再生可能エネルギーの大規模開発の鍵。エネルギー貯蔵バッテリー

エネルギー貯蔵技術は、再生可能エネルギーの断続的な性質、グリッドが大規模に吸収および接続できないこと、電気自動車の充電設備とバッテリーの安全性のボトルネックの問題を解決するための鍵です。グリッドに対するエネルギー貯蔵技術には3つの利点があります。1つは、再生可能エネルギーの普及率を高め、分散型発電の開発を促進することです。 2つ目は、グリッドの安定性を改善し、適切なピーク調整を実現し、ピーク負荷とそれに対応するグリッド投資および電力供給投資を削減することです。第三に、電気料金の設計を通じて電力市場の自由化を促進する。

一般的なエネルギー貯蔵技術には、蓄熱と電力貯蔵が含まれます。狭義には、物理的または化学的方法を使用して電気エネルギーを蓄積し、必要に応じて放出する技術です。人間のエネルギー需要が徐々に増加するにつれ、埋蔵量、環境汚染、エネルギー効率、コストの面での従来のエネルギーの制約がますます顕著になっています。代替エネルギーの探索と新しいエネルギー源の研究と使用は世界の共通のテーマになり、将来の不可逆的なエネルギー開発の傾向でもあります。狭い視点から見ると、エネルギー貯蔵技術には、機械的エネルギー貯蔵、バッテリーエネルギー貯蔵、および電磁エネルギー貯蔵が含まれます。それらの中で、それはより成熟しています。市販のアプリケーションには、ポンプエネルギー貯蔵と圧縮空気エネルギー貯蔵が含まれます。この2つは大規模なエネルギー貯蔵技術です。バッテリー貯蔵エネルギーの商用利用は、依然としてコストの問題に直面していると一般に考えられています。エネルギー貯蔵技術を経済的に実現できるのは、太陽光発電と組み合わせた高関税地域のほんの一部です。技術の進歩により、蓄電池のコストは確かに下がっていますが、コストの上昇などの技術的要因により、大規模に商業的に使用することはできないと一般に考えられています。

近年、発電における再生可能エネルギーの割合は徐々に増加しています。再生可能エネルギーは、環境問題、特に二酸化炭素排出量の削減に対する効果的な解決策と見なされているだけでなく、長期的には、人間のエネルギー需要に対する最も重要な解決策の1つである可能性があります。 2014年の電力生産における再生可能エネルギーの世界シェアは22.8％（水力などを含む）であり、そのうち風力および太陽エネルギーが4％を占めています。厳しい環境圧力に直面して、中国は再生可能エネルギー発電の開発をより重要視してきました。 2014年の再生可能エネルギーの発電量は1.2兆時間で、総発電量の22％を占め、そのうち接続風力発電が総発電量の2.8％を占めています。太陽光発電は総発電量の0.45％を占め、グリッド接続された太陽光発電は0.42％を占めます。 2014年に中国と米国が発表した共同声明の中で、中国は2030年までに二酸化炭素排出量をピークに達することを提案し、早期にそうするよう努め、それに応じて一次エネルギー消費における非化石エネルギーの割合を20％に増やします。以前の計画では、2020年までに非化石エネルギーの15％を占める予定でした。水力発電の長い建設期間を考慮すると、成長は寄付によって制限され、風と光の開発の可能性は非常に大きいです。

バッテリーエネルギー貯蔵システムの飛躍的進歩が重要なポイントに達しました。現在、エネルギー貯蔵の経済学を研究することは、以前よりも時間に敏感で、指導的です。再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵システムの研究と政策設定をマクロとミクロから段階的に実施することは実行可能であり、経験的に適切です。

エネルギー貯蔵技術の重要性

現在、新しいエネルギーを見つける主な方法は、風力エネルギーと太陽エネルギーを電力システムに徐々に統合し、占める割合を増やすことです。従来の化石エネルギー発電と比較して、風力エネルギーと太陽エネルギーに基づく再生可能エネルギー発電は、自然条件に依存し、揮発性と断続性の特性を備えています。大規模集積回路は、グリッドのセキュリティと安定性に大きな影響を与えます。一部の専門家は、風力発電の場合、設置率がシステムの10％未満であれば、従来の技術で基本的に電力網のセキュリティと安定性を保証できると考えています。設置されている風力発電の割合が20％を超える場合、揮発性と断続性を低減し、電力網への耐え難い衝撃を回避するためのエネルギー貯蔵手段が必要です。したがって、エネルギー貯蔵技術の開発は、再生可能エネルギー発電の大規模なグリッド接続にとって不可欠な条件です。

