Согласно новому отчету IDTechEx «Рынок систем хранения энергии длительного действия 2024-2044: технологии, игроки, прогнозы», к 2044 году во всем мире будет установлено 1,4 ТВт·ч систем хранения энергии длительного действия (LDES). Хотя механические системы хранения энергии станут ключевым фактором глобального внедрения LDES, ожидается, что в 2040-х годах произойдет большая диверсификация технологий LDES.
Какие технологии LDES находятся в разработке?
В настоящее время в ключевых регионах разрабатываются и коммерциализируются несколько технологий LDES. Эти технологии можно классифицировать как электрохимические, механические, термические технологии и технологии хранения водорода. Финансирование со стороны частного, государственного и правительственного секторов привело к инвестициям в размере приблизительно 4 миллиардов долларов в компании, разрабатывающие эти технологии (за исключением водорода).
Классификация технологий хранения энергии. Источник: IDTechEx
Многие из этих технологий, вероятно, будут дешевле литий-ионных батарей в пересчете на доллары/кВт·ч, возможно, благодаря использованию менее дорогих материалов и другим конструктивным решениям, позволяющим разделить энергетику и энергопотребление. Масштабирование, не зависящее от емкости батареи, означало бы, что такие системы, как проточные редокс-батареи (RFB), гидроаккумулирующие электростанции, системы хранения сжиженного и сжатого воздуха, а также некоторые конструкции цинковых батарей, выиграют от снижения капитальных затрат (в пересчете на доллары/кВт·ч) за счет увеличения срока службы накопителей. Например, в случае систем хранения энергии на основе сжиженного воздуха (LAES) резервуары для хранения сжиженного воздуха можно масштабировать, в то время как турбомашины нужно будет масштабировать только при производстве электроэнергии. По мере увеличения доли возобновляемых источников энергии в ключевых регионах потребуется хранение с более длительным средним сроком службы. Поэтому к 2030-м годам стоимость технологий LDES в коммерческом масштабе, вероятно, снизится, что продемонстрирует их преимущество перед литий-ионными батареями.
Какие технологии LDES займут лидирующие позиции на рынке?
Хотя из-за отсутствия в настоящее время коммерческих проектов сложно точно определить, какие технологии будут наиболее экономичными в применении, такие факторы, как эффективность преобразования энергии в энергию (RTE), срок службы и плотность энергии, также будут ключевыми факторами, влияющими на успех этих технологий.
В долгосрочной перспективе механические системы хранения энергии, вероятно, внесут решающий вклад в развитие систем хранения энергии на основе жидкого диоксида углерода (LDES), учитывая, что их развертывание мощностью более 100 МВт более экономически выгодно, а срок службы накопителей энергии более длительный. Для систем LAES, систем хранения энергии на основе жидкого диоксида углерода (LCES) и подземных гидроаккумулирующих электростанций существует возможность расширения емкости и, следовательно, срока службы этих систем после первоначального ввода в эксплуатацию, что является еще одним преимуществом. Кроме того, некоторые разработчики уже планируют развернуть механические системы хранения энергии в масштабах ГВт·ч к 2030 году.
К другим системам, рыночная доля которых увеличится в 2040-х годах, относятся железо-воздушные (Fe-air) батареи, перезаряжаемые цинковые батареи (например, Zn-air, статические Zn-Br), проточные батареи (RFB), а также системы теплового и электротермического хранения энергии. Ведущими производителями альтернативных батарей являются Form Energy, разрабатывающая железо-воздушные системы с временем хранения 100 часов, и производители цинк-воздушных батарей, такие как Zinc8 Energy и e-Zinc. Большинство этих компаний находятся на стадии пилотных или ранних коммерческих разработок. Эти технологии выиграют от использования недорогих материалов, хотя их более низкие коэффициенты преобразования энергии (40–60%) могут также привести к их применению в менее производительных приложениях, таких как резервное питание. Кроме того, эти технологии будут зависеть от достижения очень низких капитальных затрат и/или потребуют значительного уровня проникновения возобновляемой энергии, чтобы быть пригодными для применения в системах хранения энергии низкой плотности (LDES).
Системы аккумулирования тепловой энергии (TES) уже используются в таких областях, как централизованное теплоснабжение с использованием концентрированной солнечной энергии (CSP), холодовая цепь и отопление зданий. Однако промышленные предприятия, вероятно, будут все чаще использовать системы TES для декарбонизации своих процессов производства тепла, которые традиционно основывались на сжигании природного газа. Это поможет минимизировать любые штрафы за выбросы парниковых газов (ПГ) выше определенного порога. Ключевые игроки, разрабатывающие технологии TES, включают Electrified Thermal Solutions, Kyoto Group, Rondo Energy и Brenmiller Energy, и это лишь некоторые из них. Системы TES имеют более высокий коэффициент эффективности (ERT) для преобразования тепла в тепло, чем для преобразования тепла в электроэнергию (приблизительно 95% против 40–60%) из-за потерь при преобразовании тепла в электроэнергию при работе турбины и генератора. Поэтому большинство этих систем будут предназначены для обеспечения теплом, а не электроэнергией. Следовательно, эти системы вряд ли будут развернуты в тех же масштабах, что и другие технологии для низкоэнергетической декарбонизации (LDES).
Однако теплоаккумуляторы с тепловым охлаждением (TES) также могут использоваться в конструкциях систем CAES и LAES вместо природного газа для обеспечения тепловыделения при расширении воздуха во время разряда. В интервью IDTechEx разработчик системы LAES отметил, что отработанное тепло от TES также может использоваться для отопления сетей централизованного теплоснабжения, вместо его отвода в атмосферу, и где требования к температуре значительно ниже (100-140 °C), чем для обеспечения тепловыделения при расширении воздуха. Это может повысить коэффициент полезного действия системы LAES с 55% до 70%. В конечном итоге, хотя TES будут играть ключевую роль в декарбонизации промышленных процессов отопления, некоторые системы могут продолжать использоваться в системах LDES или выступать в качестве вспомогательных технологий для повышения коэффициента полезного действия систем CAES и LAES.
Препятствия и перспективы внедрения LDES.
Одним из главных препятствий для широкомасштабного внедрения технологий LDES является необходимость обеспечения долгосрочной предсказуемости доходов. Поскольку системы LDES в основном будут иметь мощность от 100 МВт·ч до ГВт·ч, их стоимость может варьироваться от 100 миллионов до 1 миллиарда долларов. Существующие возможности арбитража оптовых цен на электроэнергию, как правило, не являются долгосрочными или достаточно масштабными, чтобы экономически оправдать широкое внедрение LDES в настоящее время. Разработчики LDES будут пытаться заключить контракты на рынке мощности, чтобы обеспечить высокие годовые доходы в долгосрочной перспективе, но это вряд ли покроет большую часть инвестиций в саму технологию LDES. Наконец, в интервью IDTechEx некоторые ключевые игроки отметили, что необходимы реформы регулирования для получения доходов от хранения энергии, чтобы улучшить экономическое обоснование технологий LDES и повысить доверие инвесторов. Однако в конечном итоге, в зависимости от степени распространения возобновляемых источников энергии, спрос на технологии LDES начнет ускоряться в ключевых регионах только к середине 2030-х годов, а более широкий глобальный спрос появится лишь примерно к 2040 году.
Автор: Конрад Николс, технологический аналитик компании IDTechEx
