Chemical/Thermal Systems
Although liquid hydrogen storage can provide high-performance, low-cost vehicles, safety considerations will probably preclude widespread use.
○
Metallic hydride storage is comparable to advanced battery systems, but hydrogen availability and cost are major obstacles.
○
Thermische opslag is een verkennend systeem dat vergelijkbaar kan zijn met geavanceerde batterijvoertuigen; veiligheid, middelen om thermisch op te laden, en de ontwikkeling van Stirling-motoren zijn echter belangrijke problemen.
De tweede presentatie over energieopslagmechanismen die voor vervoer worden gebruikt, werd gegeven door professor Robert McAlevy van het Stevens Institute of Technology. Hij begon met op te merken dat auto’s de afgelopen 60 jaar bijna uitsluitend werden aangedreven door brandstoffen die van aardolie waren afgeleid. Nu, echter, als gevolg van onzekerheden over buitenlandse aardoliebronnen en snel stijgende prijzen, moet een levensvatbaar alternatief voor aardolie aangedreven voertuigen worden ontwikkeld.
Een alternatief is een klasse voertuigen die gebruik maken van energieopslagapparatuur aan boord die energie bevat die is afgeleid van andere bronnen dan aardolie. Voorbeelden van dergelijke voertuigen zijn elektrische voertuigen, voertuigen op waterstof en vliegwielvoertuigen. Een eenvoudig, analytisch model is ontwikkeld en met succes toegepast om deze alternatieve voertuigen te evalueren.
Met dit model kunnen de totale massa en het energieverbruik van het voertuig door middel van lineaire algebraïsche vergelijkingen worden gerelateerd aan de kenmerken van de voertuigcomponenten en de prestaties. Deze vergelijkingen zijn gebruikt om de massa en het energieverbruik van alternatieve voertuigen in de toekomst te voorspellen, alsmede om de invloed van de toevoeging van vliegwiel-transmissie op de totale massa en het totale energieverbruik van het voertuig te voorspellen. De modelresultaten kunnen een rationele basis vormen voor investeringen in onderzoek en ontwikkeling en andere beleidsanalyses met betrekking tot de vooruitgang van alternatieve voertuigen.
Dr. Ronald Smelt, voormalig Chief Scientist van Lockheed Aircraft Co, besprak de gevolgen van de energiecrisis voor de auto-industrie vanuit het perspectief van een autofabrikant. In de context van het internationale aanbod van en de vraag naar auto’s wordt de belangrijke vraag bij de beoordeling van de marktpenetratie van de elektrische auto, welke landen het eerst zullen overschakelen van aardolie op alternatieve energiebronnen. Een secundaire vraag is welke alternatieve brandstoffen zullen worden gebruikt.
Speculerend op basis van ervaringen uit het verleden, concludeerde Dr. Smelt dat, ten eerste, er een sterke behoefte moet zijn (b.v. een tekort aan olie). Ten tweede moet het land in staat zijn de technologie te produceren en te gebruiken. Ten derde mag de bevolking van het land geen lange afstanden hoeven af te leggen.
De panelleden waren het er in een discussie na de presentatie van Dr. Smelt over eens dat zijn benadering nuttig was voor het vaststellen van de parameters die in aanmerking moeten worden genomen bij de beoordeling van de marktpenetratie. Dr. Smelt merkte op dat modelleurs de neiging hebben hun aandacht te richten op de Verenigde Staten. De Verenigde Staten zullen echter waarschijnlijk het laatste land zijn dat overschakelt op het wijdverbreide gebruik van elektrische voertuigen, vanwege de mogelijkheden die worden geboden door synthetische brandstoffen uit steenkool, schalie en biomassa.
