Snabb förbättrad energilagringsteknik väntar på EU: s marknadsreformer

Anonim

Frankrike och Tyskland har tillsammans med andra europeiska länder ökat andelen förnybar energi (RES) i sina elmixar. I Frankrike ökade andelen från 14% till 19% mellan 2006 och 2016, medan den i Tyskland växte från 12% till över 32%. Medan Frankrike ligger bakom planen bör 2020 mer än en fjärdedel av elförbrukningen komma från RES, upp till 40% år 2030. Tyskland uppnådde sitt 2020-mål tidigt och beslutade att höja sitt 2030-mål till 65%.

Ett stort tekniskt och ekonomiskt problem med denna transformation av kraftproduktion är integrationen av intermittent RES i nätet och kraftsystemet. Sol (solcell) och vindkraft beror på lokala, varierande väderförhållanden. Systemet måste vara tillräckligt flexibelt för att hantera deras variabla och relativt oförutsägbara tillströmningar. Techno-ekonomiska lösningar kan ge den nödvändiga flexibiliteten, inklusive efterfrågesvar, kraft till gas och lagringsteknik.

På kort sikt behöver det inte krävas någon ny lagringskapacitet som kontrollerbara kraftverk, efterfrågesvar och gränsöverskridande krafthandel kan vara tillräckliga och mer kostnadseffektiva. För att hålla sig i linje med Paris Klimatavtal ska CO 2 -utsläppen från energisektorn minskas ytterligare efter 2030. Därför kan tillväxten av RES förväntas fortsätta i alla europeiska länder. Så, om inte idag, är det allmänt erkänt att ny lagringskapacitet blir nödvändig mellan nu och 2050. Vad behöver man göra?

I sommar granskade Grenoble Ecole de Management (GEM) och det tyska centret för europeisk ekonomisk forskning i Mannheim (ZEW) energiexperter i Frankrike och Tyskland om deras förväntningar om det framtida behovet av och utveckling av ellagringsteknik.

Ellagring ansåg nyckeln till en flexibel elmarknad

EU: s regeringar inser att en brist på maktsystemets flexibilitet kan äventyra de ambitiösa målen för förnybar energi samt energisystemets tillförlitlighet. Ellagring har hittills spelat en mindre roll i energisektorn. För närvarande består 97% av den globala ellagringskapaciteten av pumpad hydroenergilagring (PHES). Frankrike och Tyskland har båda nära 7 GW installerad PHES-kapacitet. Detta jämförs med ungefär 5% av den totala installerade kraftproduktionskapaciteten i båda länderna.

Av de energiexperter som vi undersökte i Tyskland och Frankrike anser en tydlig majoritet i båda länderna (75% och 62%) att den nationella energilagringskapaciteten måste öka på kort till medellång sikt redan (1-10 år) . Mindre än 10% ser bara ett behov av expansion bara på mer än 20 år och ett liknande antal tror att den nuvarande kapaciteten kommer att räcka i obestämd tid.

Affärssituationen för lagringsteknologier beror på teknologisk innovation och reform av elmarknaden

En rad teknik för lagring av el finns. Förutom mekanisk lagringsteknik som PHES och tryckluftsenergilagring (CAES) finns det elektrokemiska (batterier), kemiska (t.ex. väte), termiska och magnetiska lagringssystem. Förutom de mekaniska systemen är ingen redo för storskalig utplacering i elsystemet.

Litiumjonbatterier har haft dramatiska kostnadsminskningar och tekniken är den snabbast växande lagringstekniken. De brukar hitta sin tillämpning i konsumentelektronik, elfordon och decentraliserade lagringssystem, som utnyttjar den höga energitätheten som tekniken ger. Det tränger nu ut andra batterikemikalier och hittar applikation i verktygssystem. Kostnadseffektiviteten hos litiumjon och andra batterier är dock fortsatt låg och ett hinder som delvis förklarar sin fortfarande små roll i elsystemet.

Förutom kostnadseffektivitet kan andra hinder för deras diffusion innefatta tekniska hinder, socialt motstånd, orörda miljöpåverkan eller brist på lönsamma affärsmodeller. Experter i både Tyskland och Frankrike nämnde faktiskt höga kostnader och brist på incitament att investera i lagring som de två största hindren, följt av tekniska hinder som en fjärde tredjedel. Ingen av panelerna ansåg social acceptans en anledning till oro på detta stadium. Motstånd tenderar emellertid att uppstå när konkreta projektplaner materialiseras.

