Sistemi chimici/termici
Anche se lo stoccaggio dell’idrogeno liquido può fornire veicoli ad alte prestazioni e a basso costo, le considerazioni sulla sicurezza probabilmente precluderanno un uso diffuso.
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Lo stoccaggio dell’idruro metallico è paragonabile ai sistemi avanzati a batteria, ma la disponibilità di idrogeno e il costo sono ostacoli importanti.
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L’immagazzinamento termico è un sistema esplorativo che può essere paragonabile ai veicoli a batteria avanzati; tuttavia, la sicurezza, i mezzi di ricarica termica e lo sviluppo del motore Stirling sono problemi chiave.
La seconda presentazione sui meccanismi di immagazzinamento di energia usati per il trasporto è stata fatta dal professor Robert McAlevy dello Stevens Institute of Technology. Ha iniziato notando che i veicoli automobilistici sono stati spinti quasi esclusivamente da combustibili derivati dal petrolio negli ultimi 60 anni. Ora, tuttavia, come risultato delle incertezze sulle fonti estere di petrolio e della rapida escalation dei prezzi, deve essere sviluppata una valida alternativa ai veicoli alimentati a petrolio.
Una alternativa è una classe di veicoli che impiega dispositivi di stoccaggio di energia a bordo che contengono energia derivata da fonti non petrolifere. Esempi di tali veicoli includono veicoli elettrici, veicoli alimentati a idrogeno e veicoli a volano. Un semplice modello analitico è stato sviluppato e applicato con successo per valutare questi veicoli alternativi.
Il modello permette di correlare la massa totale del veicolo e il consumo di energia, per mezzo di equazioni algebriche lineari, alle caratteristiche dei componenti e delle prestazioni del veicolo. Queste equazioni sono state utilizzate per proiettare la massa dei veicoli alternativi e il consumo di energia in periodi di tempo futuri, così come per prevedere l’impatto dell’aggiunta di volano-trasmissione sulla massa totale del veicolo e sul consumo di energia. I risultati del modello possono fornire una base razionale per gli investimenti in ricerca e sviluppo e altre analisi politiche relative al progresso dei veicoli alternativi.
Il dottor Ronald Smelt, ex capo scienziato della Lockheed Aircraft Co. ha discusso l’impatto della crisi energetica sull’industria automobilistica dalla prospettiva di un produttore di automobili. Nel contesto dell’offerta e della domanda internazionale di automobili, la domanda importante per valutare la penetrazione del mercato del veicolo elettrico diventa quali paesi si convertiranno per primi dal petrolio alle fonti di energia alternative. Una questione secondaria è quali combustibili alternativi saranno utilizzati.
Speculando sulla base dell’esperienza passata, il dottor Smelt ha concluso che, in primo luogo, ci deve essere una forte necessità (ad esempio, carenza di petrolio). Secondo, il paese deve avere la capacità di produrre e usare la tecnologia. In terzo luogo, la gente del paese non deve aver bisogno di percorrere lunghe distanze.
I membri del gruppo hanno concordato in una discussione dopo la presentazione del Dr. Smelt che il suo approccio era utile per identificare i parametri che devono essere considerati nella valutazione della penetrazione del mercato. Il Dr. Smelt ha notato che i modellisti tendono a concentrare la loro attenzione sugli Stati Uniti. Tuttavia, gli Stati Uniti saranno molto probabilmente l’ultimo paese a passare all’uso diffuso di veicoli elettrici a causa delle possibilità offerte dai combustibili sintetici derivati dal carbone, dallo scisto e dalla biomassa.
Il dottor Joseph Asbury dell’Argonne National Laboratory ha poi fatto una presentazione sui meccanismi di stoccaggio dell’energia per gli edifici. Il lavoro recente del gruppo di valutazione dell’immagazzinamento dell’Argonne si è concentrato sulla valutazione delle tecnologie di riscaldamento e raffreddamento ad accumulo elettrico, compreso il riscaldamento ad accumulo elettrico, il sistema di riscaldamento bivalente (ad esempio, petrolio, elettrico), le pompe di calore elettriche e i sistemi di energia solare. Il costo totale della fornitura di servizi di riscaldamento e raffreddamento degli spazi con sistemi di accumulo di energia termica è stato confrontato con il costo della fornitura di questi servizi con tecnologie concorrenti.
Riconoscendo che l’energia elettrica non è prezzata al vero costo marginale, Argonne ha ideato un metodo per calcolare il costo dell’elettricità al fine di determinare il costo totale del servizio. Nell’approccio di studio del caso a questo problema, il modello SIMSTOR di Argonne per l’allocazione dei costi è stato usato per stimare i costi di fornitura del servizio nelle aree di servizio in tutto il paese. L’analisi di due aree di servizio (la regione del Nord-Est, fornita da un’azienda elettrica il cui picco di carico si verifica durante la stagione di riscaldamento invernale; e la regione dell’Atlantico centrale, servita da un’azienda che parla d’estate) ha indicato che lo stoccaggio e i sistemi bivalenti sono le tecnologie più efficienti nell’area di servizio che parla d’inverno, e la pompa di calore in combinazione con lo stoccaggio è la tecnologia a più basso costo nell’area di servizio fornita dall’azienda che parla d’estate (vedi l’Esposizione MA.1 e MA. 2). Il costo di fornitura dell’energia include i costi dell’utenza e del doppio combustibile. Per valutare le unità di capitale in modo coerente su entrambi i lati del contatore elettrico, i costi annualizzati del cliente sono calcolati sulla base dello stesso tasso di recupero del capitale usato per l’utilità elettrica.
