Sisteme chimice/termice
Deși stocarea hidrogenului lichid poate oferi vehicule de înaltă performanță și cu costuri reduse, considerentele de siguranță vor împiedica probabil utilizarea pe scară largă.
○
Stocarea cu hidrură metalică este comparabilă cu sistemele avansate de baterii, dar disponibilitatea și costul hidrogenului sunt obstacole majore.
○
Stocarea termică este un sistem exploratoriu care poate fi comparabil cu vehiculele cu baterii avansate; cu toate acestea, siguranța, mijloacele de reîncărcare termică și dezvoltarea motorului Stirling sunt probleme cheie.
Cea de-a doua prezentare privind mecanismele de stocare a energiei utilizate pentru transport a fost susținută de profesorul Robert McAlevy de la Stevens Institute of Technology. Acesta a început prin a remarca faptul că, în ultimii 60 de ani, autovehiculele au fost propulsate aproape exclusiv cu combustibili derivați din petrol. Cu toate acestea, acum, ca urmare a incertitudinilor legate de sursele străine de petrol și a creșterii rapide a prețurilor, trebuie dezvoltată o alternativă viabilă la vehiculele alimentate cu petrol.
O alternativă este o clasă de vehicule care utilizează dispozitive de stocare a energiei la bord care conțin energie derivată din surse non-petroliere. Printre exemplele de astfel de vehicule se numără vehiculele electrice, vehiculele alimentate cu hidrogen și vehiculele cu volane. Un model analitic simplu a fost dezvoltat și aplicat cu succes pentru a evalua aceste vehicule alternative.
Modelul permite ca masa totală a vehiculului și consumul de energie să fie legate, prin intermediul unor ecuații algebrice liniare, de caracteristicile componentelor și performanțelor vehiculului. Aceste ecuații au fost utilizate pentru a proiecta masa și consumul de energie ale vehiculelor alternative în intervale de timp viitoare, precum și pentru a prezice impactul adăugării volanului-transmisiei asupra masei totale și consumului de energie ale vehiculului. Rezultatele modelului pot oferi o bază rațională pentru investițiile în cercetare și dezvoltare și pentru alte analize de politici legate de avansarea vehiculelor alternative.
Dr. Ronald Smelt, fostul cercetător șef al Lockheed Aircraft Co. a discutat despre impactul crizei energetice asupra industriei auto din perspectiva unui producător de automobile. În contextul ofertei și cererii internaționale de automobile, întrebarea importantă în evaluarea pătrunderii pe piață a vehiculului electric devine care țări se vor converti primele de la petrol la sursele de energie alternativă. O întrebare secundară este ce combustibili alternativi vor fi folosiți.
Speculând pe baza experienței din trecut, Dr. Smelt a concluzionat că, în primul rând, trebuie să existe o nevoie puternică (de exemplu, o penurie de petrol). În al doilea rând, țara trebuie să aibă capacitatea de a produce și utiliza tehnologia. În al treilea rând, populația țării nu trebuie să fie nevoită să parcurgă distanțe mari.
Membrii comisiei au fost de acord, în cadrul unei discuții care a urmat prezentării Dr. Smelt, că abordarea sa a fost utilă pentru identificarea parametrilor care trebuie luați în considerare în evaluarea penetrării pe piață. Dr. Smelt a remarcat că modelatorii au tendința de a-și concentra atenția asupra Statelor Unite. Cu toate acestea, Statele Unite vor fi, cel mai probabil, ultima țară care va trece la utilizarea pe scară largă a vehiculelor electrice, din cauza posibilităților oferite de combustibilii sintetici derivați din cărbune, șisturi și biomasă.
Dr. Joseph Asbury de la Argonne National Laboratory a făcut apoi o prezentare privind mecanismele de stocare a energiei pentru clădiri. Activitatea recentă a grupului de evaluare a stocării de la Argonne s-a axat pe evaluarea tehnologiilor de încălzire și răcire cu stocare electrică, inclusiv a încălzirii cu stocare electrică, a sistemului de încălzire bivalent (de exemplu, petrol, electric), a pompelor de căldură electrice și a sistemelor de energie solară. Costul total al furnizării serviciilor de încălzire și răcire a spațiilor cu sisteme de stocare a energiei termice a fost comparat cu costul furnizării acestor servicii cu tehnologii concurente.
Recunoscând că energia electrică nu este tarifată la costul marginal real, Argonne a conceput o metodă de calcul al costului energiei electrice pentru a determina costul total al serviciului. În abordarea studiului de caz al acestei probleme, modelul de alocare a costurilor Argonne SIMSTOR a fost utilizat pentru a estima costurile de furnizare a utilităților în zonele de servicii din întreaga țară. Analiza a două zone de servicii de utilități (regiunea de nord-est, alimentată de o companie de utilități a cărei sarcină de vârf are loc în timpul sezonului de încălzire de iarnă; și regiunea Atlanticului Mijlociu, deservită de o companie de utilități care vorbește în timpul verii) a indicat că sistemele de stocare și sistemele bivalente sunt cele mai eficiente tehnologii în zona de servicii care vorbește în timpul iernii, iar pompa de căldură în combinație cu stocarea este cea mai ieftină tehnologie în zona de servicii alimentată de compania de utilități care vorbește în timpul verii (a se vedea figura MA.1 și MA. 2). Costul de furnizare a energiei include costurile utilității și ale combustibilului dual. Pentru a evalua unitățile de capital în mod consecvent de ambele părți ale contorului electric, costurile anualizate ale clientului sunt calculate pe baza aceleiași rate de recuperare a capitalului utilizate pentru serviciul public de electricitate.
