Kémiai/termikus rendszerek
Bár a folyékony hidrogén tárolása nagy teljesítményű, alacsony költségű járműveket biztosíthat, a biztonsági szempontok valószínűleg kizárják a széles körű használatot.
○
A fémhidridek tárolása a fejlett akkumulátoros rendszerekhez hasonló, de a hidrogén elérhetősége és a költségek jelentős akadályokat jelentenek.
○
A termikus tárolás egy olyan feltáró rendszer, amely a fejlett akkumulátoros járművekhez hasonlítható; a biztonság, a termikus feltöltés eszközei és a Stirlingmotor fejlesztése azonban kulcsfontosságú problémák.
A második előadást a közlekedésben használt energiatárolási mechanizmusokról Robert McAlevy, a Stevens Institute of Technology professzora tartotta. Azzal kezdte, hogy a gépjárműveket az elmúlt 60 évben szinte kizárólag kőolajból származó üzemanyagokkal hajtották. Most azonban a külföldi kőolajforrásokkal kapcsolatos bizonytalanságok és a rohamosan emelkedő árak miatt a kőolajjal működő járműveknek életképes alternatívát kell kifejleszteniük.
Az egyik alternatíva a járművek olyan osztálya, amely nem kőolajforrásokból származó energiát tartalmazó fedélzeti energiatároló eszközöket alkalmaz. Ilyen járművek például az elektromos járművek, a hidrogénüzemű járművek és a lendkerekes járművek. Egy egyszerű, analitikus modellt fejlesztettek ki és alkalmaztak sikeresen ezen alternatív járművek értékelésére.
A modell lehetővé teszi a jármű teljes tömegének és energiafogyasztásának lineáris algebrai egyenletekkel való összefüggését a jármű alkatrész- és teljesítményjellemzőkkel. Ezeket az egyenleteket arra használták, hogy az alternatív járművek tömegét és energiafogyasztását előrejelezzék a jövőbeli időkeretekre, valamint arra, hogy megjósolják a lendkerék-erőátvitel hozzáadásának hatását a jármű össztömegére és energiafogyasztására. A modell eredményei racionális alapot nyújthatnak az alternatív járművek fejlesztésével kapcsolatos kutatás-fejlesztési beruházásokhoz és egyéb politikai elemzésekhez.
Dr. Ronald Smelt, a Lockheed Aircraft Co. korábbi vezető tudósa egy autógyártó szemszögéből tárgyalta az energiaválság autóiparra gyakorolt hatását. Az autók nemzetközi kínálatának és keresletének összefüggésében az elektromos járművek piaci elterjedésének értékelésében az a fontos kérdés, hogy mely országok térnek át először a kőolajról az alternatív energiaforrásokra. Másodlagos kérdés, hogy milyen alternatív üzemanyagokat fognak használni.
A múltbeli tapasztalatok alapján Dr. Smelt arra a következtetésre jutott, hogy először is erős szükségletnek kell lennie (pl. olajhiány). Másodszor, az országnak képesnek kell lennie a technológia előállítására és alkalmazására. Harmadszor, az ország lakosságának nem kell nagy távolságokat megtennie.
A testület tagjai a Dr. Smelt előadását követő vitában egyetértettek abban, hogy az ő megközelítése hasznos volt azon paraméterek meghatározásához, amelyeket figyelembe kell venni a piaci penetráció értékelésénél. Dr. Smelt megjegyezte, hogy a modellezők általában az Egyesült Államokra összpontosítják figyelmüket. Az Egyesült Államok azonban valószínűleg az utolsó ország lesz, amelyik átáll az elektromos járművek széleskörű használatára, mivel a szénből, palából és biomasszából származó szintetikus üzemanyagokban rejlő lehetőségek miatt.