Regeringarna erkänner dessa hinder och har implementerat program och processer för att hantera dem. Europeiska kommissionen (EG), som en del av paketet Clean Energy for All Europeans, utarbetar marknadsreformer för att göra marknaden lättare och belöna flexibiliteten. Föreslagna reformer innefattar integration av intradagmarknader, vilket möjliggör dynamisk detaljhandelskurs och konsumenternas rätt att producera och konsumera sin egen el. EG föreslår också en gemensam definition av lagringsutrymme för att lösa tillsynsmyndigheternas förvirring om huruvida lagret ska klassificeras i konsumtion eller produktion eller båda, med konsekvenser för vilka regler och avgifter som gäller. Dessutom främjar EU teknisk innovation i lagring genom strategisk energiteknologiplan och Horisont 2020-ramverket. Förra året lanserade den European Battery Alliance för att öka den europeiska batteribranschen och avvärja den asiatiska och amerikanska marknadsdominansen.

Tyskland har stödt FoU-spridningen av ett spektrum av icke-PHES-lagringsteknologier med 200 miljoner euro sedan 2012, som avser att sänka kostnaderna och bättre förstå det värde som dessa tekniker kan ge till elsystemet. Dessutom har det stött utplaceringen av decentraliserade batterisystem för att göra decentraliserade sol-PV-system mer nätvänliga. Frankrike har etablerat ett forskningsnätverk med inriktning på elektrokemisk lagringsteknik, där offentliga forskningsinstitutioner och industripartners samarbetar för att i slutändan utveckla en hushållsindustri.

De tyska och franska experter som vi undersökte verkar vara överens med det offentliga stödet till lagringsteknikens FoU. I båda länderna ansåg mer än 85% investeringskostnaderna som ett viktigt eller mycket viktigt kriterium när man överväger att investera i storskalig utplacering av lagringsteknik. Dessutom anser minst 60% av experterna i båda länderna att kapacitets- och energitäthet är viktiga kriterier för implementering, vilka båda bidrar till att få mer lagringsvärde för pengar. Skalbarhet anses mer allmänt som viktig i Tyskland än i Frankrike. Dessutom, i båda länderna, anser en majoritet, även om den är större i Tyskland än i Frankrike, möjligheten att reagera snabbt på kraven och miljövänlighet som viktig eller väldigt viktig. Ekoförhållighet kan bli en hinder när lagringsteknologins produktions- eller användningsfas är miljöskadlig. Batterier kräver till exempel sällsynta jordartsmetaller, vars brytning har betydande negativa miljöpåverkan. Vattenkraftprojekt kan också ofta räkna med motstånd från lokala samhällen och miljöaktivister. Intressant är emellertid det enda kriteriet som oftast citeras som oväsentligt av de franska experterna social acceptans. För 52% av tyska experter är det dock fortfarande ett viktigt kriterium.

Som tekniken förbättras är marknadsreformer fortfarande i fara

Dessa kriterier, i kombination med de dramatiska kostnadsminskningar som diskuteras ovan, kan förklara varför både de tyska och franska experterna vi undersökte förväntar oss att batterierna kommer att se den största tillväxten i form av absolut kapacitet under de kommande tio åren. Batterier ger flexibilitet och god skalbarhet. En betydande andel av respondenterna i båda länderna förväntar sig en expansion av kraft till X (kraft-till-gas, -vätska eller -värme) som omvandlar el till andra energibärare, såsom väte, metan, ammoniak eller varm vatten. Power-to-X möjliggör så kallad "sektorkoppling": utbyte av energi mellan tidigare frånkopplade energisystem, såsom mellan gas- och elnätet eller mellan elnätet och fjärrvärmenät. Ändå förväntar sig en betydande minoritet av de tyska och franska experterna (11 respektive 13%) att PHES ser den största absoluta tillväxten. Ingen av undersökningsdeltagarna förväntar sig mycket expansion av svänghjul och magnetisk lagringskapacitet.

Sammanfattningsvis är regeringar, nätoperatörer och forskningsinstitutioner väl medvetna om att kraftsystemet kräver mer flexibilitet för att realisera de medellånga och långsiktiga målen för el från förnybara källor och för att underlätta egenproduktion av konsumenterna, samtidigt som nivån på tillförlitlighet och överkomlighet konsumenter har vuxit van vid. Energilagringstekniker anses allmänt vara en oumbärlig grupp av flexibilitetslösningar. De måste utvecklas längs två stora axlar. För det första måste kapitalkostnaderna för lagringstekniker komma ner. För det andra måste reglerna för kraftmarknaderna revideras så att marknaderna blir mer flexibla och låter olika flexibilitetstekniker konkurrera på lika villkor. Regeringarna i Tyskland och Frankrike är båda finansierade samordnade FoU-program för lagringsteknik, liksom EU.

Nya regler för EU: s inre elmarknad är för närvarande på bordet som skulle möjliggöra bättre integration av lagertjänster. Men flera medlemsstater, inklusive Frankrike, hävdar att de nya reglerna skulle göra deras nuvarande kapacitetsmarknader olagliga. Om reformerna inte antas vid Europeiska rådets möte i december kan utvecklingen av lagringstjänster hindras, vilket skulle kunna göra framtida integration av RES i onödan dyrt.