Kemialliset/termiset järjestelmät
Vaikka nestemäisen vedyn varastoinnilla voidaan saada aikaan suorituskykyisiä ja halpoja ajoneuvoja, turvallisuusnäkökohdat estävät luultavasti laajamittaisen käytön.
○
Metallihydridien varastoinnit ovat vertailukelpoisia edistyneisiin akkukäyttöön tarkoitettuihin akkujärjestelmiin nähden, mutta vetyä on saatavissa vain vähän saatavilla.
○
Lämpövarastointi on tutkittava järjestelmä, joka voi olla verrattavissa kehittyneisiin akkuajoneuvoihin; turvallisuus, lämpöenergian latauskeinot ja Stirling-moottorin kehittäminen ovat kuitenkin keskeisiä ongelmia.
Toisen esityksen liikenteessä käytettävistä energiavarastointimekanismeista piti professori Robert McAlevy Stevensin teknillisestä instituutista. Hän aloitti puheenvuoronsa toteamalla, että ajoneuvoja on viimeisten 60 vuoden aikana liikutettu lähes yksinomaan öljypohjaisilla polttoaineilla. Nyt, kun ulkomaisiin öljylähteisiin liittyvät epävarmuustekijät ja rajusti nousevat hinnat aiheuttavat epävarmuutta, on kuitenkin kehitettävä käyttökelpoinen vaihtoehto öljypolttoaineella toimiville ajoneuvoille.
Yksi vaihtoehdoksi on kehitetty ajoneuvoluokka, jossa käytetään energiavarastointilaitteita, jotka sisältävät muista kuin öljylähteistä peräisin olevaa energiaa. Esimerkkejä tällaisista ajoneuvoista ovat sähköajoneuvot, vetykäyttöiset ajoneuvot ja vauhtipyöräajoneuvot. Yksinkertainen analyyttinen malli on kehitetty ja sitä on sovellettu menestyksekkäästi näiden vaihtoehtoisten ajoneuvojen arviointiin.
Mallin avulla ajoneuvon kokonaismassa ja energiankulutus voidaan suhteuttaa lineaaristen algebralaisten yhtälöiden avulla ajoneuvon osien ja suorituskyvyn ominaisuuksiin. Näitä yhtälöitä on käytetty vaihtoehtoisten ajoneuvojen massan ja energiankulutuksen ennustamiseen tuleville ajanjaksoille sekä vauhtipyörän ja voimansiirron lisäämisen vaikutuksen ennustamiseen ajoneuvon kokonaismassaan ja energiankulutukseen. Mallin tulokset voivat tarjota rationaalisen perustan tutkimus- ja kehitysinvestoinneille ja muille vaihtoehtoisten ajoneuvojen edistämiseen liittyville poliittisille analyyseille.
Tohtori Ronald Smelt, Lockheed Aircraft Co:n entinen johtava tutkija, käsitteli energiakriisin vaikutusta autoteollisuuteen autonvalmistajan näkökulmasta. Kun otetaan huomioon autojen kansainvälinen tarjonta ja kysyntä, sähköajoneuvojen markkinaosuutta arvioitaessa tärkeäksi kysymykseksi tulee, mitkä maat siirtyvät ensin öljystä vaihtoehtoisiin energialähteisiin. Toissijainen kysymys on, mitä vaihtoehtoisia polttoaineita käytetään.
Tohtori Smelt päätteli aiempien kokemusten perusteella, että ensinnäkin on oltava suuri tarve (esim. öljypula). Toiseksi maalla on oltava valmiudet tuottaa ja käyttää teknologiaa. Kolmanneksi maan asukkaiden ei tarvitse matkustaa pitkiä matkoja.
Tohtori Smeltin esityksen jälkeen käydyssä keskustelussa paneelin jäsenet olivat yhtä mieltä siitä, että hänen lähestymistapansa oli hyödyllinen määriteltäessä parametreja, jotka on otettava huomioon arvioitaessa markkinaosuutta. Tohtori Smelt totesi, että mallintajat keskittyvät yleensä Yhdysvaltoihin. Yhdysvallat on kuitenkin todennäköisesti viimeinen maa, joka siirtyy sähköajoneuvojen laajamittaiseen käyttöön, koska hiilestä, liuskekivestä ja biomassasta peräisin olevat synteettiset polttoaineet tarjoavat mahdollisuuksia.