分散型の再生可能エネルギー（風力、電気、太陽光）の場合、エネルギー貯蔵技術がより重要です。分散型エネルギーとは、主にクライアント側で構築されたエネルギー供給モードを指し、独立して、またはネットワークと並行して運用できます。ユーザーのさまざまなエネルギーニーズに応じたデマンドレスポンスで設計された新しいエネルギーシステムは、リソースと環境上のメリットを最大化できる分散型エネルギー供給システムです。システム。伝送リンクの損失を減らすことができるため、エネルギー使用効率を向上させることができます。しかし、風力や太陽エネルギーは不安定であるため、エネルギー貯蔵手段も分散型再生可能エネルギーの大規模開発に必要な条件の1つです。 2050年までに、人間の太陽エネルギーが総エネルギー供給の50％を占めるようになると考える人もいます。経済的に実行可能なエネルギー貯蔵技術がなければ、この美しいビジョンを想像することは困難です。したがって、エネルギー貯蔵技術は人間のエネルギー供給を真に変えることができると言えます。

エネルギー安全保障も中国のエネルギー開発の重要な目標です。中国の石油輸入への依存度は現在60％を超えており、今後も増加し続けるでしょう。石油価格の大きな変動は、全体的な経済パフォーマンスに影響を与えるだけでなく、エネルギー産業の健全な発展にも影響を及ぼします。したがって、政府は事前に代替石油を手配し、他国へのエネルギー依存を減らし、国際的な石油価格変動が経済の安全な運営に与える影響を減らす必要がある。ハイブリッド電気自動車と純粋な電気自動車は、将来の自動車産業の変革と発展の主な方向性であると考えられています。それらは世界の自動車大国と主要な自動車メーカーの開発の焦点となっており、エネルギー貯蔵技術は電気自動車の開発の主な制約となっています。中国にとって、都市環境汚染を減らすことに加えて、電気自動車の人気は石油に取って代わり、石油依存を減らすこともできます。一方、電気自動車やエネルギー貯蔵技術は、石油の強力な代替品です。長期的には、石油価格に対する最大の脅威は、電気自動車とエネルギー貯蔵技術である可能性があります。道路の半分が電気自動車で動いているとしたら、石油の価格はどこで下がるでしょうか。

近年、電気自動車やエネルギー貯蔵技術が急速に進歩し、石油の代替の可能性がますます明らかになっています。

1992年にリチウム電池を開発して以来、ソニーは材料や製造工程で大きな進歩を遂げ、発電システムや電気自動車に幅広い用途を持っています。 2014年には、世界の新しいエネルギー貯蔵技術が導入され、リチウムイオン電池が71％を占めました。現在、リチウム電池技術はまだ電気自動車の普遍的な要件を満たすことができません。第一に、バッテリーが大きすぎるため、電気自動車の重量は一般に同等のガソリン車の重量を上回りますが、耐久性はガソリン車の半分にすぎません。第二に、リチウムイオン電池は、充電に関して消費者の需要を満たすことができません。電気自動車の商品化が見込まれており、バッテリー密度は250Wh / kg以上。しかし、電気自動車の現在のリチウムイオン電池密度は、一般的に100Wh / kg未満です。最後に、リチウム電池の現在のコストは高すぎるため、電気自動車のコストの半分を占める可能性があり、価格の面で従来の自動車との競争が困難になります。

テスラは4月にPowerwall家庭用エネルギー貯蔵バッテリーを発売し、業界の注目を集めました。 Powerwallは、電気料金が安いときに蓄えられた電気を放出したり、再生可能エネルギー（太陽光発電）で使用したりできます。その経済は大規模な昇進のための最も重要な基準です。今回発売されたPowerwallの容量は7kWhと10kWhで、価格はそれぞれ3,000ドルと3,500ドルで、10年間の品質保険を提供しますが、料金の数には制限があります。 Powerwallは主に製品や太陽光発電システムの使用に重点を置いているため、バッテリーに加えて、ユーザーはソーラーパネルやインバーターなども購入する必要があります。システム全体のコストは2万米ドル以上と言われています。ソーラーユーザーは残りの電力をグリッドに売ることができるため、Powerwallの経済を弱体化させます。現在、米国に設置されているエネルギー貯蔵バッテリーの総額は約1億2800万米ドルです。それらのほとんどは企業組織に集中しており、家庭用設備はわずか1％です。一部の組織は、テスラが販売価格を約75％引き下げる必要があると分析しています。テスラはパナソニックと協力して、近い将来コストを約30％削減すると言われている大規模なバッテリー工場を建設しています。石油価格が低いままである場合、Powerwallのコストはさらに下がる必要があります。