Dr. Joseph Asbury az Argonne Nemzeti Laboratóriumból ezután az épületek energiatárolási mechanizmusairól tartott előadást. Az Argonne tárolási értékelő csoportjának közelmúltbeli munkája az elektromos tárolós fűtési és hűtési technológiák értékelésére összpontosított, beleértve az elektromos tárolós fűtést, a kétértékű fűtési rendszert (pl. olaj, elektromos), az elektromos hőszivattyúkat és a napenergia-rendszereket. A hőenergia-tároló rendszerekkel nyújtott helyiségfűtési és hűtési szolgáltatások teljes költségét összehasonlították a konkurens technológiákkal nyújtott szolgáltatások költségével.
A felismerve, hogy az elektromos energia ára nem a valódi határköltségen alapul, az Argonne kidolgozott egy módszert a villamos energia költségének kiszámítására a szolgáltatás teljes költségének meghatározása érdekében. A probléma esettanulmányos megközelítésében az Argonne SIMSTOR költségfelosztási modelljét használták a közüzemi ellátási költségek becslésére az ország szolgáltatási területein. Két közüzemi szolgáltatási terület elemzése (az északkeleti régió, amelyet egy olyan áramszolgáltató lát el, amelynek csúcsterhelése a téli fűtési szezonban jelentkezik; és a közép-atlanti régió, amelyet egy nyáron működő áramszolgáltató lát el) azt mutatta, hogy a télen működő szolgáltatási területen a tároló és a kétértékű rendszerek a leghatékonyabb technológiák, a nyáron működő áramszolgáltató által ellátott szolgáltatási területen pedig a tárolóval kombinált hőszivattyú a legolcsóbb technológia (lásd a MA.1. és MA. 2. ábrát). Az energiaellátás költsége tartalmazza a közüzemi és a kettős tüzelőanyag költségeit. Annak érdekében, hogy a tőkeegységeket a villanyóra mindkét oldalán következetesen értékeljük, a fogyasztó évesített költségeit ugyanazon tőkemegtérülési ráta alapján számoljuk ki, amelyet a villamosenergia-szolgáltató esetében is alkalmazunk.
A MA.1. melléklet. Különböző fűtési és hűtési technológiák évesített költségei – Téli-piaci szolgáltatási terület (közüzemi költségek a mérő mindkét oldalán)
Függelék MA. 2. Különböző fűtési és hűtési technológiák éves költségei – nyári-főzési szolgáltatási terület (közüzemi költségek a mérő mindkét oldalán)
Dr. Asbury röviden kitért az Argonne munkájára is, amely az épületek 100 százalékos fűtésére szolgáló szezonális tárolással és a helyiségek fűtésére szolgáló napenergia rendelkezésre állásával foglalkozik.
Dr. Heinz Pfeiffer a Pennsylvania Power and Light Company-tól bemutatta az elektromos közművek energiatárolási rendszereit értékelő tanulmányát. Megjegyezte, hogy a villamosenergia-ipar nagy potenciális piacot jelent a megfelelő fejlett tárolórendszerek számára. Az ilyen rendszerek, megfelelően méretezve akár napi, akár heti tárolási ciklusokra, alternatívái lehetnek az elsődleges termelőegységeknek akár csúcs-, akár köztes termelési módban. A telepítések megvalósíthatók a központi termelőhelyeken, illetve a szétszórt egységek esetében az átviteli és elosztóhálózatokon vagy a fogyasztó telephelyén. Összességében, ha a megfelelő tárolási technológiákat ki lehet fejleszteni és be lehet mutatni, az 1985-95 közötti időszakban a villamosenergia-szolgáltatók által szükséges primer termelőberendezések akár 10 százalékát is ki lehet váltani tárolórendszerekkel.
A potenciálisan érdekes tárolási kapacitások a 15 MW-tól a szétszórt alállomási létesítmények esetében több ezer MW-ig terjednek a nagy központi állomások esetében. Az egységeknek 2 órától 2 napig terjedő tárolási időtartamra lesz szükségük, és 0,2 és 2,4 közötti töltési/kisütési időarányok mellett kell működniük. Az üzemeltetési paraméterek ilyen széles tartományai nagy mozgásteret biztosítanak a technológiai újítások számára.
