科学家们计算出在电网上存储风能和太阳能所需的能量

可再生能源有望减少二氧化碳排放。但有时太阳能和风电场产生的电量超过消费者所需的电量。将剩余能量存储在电池中供以后使用似乎是一个明显的解决方案，但斯坦福大学的一项新研究表明，并非总是如此。

“我们研究了用于在电网上存储太阳能和风能的电池和其他有前景的技术，”该研究的主要作者，斯坦福大学全球气候与能源项目(GCEP)的博士后学者Charles Barnhart说。

“我们的主要目标是计算他们的整体能量成本 - 即构建和运行这些存储技术所需的燃料和电力总量。我们发现，当你考虑到能量成本时，电网规模的电池是有意义的存储多余的太阳能，但不能存储风能。“

这项由GCEP支持的研究发表在能源与环境科学期刊的网络版上。

气候变化和可再生能源

的大部分电力来自以煤和天然气为燃料的发电厂 - 化石燃料通过排放大量二氧化碳而对全球变暖做出重大贡献。太阳能和风能是无排放和可再生的，但依赖于阳光或风力来运行。

“为了使电网有效运行，电源需要随时匹配电力需求，但对于可再生能源，情况并非总是如此，”巴恩哈特说。“例如，当需求低时，风电场有时会产生过多的电力。多余的能源必须在其他地方储存或使用。否则它将会丢失。但是，电网的存储容量非常有限。”

正在开发各种各样的技术来解决网格规模存储的不足。斯坦福大学的研究团队研究了几种新兴技术，包括五种电池类型 - 铅酸，锂离子，钠 - 硫，钒 - 氧化还原和锌 - 溴。

在之前的一项研究中，Barnhart计算了建造和维护五个电池系统中每一个用于电网规模存储的能量成本。他发现，铅酸电池的能量成本最高，锂离子电池最低。

“我们计算了在电池的整个生命周期内使用了多少能源 - 从原材料的开采到成品设备的安装，”Barnhart说。“能量成本高的电池消耗更多的化石燃料，因此在其使用寿命期间释放出更多的二氧化碳。如果电池的能量成本太高，它对全球变暖的总体贡献可能会抵消风能或太阳能发电场的环境效益。支持。”

在这项研究中，他和他的同事计算了电网规模的光伏太阳能电池和风力涡轮机的能量成本。

该研究的共同作者，GCEP博士后学者迈克尔戴尔说：“风力涡轮机和光伏发电都能提供比构建和维护它们更多的能量。” “然而，我们的计算表明，风力涡轮机的整体能量成本远低于传统太阳能电池板，传统太阳能电池板需要大量能源，主要来自化石燃料，用于加工硅和制造其他部件。”

存储或缩减?

接下来，科学家们研究了削减能源的能源成本 - 关闭太阳能电池板和风力涡轮机以减少电网剩余电力生产的做法。

“削减可再生资源似乎很浪费，”巴恩哈特说。“但电网运营商通常会限制风力发电机组，以避免突然出现意外的多余电力浪涌，这可能使输电线路超载并导致停电。随着可再生能源的普及，的限电率可能会提高。”

关闭一个干净的电源似乎适得其反，但是将多余的能量储存在电池中是一种实用的选择吗?

为了找到答案，研究人员比较了减少太阳能和风能的能量成本与电网规模存储的能量成本。他们的计算基于一个被称为“能源投资回报”的公式 - 技术产生的能量除以建造和维护它所需的能量。

研究人员利用该公式发现，建造太阳能发电场所需的能源数量与建造五种电池技术所需的能源数量相当。“因此，在需求低的时期使用电池存储太阳能将是积极有利的，”戴尔说。

风电场的结果完全不同。科学家们发现，削减风力可以将投资的能源回报率降低10%。但是将多余的风力发电存储在电池中会导致更大的减少 - 从锂离子电池的20%到铅酸的50%以上。

“理想情况下，削减资源的能源成本应该至少等于储存资源所需的能源数量，”戴尔说。“对于光伏发电来说就属于这种情况，但对于风电场而言，削减电力的能源成本远低于电池。因此，关闭风力发电机实际上要比储存多余的电能更有效。 “

他将其与购买保险箱进行了比较。他说：“你不会花100美元购买10美元的手表。” “同样地，为风能等廉价资源建造能源昂贵的电池并不明智，但对于需要大量能源生产的光伏系统来说，它确实有意义。”

Barnhart补充说，增加电池的循环寿命将是提高其能量性能的最有效方法。传统的锂离子电池可持续约四年，或6000次充放电循环。铅酸电池仅持续约700个循环。他说，为了有效地将能量存储在电网上，电池必须能够承受10,000至18,000次循环。

“储存能源消耗能源，减少能源浪费它，”巴恩哈特说。“在任何一种情况下，结果都会降低整体能源投资回报率。”

其他选择

除了电池，研究人员还考虑了其​​他用于储存可再生能源的技术，例如抽水蓄能电站，它使用多余的电力将水泵送到大坝后面的水库。后来，当对能源的需求很高时，储存的水通过大坝中的涡轮机释放以发电。

“今天，99%的电网存储使用抽水蓄能电站，”巴恩哈特说。“从风能和太阳能的充满活力的角度来看，它的工作效果非常好。它的投资回报率是传统电池的10倍。但是，泵送水电可以部署的地质和环境受到限制。”

存储不是提高电网可靠性的唯一方法。“例如，在超额时间内可能会损失的能量可用于抽水灌溉或为电动车辆充电，”戴尔说。

Barnhart补充道，对于社会来说，实施新技术对能源更加敏感是非常重要的。“政策制定者和投资者需要考虑能源成本以及新技术的财务成本，”他说。“如果经济学是唯一的焦点，那么需要大量能源进行制造，维护和更换的较便宜的技术可能会胜出 - 即使它们最终会增加温室气体排放并抵消实施风能和太阳能的长期效益功率。”

“我们的目标是了解构建可扩展的低碳能源系统需要什么，”共同作者，GCEP主任，能源资源工程教授Sally Benson说。“能源投资回报率是揭示潜在障碍的指标之一。希望这项研究能够提供一个绩效目标，以指导未来对电网规模储能的研究。”

斯坦福大学地球科学学院能源资源工程助理教授亚当勃兰特也是该研究的合着者。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！