Kemiske/termiske systemer
Og selv om lagring af flydende brint kan give højtydende, billige køretøjer, vil sikkerhedshensyn sandsynligvis udelukke udbredt brug.
○
Lagring af metalhydrid er sammenlignelig med avancerede batterisystemer, men tilgængeligheden af brint og omkostningerne er store hindringer.
○
Thermisk lagring er et forsøgssystem, der kan være sammenligneligt med avancerede batterikøretøjer; sikkerhed, metoder til termisk genopladning og udvikling af Stirlingmotorer er dog nøgleproblemer.
Den anden præsentation om energilagringsmekanismer til transport blev givet af professor Robert McAlevy fra Stevens Institute of Technology. Han indledte med at bemærke, at motorkøretøjer i de sidste 60 år næsten udelukkende er blevet drevet af brændstoffer, der stammer fra olie. Nu er det imidlertid på grund af usikkerheden om udenlandske oliekilder og de hastigt stigende priser nødvendigt at udvikle et levedygtigt alternativ til oliedrevne køretøjer.
Et af alternativerne er en klasse af køretøjer, der anvender indbyggede energilagringsenheder, som indeholder energi fra andre kilder end oliekilder. Som eksempler på sådanne køretøjer kan nævnes elektriske køretøjer, brintdrevne køretøjer og svinghjulskøretøjer. Der er udviklet en enkel analytisk model, som med succes er blevet anvendt til at evaluere disse alternative køretøjer.
Modellen gør det muligt at relatere køretøjets samlede masse og energiforbrug ved hjælp af lineære algebraiske ligninger til køretøjets komponent- og præstationsegenskaber. Disse ligninger er blevet anvendt til at fremskrive alternative køretøjers masse og energiforbrug i fremtidige tidsrammer samt til at forudsige virkningen af tilføjelsen af svinghjul og transmission på køretøjets samlede masse og energiforbrug. Modelresultaterne kan danne et rationelt grundlag for investeringer i forskning og udvikling og andre politiske analyser i forbindelse med udviklingen af alternative køretøjer.
Dr. Ronald Smelt, tidligere chefforsker hos Lockheed Aircraft Co. drøftede energikrisens indvirkning på bilindustrien set fra en bilproducents synsvinkel. I forbindelse med det internationale udbud af og den internationale efterspørgsel efter biler bliver det vigtige spørgsmål i forbindelse med vurderingen af markedspenetrationen for elbiler, hvilke lande der først vil omstille sig fra olie til alternative energikilder. Et sekundært spørgsmål er, hvilke alternative brændstoffer der vil blive anvendt.
På baggrund af tidligere erfaringer konkluderede Dr. Smelt, at der for det første skal være et stærkt behov (f.eks. oliemangel). For det andet skal landet have kapacitet til at producere og anvende teknologien. For det tredje må befolkningen i landet ikke have behov for at rejse langt.
Panelmedlemmerne var i en diskussion efter Dr. Smelt’s præsentation enige om, at hans tilgang var nyttig til at identificere de parametre, der skal tages i betragtning ved vurderingen af markedsindtrængning. Dr. Smelt bemærkede, at modeludviklere har en tendens til at fokusere deres opmærksomhed på USA. USA vil imidlertid højst sandsynligt være det sidste land, der skifter til udbredt brug af elektriske køretøjer på grund af de muligheder, som syntetiske brændstoffer fra kul, skifer og biomasse giver.
Dr. Joseph Asbury fra Argonne National Laboratory gav derefter en præsentation om energilagringsmekanismer til bygninger. Det seneste arbejde i Argonnes evalueringsgruppe for lagring har fokuseret på vurdering af teknologier til elektrisk lagring af opvarmning og køling, herunder elektrisk lagringsopvarmning, bivalent opvarmningssystem (f.eks. olie, el), elektriske varmepumper og solenergisystemer. De samlede omkostninger ved at levere rumopvarmning og køletjenester med termiske energilagringssystemer blev sammenlignet med omkostningerne ved at levere disse tjenester med konkurrerende teknologier.
I erkendelse af, at elektrisk energi ikke er prissat til de reelle marginalomkostninger, har Argonne udviklet en metode til beregning af omkostningerne ved elektricitet for at bestemme de samlede omkostninger ved service. I forbindelse med casestudiet af dette problem blev Argonnes omkostningsfordelingsmodel SIMSTOR anvendt til at anslå forsyningsomkostningerne i forsyningsområder i hele landet. Analysen af to forsyningsområder (den nordøstlige region, der forsynes af et elforsyningselskab, hvis spidsbelastning forekommer i vinteropvarmningssæsonen, og den mellematlantiske region, der forsynes af et sommerforsynende elforsyningselskab) viste, at lagring og bivalente systemer er de mest effektive teknologier i det vinterforsynende forsyningsområde, og at varmepumpen i kombination med lagring er den billigste teknologi i det forsyningsområde, der forsynes af det sommerforsynende elforsyningselskab (se bilag MA.1 og MA.2). Omkostningerne til energiforsyning omfatter omkostningerne til forsyningsvirksomhed og dobbeltbrændsel. For at værdiansætte kapitalenhederne konsekvent på begge sider af elmåleren beregnes kundens annualiserede omkostninger på grundlag af den samme kapitalindvindingssats, som anvendes for elforsyningen.