Sokkal kisebb mozgástér állhat azonban rendelkezésre, ha az üzemeltetési paramétereket is figyelembe vesszük. A tárolóeszköz-koncepciókat valószínűleg nem fogják komolyan figyelembe venni, hacsak a költségeik fedezéséhez szükséges jövőbeli bevételi követelmények nem alacsonyabbak, mint az elsődleges termelőberendezések által nyújtott hasonló szolgáltatás költségei. Amennyiben az üzemanyagköltségek csökkentéséből eredő általános megtakarítások magasabb kezdeti tőkebefektetésekkel járnak együtt, valószínű, hogy a közművek tőkebeszerzési problémái miatt a tárolórendszerek kedvező megfontolásához a megtérülési költségelőnynél lényegesen többre lesz szükség.
A közműtároló rendszerek lehetséges előnyei elég nagyok ahhoz, hogy indokolják a használatukkal kapcsolatos néhány működési bizonytalanság tisztázására irányuló kutatási és fejlesztési programot. Egy ilyen programnak tartalmaznia kell:
○
Kvantitatív modellek készítése a tárolási kapacitás szintjeinek a szolgáltatási megbízhatóságra és az optimális termelési kombinációkra és tartalékkeretekre gyakorolt hatásairól és előnyeiről. Ezeknek részletes keresleti előrejelzéseket kell tartalmazniuk az 1990 utáni időszakra vonatkozóan, amelyek tükrözik a közüzemi terhelési jellemzők valószínűsíthető változásait.
○
A szétszórt tárolás előnyeinek kidolgozása a közüzemi földrajzi, területhasználati és keresleti jellemzők függvényében. Ennek a tanulmánynak inkább regionális, mintsem országos átlagra kell vonatkoznia.
○
A tárolás, a terhelésszabályozás és az eltérő terhelési jellemzőkkel rendelkező területek közötti lehetséges kölcsönhatások megállapítása.
○
A szétszórt tárolás összefüggésbe hozása a szétszórt termeléssel és a teljes energiarendszerekkel.
Az ilyen tanulmányokkal párhuzamosan szükség van az ígéretes tárolási koncepciók kutatás-fejlesztési támogatására, hogy időben rendelkezésre álljanak a működési jellemzők széles skálájával rendelkező közüzemi tárolási lehetőségek.
Dr. Charles Johnson a Marylandi Egyetemről ezután bemutatta a kutatási projektek prioritásainak meghatározásáról szóló előadását, amely nehéz problémát jelent a kormányzati és vállalati tervezők számára. A szélsőséges bizonytalanság és a jelentős információigény megnehezíti a hagyományos optimalizálási és portfólió-megközelítések alkalmazását a projektek kiválasztásakor. A Marylandi Egyetem kifejlesztett és alkalmazott egy prioritási technikát az energiatárolási kutatás egy mintaproblémájára.
Először egy hierarchikus struktúrát építettek fel, amely egy átfogó célból és több rendezett részcélból áll. A hierarchia minden szintjén minden egyes elempárt összehasonlítanak azzal az elemmel, amelyhez hozzájárul. Az összehasonlítások alapulhatnak kísérleti bizonyítékokon, modellgyakorlaton, szakértői vagy vezetői véleményen és társadalmi preferenciákon. Az összehasonlításokat ezután egy négyzetmátrixban foglalják össze, feltüntetve az érintett arányokat. Ebből a mátrixból súlyvektorokat vezetnek le és aggregálják a végső értékek megállapításához, amelyeket az alternatívák rangsorolásához használnak.
Egy mintahierarchiát építettek fel a közlekedésben való felhasználásra javasolt nyolc akkumulátortípus összehasonlítására. A rangsorolás fő szempontjai az elektromos teljesítmény, a környezetvédelmi és biztonsági szempontok, a fejlesztési költségek és időkeretek, valamint a piaci szempontok voltak. A végső felépítéshez javaslatokat kértek a felhasználóktól és a DOE programmenedzsereitől.