Икономика на съхранението на енергия: Глобална перспектива

Съхранението на енергия бързо трансформира глобалния енергиен пейзаж, предлагайки решения за проблемите с непостоянството, свързани с възобновяемите енергийни източници, и повишава надеждността на мрежата. Разбирането на икономиката на съхранението на енергия е от решаващо значение за инвеститорите, политиците и бизнеса. Тази статия предоставя изчерпателен преглед на икономиката на съхранението на енергия от глобална перспектива, обхващащ ключови технологии, фактори на разходите, бизнес модели и политически последици.

Какво е съхранение на енергия и защо е важно?

Съхранението на енергия обхваща набор от технологии, които могат да уловят енергия, произведена в един момент, и да я съхраняват за използване по-късно. Това включва:

• Съхранение на батерии: Използване на електрохимични батерии като литиево-йонни, оловно-киселинни и проточни батерии.
• Помпено-хидро съхранение (PHS): Изпомпване на вода нагоре към резервоар и освобождаването ѝ за генериране на електричество, когато е необходимо.
• Термично съхранение на енергия (TES): Съхраняване на енергия като топлина или студ, често използвайки вода, разтопена сол или други материали.
• Съхранение на енергия чрез сгъстен въздух (CAES): Компресиране на въздух и съхраняването му в подземни пещери, след което го освобождаване за задвижване на турбини.
• Механично съхранение: Други механизми като маховици, които съхраняват енергия чрез движение.

Важността на съхранението на енергия произтича от способността му да:

• Позволява по-голяма интеграция на възобновяемата енергия: Преодолява непостоянния характер на слънчевата и вятърната енергия, което ги прави по-надеждни.
• Подобрява стабилността на мрежата: Осигурява бърза реакция на колебанията на честотата и пропаданията на напрежението, предотвратявайки прекъсвания на електрозахранването.
• Намалява пиковото търсене: Премества консумацията на електроенергия от пиковите периоди към непиковите периоди, намалявайки общите разходи.
• Подобрява енергийната сигурност: Осигурява резервно захранване по време на аварии и намалява зависимостта от вносни горива.
• Активира микрорешетки и извънмрежови системи: Захранва отдалечени общности и критична инфраструктура независимо от основната мрежа.

Ключови технологии и тяхната икономика

Съхранение на батерии

Съхранението на батерии в момента е най-широко разпространената технология за съхранение на енергия, особено литиево-йонните батерии. Неговите предимства включват висока енергийна плътност, бързо време за реакция и модулност. Въпреки това, съхранението на батерии също има ограничения, като относително високи първоначални разходи, ограничен живот и опасения за безопасността.

Литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии доминират на пазара поради високата си производителност. Цената на литиево-йонните батерии спадна драстично през последното десетилетие, водена от напредъка в производството и науката за материалите. Това намаление на разходите направи съхранението на батерии икономически жизнеспособно за все по-голям брой приложения.

Фактори на разходите:

• Производство на клетки: Цена на суровините (литий, кобалт, никел), производствени процеси и контрол на качеството.
• Система за управление на батерията (BMS): Цена на електрониката и софтуера за наблюдение и контрол на работата на батерията.
• Инвертор и система за преобразуване на мощност (PCS): Цена за преобразуване на постоянен ток от батерията в променлив ток за използване в мрежата.
• Разходи за инсталиране: Труд, разрешителни и подготовка на обекта.
• Експлоатация и поддръжка (O&M): Разходи, свързани с мониторинг, поддръжка и подмяна на батерии.

Нивелирана цена на съхранение (LCOS): LCOS е често използван показател за сравняване на икономиката на различните технологии за съхранение на енергия. Той представлява общата цена за целия жизнен цикъл на системата за съхранение, разделена на общата енергия, освободена по време на нейния живот. LCOS за литиево-йонните батерии варира значително в зависимост от размера на проекта, местоположението и условията на работа. Въпреки това, той обикновено намалява с подобряването на технологията и спадането на разходите.

Пример: Проект за съхранение на литиево-йонни батерии с мощност 100 MW в Калифорния може да има LCOS от $150-$250 на MWh, в зависимост от конкретните детайли на проекта.

Други технологии за батерии

Други технологии за батерии, като оловно-киселинни, проточни батерии и натриево-йонни батерии, също се конкурират на пазара за съхранение на енергия. Всяка технология има своите предимства и недостатъци по отношение на цена, производителност и продължителност на живота.