Dr. Joseph Asbury van Argonne National Laboratory gaf vervolgens een presentatie over energieopslagmechanismen voor gebouwen. Recent werk van de Argonne storage evaluation group heeft zich geconcentreerd op de evaluatie van elektrische opslagverwarming en -koelingstechnologieën, waaronder elektrische opslagverwarming, bivalente verwarmingssystemen (bv. olie, elektrisch), elektrische warmtepompen, en zonne-energiesystemen. De totale kosten van het leveren van ruimteverwarmings- en koelingsdiensten met warmteopslagsystemen werden vergeleken met de kosten van het leveren van deze diensten met concurrerende technologieën.
In het besef dat elektrische energie niet tegen de werkelijke marginale kosten wordt geprijsd, heeft Argonne een methode ontwikkeld voor het berekenen van de kosten van elektriciteit om de totale kosten van de dienst te bepalen. In de casestudy-benadering van dit probleem werd het kostentoerekeningsmodel SIMSTOR van Argonne gebruikt om de kosten van de nutsvoorziening in verzorgingsgebieden in het hele land te ramen. Uit de analyse van twee verzorgingsgebieden van nutsbedrijven (de noordoostelijke regio, die wordt bevoorraad door een elektriciteitsbedrijf waarvan de piekbelasting in het winterseizoen plaatsvindt; en de Midden-Atlantische regio, die wordt bevoorraad door een zomersprekend nutsbedrijf) bleek dat de opslag- en bivalente systemen de meest efficiënte technologieën zijn in het wintersprekende verzorgingsgebied, en dat de warmtepomp in combinatie met opslag de goedkoopste technologie is in het verzorgingsgebied dat wordt bevoorraad door het zomersprekende nutsbedrijf (zie de diagrammen MA.1 en MA. 2). De kosten van de energievoorziening omvatten de kosten van het nutsbedrijf en de dubbele brandstof. Om de kapitaaleenheden aan beide zijden van de elektriciteitsmeter consequent te waarderen, worden de geannualiseerde kosten van de klant berekend op basis van hetzelfde kapitaalterugwinningspercentage dat voor het elektriciteitsbedrijf wordt gebruikt.
Afbeelding MA.1. Op jaarbasis berekende kosten voor verschillende verwarmings- en koeltechnologieën voor het wintergebied (kosten van beide zijden van de meter)
Afbeelding MA. 2. Annualized Cost of Different Heating and Cooling Technologies-Summer-Peaking Service Area (Utility Costs on Both Sides of Meter)
Dr. Asbury besprak ook kort het werk van Argonne op het gebied van seizoensopslag voor 100% verwarming van gebouwen en de beschikbaarheid van zonne-energie voor ruimteverwarming.
Dr. Heinz Pfeiffer van Pennsylvania Power and Light Company presenteerde zijn paper waarin hij energieopslagsystemen voor elektriciteitsbedrijven beoordeelde. Hij merkte op dat de elektriciteitssector een grote potentiële markt vormt voor geschikte geavanceerde opslagsystemen. Dergelijke systemen, naar behoren gedimensioneerd voor dagelijkse of wekelijkse opslagcycli, zouden alternatieven kunnen zijn voor primaire opwekkingseenheden voor zowel piek- als intermediaire opwekkingsmodi. Installaties kunnen uitvoerbaar zijn op centrale opwekkingslocaties of, in verspreide eenheden, voor locaties in transmissie- en distributienetwerken of op het terrein van de klant. Als geschikte opslagtechnologieën kunnen worden ontwikkeld en gedemonstreerd, kan in totaal 10% van de geïnstalleerde primaire opwekkingsapparatuur die de elektriciteitsbedrijven in de periode 1985-95 nodig hebben, door opslagsystemen worden vervangen.
De potentieel interessante opslagcapaciteiten variëren van 15 MW voor verspreide onderstationinstallaties tot enkele duizenden MW voor grote centrale stationlocaties. Eenheden zullen opslagperiodes nodig hebben variërend van 2 uur tot 2 dagen en zullen moeten werken met laad-/ontlaadtijdverhoudingen van 0,2 tot 2,4. Dergelijke grote variaties in bedrijfsparameters bieden een grote speelruimte voor technologische innovaties.