常に、世界のすべての国は、大容量のエネルギー貯蔵技術の開発と応用を非常に重要視しています。現在、米国は95のエネルギー貯蔵プロジェクトに投資しており、357MWを超える設備容量を持っています。日本の設備規模は約310MWで2位。今年の成長はさらに急速です。 2014年には、米国が34.4 MWを追加し、中国とヨーロッパがそれぞれ31MWと27.7MWで2位と3位にランクされました。大容量のエネルギー貯蔵技術の商品化は、ナトリウム硫黄電池と液体フロー電池のみです。たとえば、ナトリウム硫黄電池は、エネルギー貯蔵密度が高く、効率が約80％であり、充電と放電の回数は6,000回を超える可能性があります。日本の京セラ株式会社が開発したナトリウム硫黄電池のエネルギー貯蔵システムは、100台以上稼働しており、容量は100MW以上です。現在、大容量のストレージ容量に搭載されているナトリウム電池と硫黄電池の割合が最も多く、40％に達していますが、ナトリウム電池と硫黄電池のコストが高いことが開発を制限する重要な要因です。

エネルギー貯蔵技術はどれくらい離れていますか？

低炭素変換の過程で、再生可能エネルギーの開発は人類にクリーンで持続可能なエネルギー源を提供し、電気自動車の台頭は大規模な石油代替の可能性を提供しました。したがって、世界のエネルギー供給モードは大きな変化に直面するでしょう。しかし、再生可能エネルギーと電気自動車の大規模な開発の両方が同じジレンマに直面しています。それはエネルギー貯蔵技術です。

再生可能エネルギーは不連続な性質を持っており、グリッドを大規模に統合することはできず、電気自動車は充電設備とバッテリーの安全性のボトルネックに直面しており、エネルギー貯蔵技術はこれらの問題を解決するための鍵です。グリッドのエネルギー貯蔵技術の利点は3つあります。まず、再生可能エネルギーの普及率を高め、分散型（マイクログリッド）発電の開発を促進します。 2つ目は、グリッドの安定性を改善し、適切なピーク調整を実現し、ピーク負荷とそれに対応するグリッド投資および電源投資を削減することです。第三に、電気料金の設計を通じて電力市場の自由化を促進する。さらに重要なことに、バッテリーストレージは分散（マイクログリッド）システムの開発における重大なボトルネックです。

電気自動車の開発におけるエネルギー貯蔵技術の重要性は、比較的直感的です。電気自動車の充電、クルージングマイル、安全性の問題はすべてバッテリーに関係しています。たとえば、バッテリーによる安全事故は、消費者の信頼を弱め、電気自動車の開発に影響を与えています。中国にとって、電気自動車の開発は、石油の代替に加えて、都市の自動車の排気ガスや騒音公害も解決することができます。電気自動車は、電気の山と谷を使用して、夜間の超過電力と安価な電力を使用して夜間に充電することもできます。

ホームユーザー向けのエネルギー貯蔵装置であるテスラのPowerwallと電力網装置であるPowerpackの価格は、1キロワット時あたり350ドルと低くなっています。 Powerpackは特定の技術的パラメータを示していませんが、一部のメディアは、コストが1キロワット時あたりわずか250米ドルであると報告しています。これは、エネルギー貯蔵技術が経済的に魅力的になり始めていることを意味します。

厦門大学のエネルギー経済とエネルギー政策の共同イノベーションセンターは最近、テスラのPowerwallとPowerpackを使用して、中国の現在のピーク価格政策の最適化された裁定取引モデルを確立し、エネルギー貯蔵投資の収益と州の外部への影響を分析する調査を実施しました。分析、エネルギー貯蔵の投資収益レベルに対するさまざまな影響要因の影響の定量分析。基本的な考え方は、電力網の観点から始めて、エネルギー貯蔵システムがピーク調整の役割を果たすことができるようにし、次にエネルギー貯蔵技術の経済と投資収入を決定することです。