• Оловно-киселинни батерии: Зряла технология с по-ниски първоначални разходи от литиево-йонните, но по-ниска енергийна плътност и по-кратък живот.
• Проточни батерии: Дълъг живот и добра мащабируемост, но по-ниска енергийна плътност и по-високи първоначални разходи. Ванадиевите редокс проточни батерии (VRFB) са често срещан тип проточна батерия.
• Натриево-йонни батерии: Потенциално по-ниска цена от литиево-йонните поради изобилието на натрий, но все още в ранен етап на развитие.

Помпено-хидро съхранение (PHS)

Помпено-хидро съхранението е най-старата и най-зряла технология за съхранение на енергия, която представлява по-голямата част от инсталирания капацитет за съхранение в световен мащаб. PHS включва изпомпване на вода от долен резервоар към горен резервоар по време на периоди на ниско търсене и след това освобождаване на водата за генериране на електричество по време на периоди на високо търсене.

Предимства:

• Голям мащаб: Може да съхранява големи количества енергия за дълги периоди от време.
• Дълъг живот: Може да издържи 50 години или повече.
• Зряла технология: Добре установена технология с дълъг опит.

Недостатъци:

• Специфично за обекта: Изисква подходяща топография и водни ресурси.
• Високи първоначални разходи: Изграждането на резервоари и помпени съоръжения може да бъде скъпо.
• Въздействия върху околната среда: Може да повлияе на водните екосистеми и качеството на водата.

Фактори на разходите:

• Разходи за строителство: Изкопни работи, строителство на язовири, инсталиране на тръбопроводи и строителство на електроцентрали.
• Помпено оборудване: Цена на помпи, турбини и генератори.
• Придобиване на земя: Цена за придобиване на земя за резервоари и съоръжения.
• Опазване на околната среда: Разходи, свързани с смекчаване на въздействието върху околната среда.

LCOS: LCOS за PHS обикновено е по-нисък от този на съхранението на батерии, особено за големи проекти. Въпреки това, високите първоначални разходи и специфичните за обекта изисквания могат да ограничат неговото внедряване.

Пример: Проект за помпено-хидро съхранение с мощност 1 GW в Швейцарските Алпи може да има LCOS от $50-$100 на MWh.

Термично съхранение на енергия (TES)

Термичното съхранение на енергия съхранява енергия като топлина или студ. TES може да се използва за различни приложения, включително централно отопление и охлаждане, индустриални процеси и ОВК системи на сгради.

Видове TES:

• Съхранение на осезаема топлина: Съхраняване на енергия чрез промяна на температурата на материал (напр. вода, скали или почва).
• Съхранение на латентна топлина: Съхраняване на енергия чрез промяна на фазата на материал (напр. топене на лед или втвърдяване на сол).
• Термохимично съхранение: Съхраняване на енергия чрез разкъсване и образуване на химични връзки.

Предимства:

• По-ниска цена: Може да бъде по-евтино от съхранението на батерии, особено за големи приложения.
• Висока ефективност: Може да постигне висока ефективност на съхранение на енергия.
• Универсален: Може да се използва за различни приложения.

Недостатъци:

• По-ниска енергийна плътност: Изисква по-големи обеми за съхранение от съхранението на батерии.
• Ограничена географска приложимост: Някои TES технологии са най-подходящи за определен климат.

Фактори на разходите:

• Среда за съхранение: Цена на материала, използван за съхранение на енергия (напр. вода, разтопена сол или материали за смяна на фазата).
• Резервоар или контейнер за съхранение: Цена на резервоара или контейнера, използван за задържане на средата за съхранение.
• Топлообменници: Цена на топлообменниците, използвани за прехвърляне на топлина във и извън системата за съхранение.
• Изолация: Цена на изолацията за минимизиране на загубите на топлина.

LCOS: LCOS за TES варира значително в зависимост от технологията и приложението. Въпреки това, той може да бъде конкурентен с други технологии за съхранение на енергия, особено за големи проекти.

Пример: Система за централно отопление, използваща съхранение на гореща вода в Скандинавия, може да има LCOS от $40-$80 на MWh.

Съхранение на енергия чрез сгъстен въздух (CAES)

Съхранението на енергия чрез сгъстен въздух (CAES) съхранява енергия чрез компресиране на въздух и съхраняването му в подземни пещери или резервоари. Когато е необходима енергия, сгъстеният въздух се освобождава, за да задвижи турбини и да генерира електричество.

