Литий-ионные системы хранения энергии - дорогое и недолговечное решение стабилизации электросетей

Системы хранения электроэнергии на основе литий-ионных аккумуляторов призваны сделать стабильным энергоснабжение в рамках возобновляемой энергетики. Батареи, вроде тех, что ставит Илон Маск, кажутся отличным решением. Но мечты об идеальной электросети разбиваются о реальность, в которой такие батареи стоят очень дорого. При этом эксперты отмечают, что они недолговечны.

За последний год в мире появилось сразу несколько крупных проектов по хранению электроэнергии. Возможно, самый нашумевший связан с установкой огромного 100-мегаваттного аккумулятора Tesla Powerpack в Австралии. За пару дней владелец батареи — компания Neoen — заработала 1 млн австралийских долларов на продаже накопленных запасов электроэнергии.

Также стало известно о проекте энергетического хранилища в Калифорнии. Компания Pacific Gas and Electric подала заявку на установку четырех аккумуляторов мощностью 300 МВт. Если ее одобрят, то в 2020 году в штате появится самая большая энергетическая установка такого формата в мире.

Компания Tesla в данном совместном предприятии выступит в качестве поставщика аккумуляторных батарей суммарной емкостью 730 МВт·ч. У Pacific Gas and Electric Company будет возможность повысить итоговую емкость хранилища до 1,1 ГВт·ч.

Но не все так гладко, считают эксперты. В качестве экстренного средства борьбы с нестабильностью электросетей такие батареи работают, но многие специалисты считают, что это не выход в долгосрочной перспективе. MIT Technology Review пишет, что литий-ионные хранилища — не только очень дорогое решение, но и недолговечное. И если регуляторы выберут именно его, а не низкоуглеродную ядерную энергетику или газовые электростанции с улавливателями выбросов, то это станет большой ошибкой. На стабильность таких энергосетей нельзя будет рассчитывать.

В ходе исследования, проведенного в MIT, эксперты изучили идею замены газовых электростанций на аккумуляторы и пришли к выводу, что это очень ограниченная модель.

Как уже было сказано, такие батареи отлично справляются в моменты пиковой нагрузки на сеть. Они моментально реагируют, нормализуя нагрузку. Примерно также работают современные небольшие газовые электростанции: подключаются только в определенные моменты, например, когда цена на электричество максимально высока. Исследователи считают, что аккумуляторы могут заменить эти пиковые электростанции, но им не справиться с ролью полноценных крупных станций. Поэтому опасно выбирать такой путь.

Если будет решено заменить пиковые газовые электростанциями литий-ионными хранилищами электроэнергии, любой бюджет будет быстро истощен.

Ученые подсчитали, как будет расти стоимость хранения одного кВт⋅ч при увеличении доли ВИЭ. Расчет был произведен на примере Калифорнии. В сети, где 50% энергии получено из возобновляемых источников, затраты на хранение 1 кВт⋅ч составят $49, но с увеличением доли ВИЭ начинают расти экспоненциально.

И при 100% возобновляемой энергетике составляют уже $1612 за 1 кВт⋅ч.

Такая система обойдется в триллионы долларов в год в масштабах всех США. И от этого теряется вся ее выгода и эффективность считают ученые.

В качестве альтернативного решения в США планируют преобразовать знаменитую американскую плотину Гувера на реке Колорадо в систему хранения электроэнергии.

По оценкам компании Lazard, крупная литий-ионная батарея обходится в 26 центов в расчете на кВт*ч. Система хранения электричества на основе ГЭС будет стоить на 11 центов дешевле. Для сравнения — среднестатистическая американская семья платит за один кВт 12,5 центов.

Помимо цены, есть и два важных соображения — большой срок службы и возможность запасать гораздо больше энергии, чем батареи на литий-ионных аккумуляторах.

Однако ученые из американского Университета штата Мэриленд разработали новый катодный материал для аккумуляторов, который, по их словам, может в 3 раза увеличить емкость литиевых батарей.

Новый материал – разновидность трифторида железа (FeF3), в который с помощью специальной химической реакции были внедрены дополнительные ионы кобальта и кислорода. В результате использование этого материала существенно повышает емкость батареи, а также позволяет ей выдерживать больше циклов разрядок/зарядок.

Так же в США наблюдается бум установки систем хранения энергии домохозяйствами. За первый квартал 2018 года владельцы домов установили литий-ионных хранилищ больше, чем за предыдущие три квартала вместе взятые — на 36 МВт⋅ч