Bilag MA.1. Årlig omkostning for forskellige opvarmnings- og køleteknologier – Vinter-peaking Service Area (Forsyningsomkostninger på begge sider af måleren)
Bilag MA. 2. Annualiserede omkostninger ved forskellige opvarmnings- og køleteknologier – sommer-påbegyndt serviceområde (forsyningsomkostninger på begge sider af måleren)
Dr. Asbury omtalte også kort Argonnes arbejde med sæsonlagring til 100 procent opvarmning af bygninger og soltilgængelighed til rumopvarmning.
Dr. Heinz Pfeiffer fra Pennsylvania Power and Light Company præsenterede sin artikel om vurdering af energilagringssystemer for elforsyningsvirksomheder. Han bemærkede, at elforsyningsindustrien udgør et stort potentielt marked for egnede avancerede lagringssystemer. Sådanne systemer, der har den rette størrelse til enten daglige eller ugentlige lagringscyklusser, kan være alternativer til primære produktionsenheder i forbindelse med enten spids- eller mellemliggende produktionsformer. Installationer kan være mulige på centrale produktionssteder eller, i tilfælde af spredte enheder, på transmissions- og distributionsnet eller hos kunden. Hvis der kan udvikles og demonstreres egnede lagringsteknologier, kan op til 10 % af det installerede primære produktionsudstyr, som elforsyningsvirksomhederne har brug for i perioden 1985-95, erstattes af lagersystemer.
Lagerkapaciteter af potentiel interesse vil spænde fra 15 MW for spredte installationer i understationer til flere tusinde MW for store centrale stationer. Enhederne vil have brug for lagringsvarigheder på mellem 2 timer og 2 dage og vil skulle fungere med et opladnings-/afladningstidsforhold på mellem 0,2 og 2,4. Sådanne store intervaller af driftsparametre vil give et stort spillerum for teknologiske innovationer.
Der kan dog være langt mindre spillerum til rådighed, når der tages hensyn til driftsparametrene. Koncepter med lagerenheder vil sandsynligvis ikke blive seriøst overvejet, medmindre de fremtidige indtægtskrav til dækning af deres omkostninger er mindre end dem, der er nødvendige for at levere tilsvarende tjenester fra primærproduktionsudstyr. I det omfang de samlede besparelser som følge af reduktioner i brændselsomkostningerne er ledsaget af højere indledende kapitalinvesteringer, er det sandsynligt, at der er behov for betydeligt mere end en break-even-omkostningsfordel for at kunne tage lagersystemer i betragtning på grund af problemerne med at erhverve kapital fra forsyningsvirksomhederne.
De potentielle fordele ved lagersystemer til forsyningsvirksomheder er store nok til at berettige et forsknings- og udviklingsprogram, der har til formål at afklare nogle af de operationelle usikkerheder i forbindelse med deres anvendelse. Et sådant program bør omfatte:
○
Udarbejdelse af kvantitative modeller af virkningerne og fordelene ved lagringskapacitetsniveauer på driftssikkerheden og optimale produktionsblandinger og reservemarginaler. Disse modeller bør omfatte detaljerede efterspørgselsprognoser for perioden efter 1990, der afspejler sandsynlige ændringer i forsyningsselskabernes belastningskarakteristika.
○
Udarbejdelse af fordelene ved spredt lagring som en funktion af forsyningsselskabernes geografiske, arealanvendelse og efterspørgselskarakteristika. Denne undersøgelse bør foretages på et regionalt snarere end på et gennemsnitligt nationalt grundlag.
○
Opgørelse af de mulige interaktioner mellem lagring, belastningsstyring og tungere enheder mellem områder med forskellige belastningsegenskaber.
○
Sammenhæng mellem spredt lagring og spredt produktion og samlede energisystemer.
Parallel med sådanne undersøgelser er der behov for støtte til forskning og udvikling af lovende lagringskoncepter for at sikre rettidig tilgængelighed af forsyningsoptioner til lagring med en bred vifte af driftskarakteristika.
Dr. Charles Johnson fra University of Maryland præsenterede derefter sit dokument om fastsættelse af prioriteter for forskningsprojekter, hvilket udgør et vanskeligt problem for offentlige og erhvervsmæssige planlæggere. Ekstrem usikkerhed og betydelige informationskrav gør det vanskeligt at anvende traditionelle optimerings- og porteføljetilgange ved udvælgelsen af en række projekter. University of Maryland har udviklet og anvendt en prioriteringsteknik på et eksempel på et problem inden for forskning i energilagring.
Først konstrueres en hierarkisk struktur bestående af et overordnet mål og flere ordnede delmål. På alle niveauer i hierarkiet sammenlignes hvert par af emner med det emne, som det bidrager til. Sammenligningerne kan være baseret på eksperimentelle beviser, modeløvelser, ekspert- eller ledelsesmæssige udtalelser og samfundsmæssige præferencer. Sammenligningerne opsummeres derefter i en kvadratisk matrix med angivelse af de pågældende forhold. Vektorer af vægte udledes af denne matrix og aggregeres for at fastsætte endelige værdier, som bruges til at rangordne alternativerne.
Et prøvehierarki er blevet konstrueret for at sammenligne otte foreslåede batterityper til brug i transportsektoren. De vigtigste overvejelser i forbindelse med denne rangordning var elektrisk ydeevne, miljø- og sikkerhedsaspekter, udviklingsomkostninger og tidsrammer samt markedsaspekter. Til den endelige konstruktion blev der indhentet forslag fra brugere og DOE-programledere.