Exemplul MA.1. Costul anualizat pentru diferite tehnologii de încălzire și răcire – Zona de servicii de vârf de iarnă (costul utilității pe ambele părți ale contorului)
Expoziția MA. 2. Anualized Cost of Different Heating and Cooling Technologies-Summer-Peaking Service Area (Utility Costs on Both Sides of Meter)
Dr. Asbury a discutat, de asemenea, pe scurt despre activitatea Argonne privind stocarea sezonieră pentru încălzirea sută la sută a clădirilor și disponibilitatea solară pentru încălzirea spațiilor.
Dr. Heinz Pfeiffer de la Pennsylvania Power and Light Company și-a prezentat lucrarea de evaluare a sistemelor de stocare a energiei pentru utilitățile electrice. El a remarcat că industria utilităților electrice reprezintă o piață potențială mare pentru sistemele avansate de stocare adecvate. Astfel de sisteme, dimensionate corespunzător pentru cicluri de stocare zilnice sau săptămânale, ar putea fi alternative la unitățile de generare primară, fie în regim de vârf, fie în regim de generare intermediară. Instalațiile pot fi fezabile în locurile de generare centrală sau, în cazul unităților dispersate, în locații situate pe rețelele de transport și distribuție sau la sediul clientului. În general, dacă tehnologiile de stocare adecvate pot fi dezvoltate și demonstrate, până la 10% din echipamentele de generare primară instalate, necesare serviciilor publice de electricitate în perioada 1985-1995, ar putea fi înlocuite de sisteme de stocare.
Capacitatea de stocare de interes potențial va varia de la 15 MW pentru instalații dispersate în substații până la câteva mii de MW pentru amplasamente mari de stații centrale. Unitățile vor avea nevoie de durate de stocare cuprinse între 2 ore și 2 zile și vor trebui să funcționeze în raporturi de timp de încărcare/descărcare de la 0,2 la 2,4. Aceste game atât de largi de parametri de funcționare vor oferi o marjă de manevră mare pentru inovațiile tehnologice.
Cu toate acestea, s-ar putea să fie disponibilă o marjă de manevră mult mai mică atunci când sunt luați în considerare parametrii de funcționare. Este puțin probabil ca conceptele de dispozitive de stocare să fie luate în considerare în mod serios, cu excepția cazului în care viitoarele cerințe de venituri pentru acoperirea costurilor lor sunt mai mici decât cele pentru furnizarea unui serviciu comparabil cu ajutorul echipamentelor de generare primară. În măsura în care economiile globale rezultate din reducerile costului combustibilului sunt însoțite de investiții inițiale de capital mai mari, este probabil că va fi nevoie de mult mai mult decât un avantaj al costului de rentabilitate pentru a lua în considerare în mod favorabil sistemele de stocare din cauza problemelor de achiziție de capital ale utilităților.
Beneficiile potențiale ale sistemelor de stocare pentru utilități sunt suficient de mari pentru a justifica un program de cercetare și dezvoltare menit să clarifice unele dintre incertitudinile operaționale privind utilizarea lor. Un astfel de program ar trebui să includă:
○
Stabilirea unor modele cantitative ale efectelor și beneficiilor nivelurilor de capacitate de stocare asupra fiabilității serviciilor și a combinațiilor optime de generare și a marjelor de rezervă. Acestea ar trebui să încorporeze proiecții detaliate ale cererii pentru perioada de după 1990, reflectând schimbările probabile ale caracteristicilor de sarcină ale utilităților.
○
Dezvoltarea beneficiilor stocării dispersate în funcție de caracteristicile geografice, de utilizare a terenurilor și de cerere ale utilităților. Acest studiu ar trebui să fie mai degrabă la nivel regional decât la nivel național mediu.
○
Stabilirea posibilelor interacțiuni dintre stocare, controlul sarcinii și entitățile mai grele între zonele cu caracteristici de sarcină diferite.
○
Relaționarea stocării dispersate cu generarea dispersată și sistemele energetice totale.
În paralel cu astfel de studii, este nevoie de sprijin pentru cercetare și dezvoltare a conceptelor promițătoare de stocare pentru a asigura disponibilitatea în timp util a opțiunilor de stocare pentru utilități cu o gamă largă de caracteristici de funcționare.
Dr. Charles Johnson de la Universitatea din Maryland și-a prezentat apoi lucrarea privind stabilirea priorităților pentru proiectele de cercetare, ceea ce reprezintă o problemă dificilă pentru planificatorii guvernamentali și corporativi. Incertitudinea extremă și cerințele substanțiale de informații fac dificilă aplicarea abordărilor tradiționale de optimizare și de portofoliu în selectarea unui set de proiecte. Universitatea din Maryland a dezvoltat și aplicat o tehnică de stabilire a priorităților la o problemă de eșantionare în cercetarea în domeniul stocării energiei.
În primul rând, se construiește o structură ierarhică constând dintr-un obiectiv general și mai multe subobiective ordonate. La toate nivelurile ierarhiei, fiecare pereche de elemente este comparată cu elementul la care contribuie. Comparațiile se pot baza pe dovezi experimentale, pe exercițiul modelului, pe opinia experților sau a managerilor și pe preferințele societății. Comparațiile sunt apoi rezumate într-o matrice pătrată care indică ratele implicate. Vectori de ponderi sunt deduse din această matrice și agregate pentru a stabili valorile finale, care sunt folosite pentru a clasifica alternativele.
A fost construită o ierarhie de probă pentru a compara opt tipuri de baterii propuse pentru utilizare în transporturi. Principalele considerente pentru această ierarhizare au fost performanța electrică, aspectele de mediu și de siguranță, costurile și termenele de dezvoltare și aspectele de piață. Pentru construcția finală, au fost solicitate sugestii de la utilizatori și de la managerii de programe DOE.
.