Видове CAES:

• Адиабатен CAES: Топлината, генерирана по време на компресиране, се съхранява и използва повторно за загряване на въздуха преди разширяване, увеличавайки ефективността.
• Диабатен CAES: Топлината, генерирана по време на компресиране, се освобождава в атмосферата, изисквайки гориво за загряване на въздуха преди разширяване.
• Изотермичен CAES: Топлината се отстранява по време на компресиране и се добавя по време на разширяване, минимизирайки температурните промени и подобрявайки ефективността.

Предимства:

• Мащабен капацитет: Подходящ за съхранение на огромни количества енергия.
• Дълъг живот: Може да работи няколко десетилетия.

Недостатъци:

• Географски ограничения: Изисква подходящи геоложки образувания за подземно съхранение (напр. солни пещери, изчерпани газови находища).
• Диабатен CAES има по-ниска ефективност поради загуба на топлина.
• Високи първоначални капиталови разходи.

Фактори на разходите:

• Геоложки проучвания и разработки: Идентифициране и подготовка на подходящи места за подземно съхранение.
• Компресори и турбини: Висококапацитетни въздушни компресори и разширителни турбини.
• Топлообменници (за адиабатен и изотермичен CAES): Устройства за съхранение и пренос на топлина ефективно.
• Строителство и инфраструктура: Изграждане на електроцентралата и свързване към мрежата.

LCOS: LCOS за CAES варира значително в зависимост от вида на CAES, геоложките условия и мащаба на проекта. Адиабатният и изотермичният CAES обикновено имат по-нисък LCOS в сравнение с диабатния CAES поради по-висока ефективност.

Пример: Предложен адиабатен CAES проект във Великобритания може да има LCOS от $80-$120 на MWh.

Бизнес модели за съхранение на енергия

Няколко бизнес модела се появиха за съхранение на енергия, всеки от които е насочен към различни пазарни възможности и нужди на клиентите.

• Мрежови услуги: Предоставяне на услуги на електрическата мрежа, като регулиране на честотата, поддръжка на напрежението и резерви на капацитет.
• Намаляване на пиковете: Намаляване на пиковото потребление на електроенергия за търговски и промишлени клиенти, намалявайки техните разходи за енергия.
• Съхранение зад електромера: Комбиниране на съхранение с генериране на възобновяема енергия на място (напр. слънчева фотоволтаична енергия) за осигуряване на резервно захранване и намаляване на сметките за енергия.
• Микрорешетки: Захранване на отдалечени общности и критична инфраструктура с комбинация от възобновяема енергия и съхранение.
• Енергиен арбитраж: Закупуване на електроенергия на ниски цени през непиковите часове и продажбата ѝ на високи цени през пиковите часове.
• Поддръжка за зареждане на електрически превозни средства (EV): Разгръщане на съхранение на енергия за подкрепа на бърза инфраструктура за зареждане на EV и смекчаване на въздействията върху мрежата.

Пример: В Австралия съхранението на енергия често се комбинира със слънчеви панели на покрива, за да осигури на домакинствата по-голяма енергийна независимост и да намали зависимостта им от мрежата. Този бизнес модел се движи от високите цени на електроенергията и щедрите държавни стимули.

Политики и регулаторни рамки

Държавните политики и разпоредби играят решаваща роля при оформянето на икономиката на съхранението на енергия. Политиките, които подкрепят съхранението на енергия, включват:

• Данъчни кредити за инвестиции (ITC): Предоставяне на данъчни кредити за инвестиции в проекти за съхранение на енергия.
• Преференциални тарифи (FIT): Гарантиране на фиксирана цена за електроенергия, генерирана от съхранение на енергия.
• Мандати за съхранение на енергия: Изискване от комуналните услуги да закупят определено количество капацитет за съхранение на енергия.
• Инициативи за модернизация на мрежата: Инвестиране в мрежова инфраструктура за подкрепа на интегрирането на съхранението на енергия.
• Ценообразуване на въглерода: Определяне на цена на въглеродните емисии, което прави възобновяемата енергия и съхранението по-конкурентни.

Регулаторните въпроси, които трябва да бъдат разгледани, включват:

• Определяне на съхранението на енергия: Класифициране на съхранението на енергия като активи за генериране или пренос, което може да повлияе на допустимостта му за стимули и участие на пазара.
• Правила за участие на пазара: Гарантиране, че съхранението на енергия може да участва пълноценно в пазарите на едро на електроенергия и да получи справедливо обезщетение за своите услуги.
• Стандарти за междусистемна връзка: Опростяване на процеса на междусистемна връзка за проекти за съхранение на енергия към мрежата.
• Стандарти за безопасност: Разработване на стандарти за безопасност за системите за съхранение на енергия за защита на общественото здраве и околната среда.