Maar er is wellicht veel minder speelruimte beschikbaar wanneer rekening wordt gehouden met de bedrijfsparameters. Concepten voor opslagapparatuur zullen waarschijnlijk niet serieus in overweging worden genomen, tenzij de toekomstige inkomstenvereisten om de kosten te dekken lager zijn dan die voor het leveren van vergelijkbare diensten door primaire productieapparatuur. In de mate dat de algemene besparingen als gevolg van de verlaging van de brandstofkosten gepaard gaan met hogere initiële kapitaalinvesteringen, is het waarschijnlijk dat aanzienlijk meer dan een breakeven-kostenvoordeel nodig zal zijn voor de gunstige overweging van opslagsystemen wegens problemen met de aanschaf van kapitaal door nutsbedrijven.
De potentiële voordelen van opslagsystemen voor nutsbedrijven zijn groot genoeg om een onderzoek- en ontwikkelingsprogramma te rechtvaardigen dat gericht is op het ophelderen van enkele van de operationele onzekerheden met betrekking tot hun gebruik. Een dergelijk programma zou het volgende moeten omvatten:
○
Het opstellen van kwantitatieve modellen van de effecten en voordelen van opslagcapaciteitsniveaus op de betrouwbaarheid van de dienstverlening en de optimale opwekkingsmixen en reservemarges. Deze modellen dienen gedetailleerde vraagprognoses voor de periode na 1990 te omvatten, waarin waarschijnlijke veranderingen in de nutsbelastingskenmerken tot uiting komen.
○
Ontwikkeling van de voordelen van verspreide opslag als functie van geografische, landgebruiks- en vraagkenmerken van de nutsbedrijven. Deze studie moet eerder op regionale dan op gemiddelde nationale basis worden verricht.
○
Opstelling van de mogelijke interacties tussen opslag, beheersing van de belasting, en zwaardere entiteiten tussen gebieden met verschillende kenmerken van de belasting.
○
Relatie van verspreide opslag met verspreide opwekking en totale energiesystemen.
Parallel aan dergelijke studies is er behoefte aan steun voor onderzoek en ontwikkeling van veelbelovende opslagconcepten om te zorgen voor de tijdige beschikbaarheid van opslagopties voor nutsbedrijven met een breed scala van operationele kenmerken.
Dr. Charles Johnson van de Universiteit van Maryland presenteerde vervolgens zijn paper over het vaststellen van prioriteiten voor onderzoeksprojecten, wat een moeilijk probleem oplevert voor planners van overheid en bedrijfsleven. Extreme onzekerheid en aanzienlijke behoefte aan informatie maken het moeilijk om traditionele optimalisatie- en portefeuillebenaderingen toe te passen bij de selectie van een reeks projecten. De Universiteit van Maryland heeft een prioriteringstechniek ontwikkeld en toegepast op een voorbeeldprobleem in het onderzoek naar energieopslag.
Eerst wordt een hiërarchische structuur bestaande uit een algemeen doel en verschillende geordende subdoelen geconstrueerd. Op alle niveaus van de hiërarchie wordt elk paar van items vergeleken met het item waartoe het bijdraagt. De vergelijkingen kunnen gebaseerd zijn op experimenteel bewijsmateriaal, modeluitoefening, de mening van deskundigen of managers, en maatschappelijke voorkeuren. De vergelijkingen worden vervolgens samengevat in een vierkante matrix die de betrokken verhoudingen aangeeft. Vectoren van gewichten worden uit deze matrix afgeleid en samengevoegd tot eindwaarden, die worden gebruikt om de alternatieven te rangschikken.
Een voorbeeldhiërarchie is geconstrueerd om acht voorgestelde batterijtypen voor gebruik in het vervoer te vergelijken. De belangrijkste overwegingen voor deze rangschikking waren elektrische prestaties, milieu- en veiligheidsaspecten, ontwikkelingskosten en tijdschema’s, en marktaspecten. Voor de uiteindelijke constructie werd een beroep gedaan op suggesties van gebruikers en DOE-programmamanagers.