根據(jù)美國國家可再生能源實驗室(NREL)的研究,未來的電力系統(tǒng)必須成功地利用大量可變和間歇性的可再生能源,以滿足對發(fā)電、脫碳、電網(wǎng)彈性和能源效率的需求。
隨著美國各州積極投資部署可再生能源發(fā)電設(shè)施,必須優(yōu)化儲能系統(tǒng)以滿足對發(fā)電、脫碳、電網(wǎng)彈性和能源效率的需求。美國國家可再生能源實驗室(NREL)專注于開發(fā)和建設(shè)美國未來的電力系統(tǒng),該電力系統(tǒng)采用以目的為導(dǎo)向的電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù),提高靈活性和平衡性,以最大限度地提高可再生能源的生產(chǎn)、儲存和轉(zhuǎn)換。在過去的一年,NREL的研究人員在電化學(xué)、壓縮空氣儲能、熱儲能和機械儲能等儲能技術(shù)進步方面進行了創(chuàng)新、跨學(xué)科和集成的研究和開發(fā)。
由于NREL開創(chuàng)性的儲能研究結(jié)果,《R&D World》雜志將其開發(fā)的波浪能轉(zhuǎn)換器模擬器(WEC Sim)評為過去一年最具創(chuàng)新性的100項技術(shù)之一,并獲得了R&D100獎。WEC-Sim是第一個允許波浪能開發(fā)人員模擬波浪能轉(zhuǎn)換器的動力學(xué)和性能的開源代碼,顯著地降低了波浪能轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)實的海洋環(huán)境中表現(xiàn)的不確定性,從而顯著降低了成本,縮短了這一關(guān)鍵和不斷增長領(lǐng)域的研發(fā)周期。
NREL的報告詳細介紹了美國地熱發(fā)電和熱儲能的現(xiàn)狀和未來廣闊的發(fā)展前景
NREL發(fā)布的《2021年美國地熱發(fā)電生產(chǎn)和區(qū)域供熱市場報告》展示了美國地熱能使用的現(xiàn)狀,并確定了可再生、脫碳能源系統(tǒng)的地熱機會。地熱的區(qū)域供熱的創(chuàng)新方法包括整合熱泵技術(shù)和熱儲能技術(shù),以及在能源區(qū)域的實施和優(yōu)化。這份報告對政策制定者、監(jiān)管機構(gòu)、開發(fā)商、研究人員、工程師、金融家和其他決策者都很有價值。
NREL選擇模塊化、經(jīng)濟高效、可隨處構(gòu)建的熱儲能技術(shù)
NREL研究人員開發(fā)了一個原型,以測試一種改變游戲規(guī)則的新型熱儲能技術(shù),該技術(shù)使用廉價的硅砂作為儲能介質(zhì)。通過使用低成本熱儲能和高效動力循環(huán)(ENDURING)技術(shù)構(gòu)建經(jīng)濟可行的長時儲能系統(tǒng)是一種可靠、經(jīng)濟高效且可擴展的解決方案,可以在任何地方安裝和部署。該儲能技術(shù)能夠經(jīng)濟可行地存儲高達26GWh的熱能,為建筑和工業(yè)過程加熱提供機會來替代燃煤發(fā)電設(shè)施或天然氣發(fā)電設(shè)施。NREL已經(jīng)與Babcock&Wilcox公司開展合作開發(fā)這種儲熱能技術(shù),Babcock&Wilcox公司擁有獨家知識產(chǎn)權(quán)。
深度脫碳電網(wǎng)中長期儲能的新財務(wù)分析工具
NREL的研究人員開發(fā)了一種嚴格的儲能財務(wù)分析情景工具(StoreFAST),以在可再生能源滲透率為85%的未來電網(wǎng)框架內(nèi)識別潛在的長時儲能機會。StoreFAST對儲能系統(tǒng)和靈活的發(fā)電系統(tǒng)進行分析,以提供對能源平準化成本、財務(wù)績效參數(shù)和時間序列圖表的洞察,這對綜合的儲能研究至關(guān)重要。最近在《Joule》期刊發(fā)表的一篇論文中指出,具有地質(zhì)儲存的清潔氫氣系統(tǒng)和具有碳捕獲和封存的天然氣的組合,可以作為長時儲能系統(tǒng)的一種最低成本選擇。
NREL為綠色電網(wǎng)開發(fā)FLASH水電框架
NREL開發(fā)的新的徑流和水電關(guān)聯(lián)分析框架(FLASH)工具提供了對可用水電項目數(shù)量和時間的洞察,從而改善了水電設(shè)施在電網(wǎng)運營模型中的表現(xiàn)。徑流和水電關(guān)聯(lián)分析框架(FLASH)將幫助用戶更好地了解在流域運營與水電可用性之間的聯(lián)系,為支持電網(wǎng)的可再生能源開辟新機遇。與風力發(fā)電或太陽能發(fā)電不同,水力發(fā)電設(shè)施可以將能量儲存起來供以后使用,并且具有額外的優(yōu)勢,即不必將其轉(zhuǎn)換為另一種形式的能源。這使得水電成為幫助電網(wǎng)適應(yīng)可變可再生能源的一種理想選擇。
NREL通過機器學(xué)習(xí)技術(shù)在電池研究方面取得進展,提高了電池性能、壽命和安全性
NREL的儲能技術(shù)科學(xué)家正在采用機器學(xué)習(xí)技術(shù)以加強他們對先進電池材料、化學(xué)和電池設(shè)計的理解。這些復(fù)雜的計算機算法通過深入了解數(shù)據(jù)集中的潛在模式,有助于加速電池性能、壽命和安全性的表征。研究人員正在使用機器學(xué)習(xí)和人工智能來評估制造質(zhì)量、壽命和性能、材料研究以及儲能應(yīng)用的安全協(xié)議。
到2050年,美國電網(wǎng)規(guī)模的儲能裝機容量可能增長五倍
NREL日前發(fā)布的《儲能未來研究》報告考慮了一系列儲能技術(shù)在何時何地能夠更具成本競爭力,具體取決于它們的運行方式以及為電網(wǎng)提供的服務(wù)。
NREL的《儲能未來研究》報告分析了到2050年儲能在維持彈性、靈活的電網(wǎng)方面的潛在作用。NREL研究人員正在跨技術(shù)合作,以考慮特定儲能技術(shù)的作用。一份報告《美國電力部門晝夜儲能的經(jīng)濟潛力》描述了到2050年美國電力系統(tǒng)中公用事業(yè)規(guī)模的晝夜儲能(長達12小時)的巨大市場潛力。研究團隊發(fā)現(xiàn),儲能系統(tǒng)可以為電網(wǎng)增加了更大的價值,當電力系統(tǒng)允許儲能系統(tǒng)同時提供多種電網(wǎng)服務(wù),并且在太陽能發(fā)電滲透率更高時,儲能部署將會更快增長。
原標題:2021年回顧:NREL致力于推進儲能和轉(zhuǎn)換的研究