Пример: Европейският съюз си е поставил амбициозни цели за възобновяема енергия и съхранение на енергия и прилага политики за подкрепа на тяхното разгръщане. Това включва финансиране за научни изследвания и разработки, както и регулаторни рамки, които насърчават интегрирането на съхранение в мрежата.

Финансиране на проекти за съхранение на енергия

Финансирането на проекти за съхранение на енергия може да бъде предизвикателство поради относително високите първоначални разходи и развиващия се регулаторен пейзаж. Често срещаните механизми за финансиране включват:

• Проектно финансиране: Дългово финансиране, обезпечено с активите и приходите на проекта.
• Рисков капитал: Инвестиции на дялов капитал в компании за съхранение на енергия в ранен етап.
• Частен капитал: Инвестиции на дялов капитал в по-зрели компании за съхранение на енергия.
• Държавни безвъзмездни средства и заеми: Финансиране, предоставено от държавни агенции за подкрепа на проекти за съхранение на енергия.
• Корпоративно финансиране: Финансиране, предоставено от големи корпорации за инвестиране в съхранение на енергия.

Ключовите фактори, които влияят върху цената на капитала за проекти за съхранение на енергия, включват:

• Риск на проекта: Възприеманият риск, свързан с проекта, включително технологичен риск, регулаторен риск и пазарен риск.
• Кредитоспособност на заемателя: Финансовата стабилност на компанията или организацията, предприемаща проекта.
• Лихвени проценти: Преобладаващите лихвени проценти на пазара.
• Срок на заема: Продължителността на срока на заема.

Пример: Пенсионните фондове и институционалните инвеститори все повече се интересуват от инвестиране в проекти за съхранение на енергия поради техния потенциал за дългосрочна, стабилна възвръщаемост. Тази увеличена инвестиция помага за намаляване на цената на капитала за съхранение на енергия.

Бъдещи тенденции в икономиката на съхранението на енергия

Очаква се икономиката на съхранението на енергия да продължи да се подобрява през следващите години, водена от няколко ключови тенденции:

• Намаляване на разходите за батерии: Очаква се продължаващият напредък в технологията и производството на батерии да намали допълнително разходите за батерии.
• Увеличен мащаб на разгръщане: Тъй като се разгръщат повече проекти за съхранение на енергия, икономиите от мащаба ще намалят разходите.
• Подобрена производителност: Текущите усилия за научни изследвания и разработки са фокусирани върху подобряване на производителността и продължителността на живота на системите за съхранение на енергия.
• Стандартизация на продукти и услуги: Стандартизацията ще намали разходите и ще подобри оперативната съвместимост.
• Иновативни бизнес модели: Появяват се нови бизнес модели, които могат да отключат допълнителна стойност от съхранението на енергия.

Възникващи тенденции:

• Твърдотелни батерии: Предлагат подобрена безопасност и по-висока енергийна плътност в сравнение с традиционните литиево-йонни батерии.
• Инвертори за формиране на мрежа: Позволяват на съхранението на енергия да осигурява по-ефективно услуги за стабилност на мрежата.
• Технология от превозно средство към мрежата (V2G): Използване на батерии на електрически превозни средства за предоставяне на мрежови услуги.
• AI и машинно обучение: Оптимизиране на операциите за съхранение на енергия и прогнозиране на търсенето на енергия.

Заключение

Съхранението на енергия е бързо развиваща се област със значителен потенциал да трансформира глобалния енергиен пейзаж. Разбирането на икономиката на съхранението на енергия е от решаващо значение за вземането на информирани инвестиционни решения и разработването на ефективни политики. Тъй като технологията напредва и разходите продължават да намаляват, съхранението на енергия е готово да играе все по-важна роля в създаването на по-чисто, по-надеждно и по-достъпно енергийно бъдеще.

Тази статия предостави изчерпателен преглед на икономиката на съхранението на енергия, обхващащ ключови технологии, фактори на разходите, бизнес модели и политически последици от глобална перспектива. От съществено значение е заинтересованите страни да бъдат информирани за най-новите разработки в тази динамична област, за да се възползват от възможностите и да се справят с предизвикателствата, свързани със съхранението на енергия.