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.
○
Magazynowanie termiczne jest badanym systemem, który może być porównywalny z zaawansowanymi pojazdami akumulatorowymi; jednak bezpieczeństwo, sposoby ładowania termicznego i rozwój silnika Stirlinga są kluczowymi problemami.
Druga prezentacja na temat mechanizmów magazynowania energii stosowanych w transporcie została przedstawiona przez profesora Roberta McAlevy’ego z Stevens Institute of Technology. Rozpoczął od stwierdzenia, że w ciągu ostatnich 60 lat pojazdy samochodowe były napędzane niemal wyłącznie paliwami ropopochodnymi. Teraz jednak, w wyniku niepewności co do zagranicznych źródeł ropy naftowej i gwałtownie rosnących cen, należy opracować realną alternatywę dla pojazdów napędzanych ropą naftową.
Jedną z alternatyw jest klasa pojazdów, która wykorzystuje pokładowe urządzenia magazynujące energię, zawierające energię pochodzącą ze źródeł innych niż ropa naftowa. Przykłady takich pojazdów obejmują pojazdy elektryczne, pojazdy napędzane wodorem i pojazdy z kołami zamachowymi. Prosty model analityczny został opracowany i z powodzeniem zastosowany do oceny tych pojazdów alternatywnych.
Model ten pozwala na powiązanie masy całkowitej pojazdu i zużycia energii, za pomocą liniowych równań algebraicznych, z charakterystyką komponentów i osiągów pojazdu. Równania te zostały wykorzystane do prognozowania masy i zużycia energii pojazdów alternatywnych w przyszłych ramach czasowych, jak również do przewidywania wpływu dodania koła zamachowego do przekładni na całkowitą masę pojazdu i zużycie energii. Wyniki modelu mogą stanowić racjonalną podstawę dla inwestycji w badania i rozwój oraz innych analiz politycznych związanych z rozwojem pojazdów alternatywnych.
Dr Ronald Smelt, były główny naukowiec Lockheed Aircraft Co., omówił wpływ kryzysu energetycznego na przemysł samochodowy z perspektywy producenta samochodów. W kontekście międzynarodowej podaży i popytu na samochody, ważnym pytaniem w ocenie penetracji rynku przez pojazdy elektryczne jest to, które kraje jako pierwsze przestawią się z ropy naftowej na alternatywne źródła energii. Pytanie drugorzędne dotyczy tego, które paliwa alternatywne będą stosowane.
Spekulując na podstawie dotychczasowych doświadczeń, dr Smelt stwierdził, że po pierwsze, musi istnieć silna potrzeba (np. niedobór ropy naftowej). Po drugie, kraj musi mieć zdolność do produkcji i wykorzystania technologii. Po trzecie, mieszkańcy tego kraju nie muszą podróżować na duże odległości.
Członkowie panelu zgodzili się w dyskusji po prezentacji dr Smelta, że jego podejście było przydatne do identyfikacji parametrów, które należy rozważyć przy ocenie penetracji rynku. Dr Smelt zauważył, że modelarze mają tendencję do skupiania swojej uwagi na Stanach Zjednoczonych. Jednak Stany Zjednoczone będą najprawdopodobniej ostatnim krajem, który przejdzie na powszechne stosowanie pojazdów elektrycznych ze względu na możliwości oferowane przez paliwa syntetyczne pochodzące z węgla, łupków i biomasy.
Dr Joseph Asbury z Argonne National Laboratory przedstawił następnie prezentację na temat mechanizmów magazynowania energii w budynkach. Ostatnie prace prowadzone przez grupę ds. oceny magazynowania w Argonne koncentrowały się na ocenie technologii ogrzewania i chłodzenia z wykorzystaniem magazynów elektrycznych, w tym ogrzewania elektrycznego, dwuwartościowego systemu grzewczego (np. olejowego, elektrycznego), elektrycznych pomp ciepła i systemów energii słonecznej. Całkowity koszt świadczenia usług ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń za pomocą systemów magazynowania energii cieplnej został porównany z kosztem świadczenia tych usług za pomocą konkurencyjnych technologii.
Uznając, że energia elektryczna nie jest wyceniana po prawdziwym koszcie krańcowym, Argonne opracowało metodę obliczania kosztu energii elektrycznej w celu określenia całkowitego kosztu usługi. W studium przypadku zastosowano model alokacji kosztów Argonne SIMSTOR do oszacowania kosztów dostaw energii elektrycznej w obszarach usługowych na terenie całego kraju. Analiza dwóch obszarów usług komunalnych (region północno-wschodni, zaopatrywany przez przedsiębiorstwo energetyczne, którego szczytowe obciążenie przypada na zimowy sezon grzewczy, oraz region środkowoatlantycki, obsługiwany przez przedsiębiorstwo działające w okresie letnim) wykazała, że magazynowanie i systemy biwalentne są najbardziej efektywnymi technologiami w obszarze zimowym, a pompa ciepła w połączeniu z magazynowaniem jest najtańszą technologią w obszarze zaopatrywanym przez przedsiębiorstwo działające w okresie letnim (patrz rys. MA.1 i MA.2). Koszt dostawy energii obejmuje koszty mediów i koszty podwójnego paliwa. Aby wycenić jednostki kapitału w sposób spójny po obu stronach licznika elektrycznego, zannualizowane koszty klienta są obliczane na podstawie tej samej stopy zwrotu kapitału stosowanej dla przedsiębiorstwa energetycznego.
Przedstawienie MA.1. Koszt roczny dla różnych technologii ogrzewania i chłodzenia – obszar usług zimowych (Utility Cost on Both Sides of Meter)
Wykaz MA. 2. Annualized Cost of Different Heating and Cooling Technologies-Summer-Peaking Service Area (Utility Costs on Both Sides of Meter)
Dr Asbury omówił również pokrótce prace prowadzone w Argonne nad sezonowym magazynowaniem energii do stuprocentowego ogrzewania budynków oraz nad dostępnością energii słonecznej do ogrzewania pomieszczeń.
