסון קצר יותר עבור 50–LCWh.

עלויות הסוללה של Flow יורדות גם כאשר קווי הייצור באים באינטרנט; מחירי וניל נשארים תנודתיים, אבל כימאים חלופיים (aqueous אורגני, ברזל-chromium) יכולים לדחוף עלויות מתחת ל-100 /kWh לאלקטרוליט.המחלקה האמריקאית של אחסון לטווח ארוך של אנרגיה, גניבת שתן, שואפת לירידה של 90% בעלויות של עד 2030 עבור מערכות 10+ שעות - זה כולל משאבה, סוללות הידרו-דור הבא.

הידרודבן מובלע פעמים ארוכות, אך חדש "סגור-פרלופ" (באמצעות מאגרים ייעודיים ללא גוף מים טבעי) צובר מתחים.משרד האנרגיה של ארה"ב:0Hydropower VisionVisionphFLT:1 מציין כי מעל 30 GW של אתרי PHS פוטנציאליים קיימים עם השפעה סביבתית מתונה.

מתקדם CAES (אדיabatic) צפוי להגיע ל parity LCOS עם הידרוד מושב באזורים רבים, במיוחד כאשר תנאים גיאולוגיים נוחים.בינתיים, אחסון תרמי הופך מרכיב מרכזי של צמחי CSP הדור הבא, עם מטרות LCOE מתחת 50 /MWh.

יוזמות מדיניות מאיצות את המגמות הללו.הפקות זיכויים במס עבור אחסון (סעיף 48 של אשראי המסים בארה"ב כיום כולל אחסון חד פעמי) ותקני תיק מתחדשים עם מנדט אחסון מגבירים את הפריסה.היוזמה "Battery 2030+" של האיחוד האירופי והתרחבות ייצור סוללות מסיבית של סין עוד יותר הפחתה של עלויות.

השלכות על מדיניות והשקעות

ניתוח עלות מחזור חיים מספק את הבסיס למדיניות אחסון אנרגיה יעילה. קובעי מדיניות צריכים לעצב תמריצים המשקפים את ערך המערכת הכולל - לא רק עלות הון - כדי להימנע מאפשרויות טכנולוגיות תת-אופטימיות.לדוגמה, סובסידיות הקשורות אך ורק בעלות למעלה יעדיף סוללות עבור יישומים לטווח קצר, אלא עלול להתעלם מהיתרונות ארוכי הטווח של תחנת הידרו-החלודה בת 50 שנים.

המשקיעים והמפתחים צריכים להשתמש ב-LCOS מותאם למקרה השימוש הספציפי שלהם, קצב הנחה והשפלה הצפויה.הטכנולוגיה הנכונה תלויה בתדירות מחזורית, משך הנדרש, מיקום, וצרכים ברשת.מערכות היברידיות (למשל, יון ליתיום לתגובה מהירה בתוספת סוללות זרימה או CAES למשך זמן ארוך יותר) יכולות להתאים את העלות הכוללת של מחזור חיים.

מחקר & מימון פיתוח צריך למקד את רכיבי העלות השולטים בכל טכנולוגיה: עבור Li-ion, שיפור תוחלת והשפלה; עבור סוללות זרימה, הורדת ערערת כוח ועלויות אלקטרוליטטיות; עבור הידרו ו CAES, צמצום עלויות אזרחיות והשפעות סביבתיות. Recycling ויישומים חיים שני (למשל, סוללות EV להורדת אחסון נייח) יכול להפחית את עלויות החיים נוספות על ידי פירוק עלויות מחזור ראשוניות.

מסקנה

ניתוח כלכלי של עלויות מחזור חיים מגלה כי אין טכנולוגיית אחסון אנרגיה אחת אופטימלית עבור כל היישומים.עבור תרחישים קצרי טווח, סוללות ליתיום-יון להציע את ה-LCOS הנמוך ביותר כיום, עם ירידה מתמשכת בעלויות הצפויה.עבור אחסון לטווח ארוך (8 שעות ומעלה), שואבי אנרגיה קלים יותר, CAES, וזרימה סוללות להיות יותר יעילות, במיוחד כאשר שיעור הנחה נמוך יותר וחיים ארוכים של נכסים נחשבים לשילוב יעיל יותר של אבטחה.