Esposizione MA.1. Costo annualizzato per diverse tecnologie di riscaldamento e raffreddamento – Area di servizio invernale (costo dell’utilità su entrambi i lati del contatore)
Exhibit MA. 2. Costo annualizzato di diverse tecnologie di riscaldamento e raffreddamento – area di servizio estiva (costi delle utenze su entrambi i lati del contatore)
Il dott. Asbury ha anche discusso brevemente il lavoro di Argonne sull’immagazzinamento stagionale per il riscaldamento al 100% degli edifici e la disponibilità solare per il riscaldamento degli spazi.
Il dott. Heinz Pfeiffer della Pennsylvania Power and Light Company ha presentato il suo documento che valuta i sistemi di stoccaggio dell’energia per le utenze elettriche. Ha notato che l’industria delle utenze elettriche rappresenta un grande mercato potenziale per adeguati sistemi di stoccaggio avanzati. Tali sistemi, adeguatamente dimensionati per cicli di stoccaggio giornalieri o settimanali, potrebbero essere un’alternativa alle unità di generazione primaria sia per le modalità di generazione di picco che intermedie. Le installazioni possono essere fattibili in siti di generazione centrale o, in unità disperse, per posizioni su reti di trasmissione e distribuzione o presso il cliente. Complessivamente, se le tecnologie di immagazzinamento adatte possono essere sviluppate e dimostrate, fino al 10% dell’attrezzatura di generazione primaria installata, necessaria ai servizi elettrici nel periodo 1985-95, potrebbe essere sostituita da sistemi di immagazzinamento.
Le capacità di immagazzinamento di potenziale interesse andranno da 15 MW per installazioni disperse in sottostazione a diverse migliaia di MW per grandi stazioni centrali. Le unità avranno bisogno di durate di stoccaggio che vanno da 2 ore a 2 giorni e dovranno operare su rapporti di tempo di carica/scarica da 0,2 a 2,4. Queste ampie gamme di parametri operativi forniranno una grande latitudine per le innovazioni tecnologiche.
Molto meno latitudine può essere disponibile, comunque, quando si prendono in considerazione i parametri operativi. I concetti dei dispositivi di immagazzinamento non riceveranno probabilmente una seria considerazione a meno che i futuri requisiti di reddito per coprire i loro costi non siano inferiori a quelli per fornire un servizio comparabile da apparecchiature di generazione primaria. Nella misura in cui i risparmi complessivi risultanti dalle riduzioni dei costi del combustibile sono accompagnati da più alti investimenti di capitale iniziale, è probabile che sostanzialmente più di un vantaggio di costo di pareggio sarà necessario per la considerazione favorevole dei sistemi di immagazzinamento a causa dei problemi di acquisizione del capitale di utilità.
I potenziali benefici dei sistemi di immagazzinamento di utilità sono abbastanza grandi da garantire un programma di ricerca e sviluppo volto a chiarire alcune delle incertezze operative riguardanti il loro uso. Tale programma dovrebbe includere:
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Stabilire modelli quantitativi degli effetti e dei benefici dei livelli di capacità di stoccaggio sulle affidabilità del servizio e sui mix ottimali di generazione e sui margini di riserva. Questi dovrebbero incorporare proiezioni dettagliate della domanda per il periodo successivo al 1990, riflettendo i probabili cambiamenti nelle caratteristiche del carico delle utility.
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Sviluppare i benefici dello stoccaggio disperso in funzione delle caratteristiche geografiche, dell’uso del territorio e della domanda delle utility. Questo studio dovrebbe essere su una base regionale piuttosto che nazionale media.
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Stabilire le possibili interazioni tra lo stoccaggio, il controllo del carico e le entità più pesanti tra aree con caratteristiche di carico diverse.
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Relazione dello stoccaggio disperso alla generazione dispersa e ai sistemi energetici totali.
In parallelo a questi studi, c’è bisogno di ricerca e supporto allo sviluppo di promettenti concetti di stoccaggio per assicurare la tempestiva disponibilità di opzioni di stoccaggio di utilità con un’ampia gamma di caratteristiche operative.
Il dottor Charles Johnson dell’Università del Maryland ha poi presentato il suo documento sulla definizione delle priorità dei progetti di ricerca che pone un problema difficile per i pianificatori governativi e aziendali. L’estrema incertezza e i sostanziali requisiti di informazione rendono difficile applicare l’ottimizzazione tradizionale e gli approcci di portafoglio nella selezione di una serie di progetti. L’Università del Maryland ha sviluppato e applicato una tecnica di prioritizzazione a un problema campione nella ricerca sull’immagazzinamento dell’energia.
Prima, viene costruita una struttura gerarchica che consiste in un obiettivo generale e diversi sotto-obiettivi ordinati. A tutti i livelli della gerarchia, ogni coppia di elementi viene confrontata con l’elemento a cui contribuisce. I confronti possono essere basati su prove sperimentali, esercizi di modelli, opinioni di esperti o manageriali, e preferenze della società. I confronti sono poi riassunti in una matrice quadrata che indica i rapporti coinvolti. I vettori dei pesi sono dedotti da questa matrice e aggregati per stabilire i valori finali, che sono usati per classificare le alternative.
Una gerarchia campione è stata costruita per confrontare otto tipi di batterie proposte per l’uso nel trasporto. Le principali considerazioni per questa classifica sono state le prestazioni elettriche, gli aspetti ambientali e di sicurezza, i costi e i tempi di sviluppo e gli aspetti di mercato. Per la costruzione finale, sono stati sollecitati suggerimenti dagli utenti e dai responsabili dei programmi DOE.