Tohtori Joseph Asbury Argonnen kansallisesta laboratoriosta esitelmöi tämän jälkeen rakennusten energian varastointimekanismeista. Argonnen varastoinnin arviointiryhmän viimeaikaisessa työssä on keskitytty arvioimaan sähkövarastoituja lämmitys- ja jäähdytystekniikoita, mukaan lukien sähkövarastoitu lämmitys, bivalentti lämmitysjärjestelmä (esim. öljy, sähkö), sähkölämpöpumput ja aurinkoenergiajärjestelmät. Tilojen lämmitys- ja jäähdytyspalvelujen tarjoamisen kokonaiskustannuksia lämpöenergian varastointijärjestelmillä verrattiin kustannuksiin, joita aiheutuu näiden palvelujen tarjoamisesta kilpailevilla tekniikoilla.
Tunnustettaessa, että sähköenergiaa ei hinnoitella todellisten rajakustannusten mukaan, Argonne kehitti menetelmän sähkön kustannusten laskemiseksi palvelun kokonaiskustannusten määrittämiseksi. Tapaustutkimuslähestymistavassa tähän ongelmaan käytettiin Argonnen kustannustenjakomallia SIMSTOR arvioitaessa yleishyödyllisten laitosten toimituskustannuksia palvelualueilla eri puolilla maata. Kahden sähkölaitoksen palvelualueiden analyysi (Koillis-Atlantin alue, jota toimittaa sähkölaitos, jonka huippukuormitus ajoittuu talven lämmityskaudelle, ja Keski-Atlantin alue, jota toimittaa kesällä toimiva sähkölaitos) osoitti, että varastointi- ja bivalenttijärjestelmät ovat tehokkaimpia tekniikoita talvella toimivalla palvelualueella ja lämpöpumppu yhdessä varastoinnin kanssa on edullisin tekniikka palvelualueella, jota toimittaa kesäaikaan toimiva sähkölaitos (ks. taulukot MA.1 ja MA. 2). Energiantoimituskustannuksiin sisältyvät yleishyödyllisen laitoksen ja monipolttoaineen kustannukset. Jotta pääomayksiköt voidaan arvostaa johdonmukaisesti sähkömittarin molemmin puolin, asiakkaan vuotuiset kustannukset lasketaan saman pääoman palautusprosentin perusteella, jota käytetään sähkölaitoksen osalta.
Näyte MA.1. Vuotuiset kustannukset eri lämmitys- ja jäähdytystekniikoille-talvipalvelualue (yleishyödylliset kustannukset mittarin molemmin puolin)
Exhibit MA. 2. Eri lämmitys- ja jäähdytystekniikoiden vuotuiset kustannukset-kesä-Peaking Service Area (Utility Costs on Both Sides of Meter)
Tohtori Asbury käsitteli myös lyhyesti Argonnen työtä, joka koskee kausivarastointia rakennusten 100-prosenttista lämmittämistä varten ja aurinkoenergian saatavuutta tilojen lämmittämiseen.
Tohtori Heinz Pfeiffer Pennsylvanian sähkö- ja valovirtayhtiöltä esitteli esitelmänsä, jossa arvioitiin energiavarastointijärjestelmiä sähköntoimittajia varten. Hän totesi, että sähkölaitosala on suuri potentiaalinen markkina-alue sopiville kehittyneille varastointijärjestelmille. Tällaiset järjestelmät, jotka on asianmukaisesti mitoitettu joko päivittäisiä tai viikoittaisia varastointisyklejä varten, voisivat olla vaihtoehtoja ensisijaisille tuotantoyksiköille joko huippu- tai välituotannossa. Asennukset voivat olla toteuttamiskelpoisia keskitetyissä tuotantolaitoksissa tai hajautetuissa yksiköissä siirto- ja jakeluverkoissa tai asiakkaan luona. Kaiken kaikkiaan, jos sopivia varastointitekniikoita voidaan kehittää ja demonstroida, varastointijärjestelmillä voitaisiin korvata jopa 10 prosenttia sähkölaitosten vuosina 1985-95 tarvitsemista primäärituotantolaitteista.
Potentiaalisesti kiinnostavat varastointikapasiteetit vaihtelevat 15 MW:sta hajautetuilla sähköasemilla useisiin tuhansiin MW:iin suurissa keskuslaitoksissa. Yksiköt tarvitsevat varastointiaikaa 2 tunnista 2 vuorokauteen, ja niiden on toimittava lataus- ja purkautumisaikojen suhteen ollessa 0,2-2,4. Näin laajat toimintaparametrien vaihteluvälit antavat paljon liikkumavaraa teknologisille innovaatioille.