Dr Heinz Pfeiffer z Pennsylvania Power and Light Company przedstawił swój referat oceniający systemy magazynowania energii dla zakładów energetycznych. Zauważył on, że branża elektroenergetyczna stanowi duży potencjalny rynek dla odpowiednich zaawansowanych systemów magazynowania. Systemy takie, odpowiednio dobrane pod względem wielkości do dziennych lub tygodniowych cykli magazynowania, mogłyby stanowić alternatywę dla jednostek wytwórczych pracujących w trybie szczytowym lub pośrednim. Instalacje mogą być wykonalne w centralnych miejscach wytwarzania energii lub, w przypadku jednostek rozproszonych, w sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych lub u klienta. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli uda się opracować i zademonstrować odpowiednie technologie magazynowania, aż 10 procent zainstalowanego sprzętu do wytwarzania energii pierwotnej, potrzebnego przedsiębiorstwom energetycznym w latach 1985-95, może zostać zastąpione przez systemy magazynowania.
Możliwości magazynowania potencjalnie interesujących mocy wahają się od 15 MW w przypadku rozproszonych instalacji podstacyjnych do kilku tysięcy MW w przypadku dużych stacji centralnych. Jednostki będą potrzebowały czasu magazynowania od 2 godzin do 2 dni i będą musiały pracować przy współczynnikach czasu ładowania/rozładowania od 0,2 do 2,4. Tak szeroki zakres parametrów operacyjnych zapewni dużą swobodę dla innowacji technologicznych.
Znacznie mniejsza swoboda może być jednak dostępna, jeśli weźmie się pod uwagę parametry operacyjne. Koncepcje urządzeń magazynujących prawdopodobnie nie będą poważnie brane pod uwagę, chyba że przyszłe wymagania dotyczące przychodów w celu pokrycia ich kosztów będą niższe niż wymagania dotyczące świadczenia porównywalnych usług z wykorzystaniem urządzeń do wytwarzania energii pierwotnej. W zakresie, w jakim ogólnym oszczędnościom wynikającym z obniżenia kosztów paliwa towarzyszą wyższe początkowe inwestycje kapitałowe, prawdopodobne jest, że do pozytywnego rozpatrzenia systemów magazynowania potrzebne będzie znacznie więcej niż przewaga kosztów progu rentowności ze względu na problemy z pozyskiwaniem kapitału przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej.
Potencjalne korzyści z systemów magazynowania energii elektrycznej są na tyle duże, że uzasadniają program badawczo-rozwojowy mający na celu wyjaśnienie niektórych wątpliwości operacyjnych dotyczących ich wykorzystania. Program taki powinien obejmować:
○
Opracowanie ilościowych modeli skutków i korzyści wynikających z poziomów pojemności magazynowej dla niezawodności usług oraz optymalnych kombinacji wytwarzania i marginesów rezerw. Powinny one obejmować szczegółowe prognozy zapotrzebowania na okres po 1990 roku, odzwierciedlające prawdopodobne zmiany w charakterystyce obciążeń użytkowych.
○
Opracowanie korzyści z rozproszonego magazynowania jako funkcji charakterystyki geograficznej, zagospodarowania terenu i zapotrzebowania użytkowego. Badanie to powinno dotyczyć raczej regionu niż średniej krajowej.
○
Określenie możliwych interakcji pomiędzy magazynowaniem, kontrolą obciążenia i cięższymi jednostkami w obszarach o różnej charakterystyce obciążenia.
○
Odniesienie rozproszonego magazynowania do rozproszonego wytwarzania i całkowitych systemów energetycznych.
Równolegle z takimi badaniami istnieje potrzeba wsparcia badań i rozwoju obiecujących koncepcji magazynowania w celu zapewnienia terminowej dostępności opcji magazynowania użytkowego o szerokim zakresie charakterystyk eksploatacyjnych.
Dr Charles Johnson z University of Maryland przedstawił następnie swój referat na temat ustalania priorytetów dla projektów badawczych, co stanowi trudny problem dla planistów rządowych i korporacyjnych. Skrajna niepewność i znaczne wymagania informacyjne utrudniają stosowanie tradycyjnych metod optymalizacji i portfela w wyborze zestawu projektów. Uniwersytet w Maryland opracował i zastosował technikę priorytetyzacji do przykładowego problemu badań nad magazynowaniem energii.
Po pierwsze, konstruowana jest hierarchiczna struktura składająca się z celu ogólnego i kilku uporządkowanych podcelów. Na wszystkich poziomach hierarchii, każda para elementów jest porównywana z elementem, do którego się przyczynia. Porównania mogą być oparte na dowodach eksperymentalnych, ćwiczeniach modelowych, opiniach ekspertów lub menedżerów oraz preferencjach społecznych. Porównania są następnie podsumowywane w kwadratowej macierzy wskazującej stosunki. Z macierzy tej wyprowadzane są wektory wag, które są sumowane w celu ustalenia wartości końcowych, wykorzystywanych do uszeregowania alternatywnych rozwiązań.
Przykładowa hierarchia została skonstruowana w celu porównania ośmiu proponowanych typów akumulatorów do wykorzystania w transporcie. Głównymi czynnikami branymi pod uwagę przy tworzeniu tego rankingu były: wydajność elektryczna, aspekty środowiskowe i bezpieczeństwa, koszty i ramy czasowe rozwoju oraz aspekty rynkowe. Przy tworzeniu ostatecznej konstrukcji zwrócono się o sugestie do użytkowników i kierowników programów DOE.
.