Toimintaparametrit huomioon ottaen liikkumavaraa voi kuitenkin olla paljon vähemmän. Varastointilaitekonsepteja ei todennäköisesti harkita vakavasti, elleivät niiden kustannusten kattamiseksi tulevaisuudessa vaadittavat tulot ole pienemmät kuin vastaavan palvelun tarjoaminen primaaristen tuotantolaitteiden avulla. Sikäli kuin polttoainekustannusten alenemisesta johtuviin kokonaissäästöihin liittyy suurempia alkupääomainvestointeja, on todennäköistä, että varastointijärjestelmien suotuisan harkinnan edellytyksenä on huomattavasti enemmän kuin kannattavuuskustannusetu, koska sähkölaitosten pääoman hankintaan liittyy ongelmia.
Varastointijärjestelmien potentiaaliset hyödyt ovat niin suuret, että ne oikeuttavat tutkimus- ja kehittämisohjelman, jonka tarkoituksena on selventää joitain niiden käyttöön liittyviä toiminnallisia epävarmuustekijöitä. Tällaiseen ohjelmaan tulisi kuulua:
○
Kvantitatiivisten mallien laatiminen varastointikapasiteettitasojen vaikutuksista ja hyödyistä palvelun luotettavuuteen ja optimaalisiin tuotantoyhdistelmiin ja varamarginaaleihin. Näihin olisi sisällytettävä vuoden 1990 jälkeistä aikaa koskevat yksityiskohtaiset kysyntäennusteet, jotka heijastavat yleishyödyllisten laitosten kuormitusominaisuuksien todennäköisiä muutoksia.
○
Kehitetään hajautetun varastoinnin hyötyjä yleishyödyllisten laitosten maantieteellisten, maankäytön ja kysynnän ominaisuuksien funktiona. Tämän tutkimuksen olisi oltava pikemminkin alueellinen kuin keskimäärin kansallinen.
○
Valmistetaan mahdolliset vuorovaikutussuhteet varastoinnin, kuormanhallinnan ja raskaampien yksiköiden välillä kuormitusominaisuuksiltaan erilaisten alueiden välillä.
○
Suhteutetaan hajautettu varastointi hajautettuun tuotantoon ja kokonaisenergiajärjestelmiin.
Tällaisten tutkimusten rinnalla tarvitaan lupaavien varastointikonseptien tutkimus- ja kehitystukea, jotta voidaan varmistaa ajoissa sellaisten yleishyödyllisten varastointivaihtoehtojen saatavuus, joilla on monenlaisia käyttöominaisuuksia.
Tohtori Charles Johnson Marylandin yliopistosta esitteli tämän jälkeen esitelmänsä tutkimushankkeiden tärkeysjärjestyksen määrittämisestä, mikä on hankala ongelma hallituksen ja yritysten suunnittelijoille. Äärimmäinen epävarmuus ja huomattavat tietovaatimukset vaikeuttavat perinteisten optimointi- ja portfoliomenetelmien soveltamista hankkeiden valinnassa. Marylandin yliopistossa on kehitetty ja sovellettu priorisointitekniikkaa energian varastointitutkimuksen esimerkkiongelmaan.
Aluksi rakennetaan hierarkkinen rakenne, joka koostuu yleistavoitteesta ja useista järjestetyistä alatavoitteista. Hierarkian kaikilla tasoilla jokaista kohdeparia verrataan siihen kohteeseen, johon se vaikuttaa. Vertailut voivat perustua kokeelliseen todistusaineistoon, malliharjoitukseen, asiantuntijan tai johtajan mielipiteeseen ja yhteiskunnallisiin mieltymyksiin. Tämän jälkeen vertailuista tehdään yhteenveto neliömatriisiin, jossa ilmoitetaan kyseessä olevat suhteet. Tästä matriisista johdetaan painovektorit, jotka yhdistetään lopullisiksi arvoiksi, joita käytetään vaihtoehtojen asettamiseen paremmuusjärjestykseen.
Esimerkkihierarkia on laadittu vertailemaan kahdeksaa liikenteessä käytettäväksi ehdotettua akkutyyppiä. Tärkeimpiä näkökohtia tässä järjestyksessä olivat sähköinen suorituskyky, ympäristö- ja turvallisuusnäkökohdat, kehityskustannukset ja -aikataulu sekä markkinanäkökohdat. Lopullista rakennetta varten pyydettiin ehdotuksia käyttäjiltä ja DOE:n ohjelmapäälliköiltä.