送電と配電は主にナショナルグリッドとサザングリッドによって投資および運営されており、電力価格は地域開発と組み合わせたグリッド会社のコストに基づいてNDRCによって設定されています。資源の賦存量、地理的条件、経済発展レベルが異なるため、各州の電気料金には大きな違いがあります。現在、電力を輸入する多くの州は、ピークとバレーの料金政策、つまり異なるピークとバレーの料金率を実施しており、消費者がオフピーク時に電力消費を増やし、ピーク時に電力を節約し、電気。

さまざまな地域でのエネルギー貯蔵投資の経済的評価を通じて、一部の地域のエネルギー貯蔵投資は利益を達成することができたことがわかりました。補助金がなければ、エネルギー貯蔵への投資は利益を生む可能性があり、収入のレベルは価格差の影響を受けます。また、ピークとバレーの期間の分割にも関連しています。価格設定によってエネルギー貯蔵システムが電力網の観点からピーク調整の役割を果たすようにする方法を検討すれば、エネルギー貯蔵技術の経済性を大幅に向上させることができます。研究結果はまた、エネルギー貯蔵投資の最適な規模に達すると、電力網の負荷がよりバランスされ、発電所もより安定した効率的なモードで稼働できることを示しています。したがって、投資の可能性という点で、開発の余地は大きいでしょう。

明らかに、現在の研究はまだ非常に浅いです。さまざまな制限があるため、バッテリーの経済性に影響を与える要因を十分に考慮することはできません。例：まず、電力貯蔵と変換の過程で一定の損失があるため、電源と電力網の運用効率の向上の影響を考慮すると、総電力消費量に占める割合は大きくありません。したがって、大規模なエネルギー貯蔵が炭素排出量に与える影響については、さらに分析する必要があります。第二に、エネルギー貯蔵は、グリッド投資と電力投資の外部性を減らすことができます。これらの外部性をどのように定量的および定量的に評価するか、そしてエネルギー貯蔵のコストとどのように比較するかは、非常に重要な問題になります。ただし、環境外部性を十分に考慮すれば、エネルギー貯蔵技術の経済性が大幅に向上する可能性は比較的確実です。

電力網については、バッテリーエネルギー貯蔵技術の開発により、再生可能エネルギー発電の不安定性を根本的に解決し、再生可能エネルギー発電のシェアを大規模に拡大し、接続率とシステムの安定性を効果的に向上させることができます。政府にとって、より的を絞った差別化された料金政策を採用することは、蓄電池技術の収益性を促進するだけでなく、電力資源の割り当てを最適化し、電力システムの全体的な発電効率を改善するのに役立ちます。

再生可能エネルギーの普及率の向上や分散型およびマイクログリッドの開発に対するエネルギー貯蔵技術の開発の影響の評価がないため、この研究には重大な制限もあります。現在のエネルギー貯蔵技術の有効性を証明するための研究はまだ難しいと言えますが、単にエネルギー貯蔵技術が私たちからどれだけ離れているかを知るためです。しかし、そのような探索的研究は重要です。なぜなら、エネルギー貯蔵が発生した場合、世界のエネルギー市場が劇的に変化し、エネルギー消費がよりクリーンになり、電力網と発電所がより効率的になる可能性があるからです。再生可能エネルギーの使用の割合も大幅に増加する可能性があります。これらの変更はまだ始まったばかりであるため、これらの変更の影響は直接感じられず、見落とされがちです。

蓄電池は再生可能エネルギーの大規模開発の鍵です

世界最大の電力需要と世界最大の再生可能エネルギー発電機を備えた中国は、世界の再生可能エネルギー開発において重要な役割を果たしています。再生可能エネルギー発電の開発における最大の問題は、再生可能エネルギー発電の断続的で予測不可能な性質です。一方では、再生可能エネルギーの発電集中期間と発電期間の間に矛盾があります。風力発電のピークは一般的に夜間に集中し、太陽光発電のピークは日中に集中します。産業用電力の電力曲線は比較的緩やかであり、住民は日中と夜間の2つのピークで電力を使用します。また、季節や天候の変化に伴い、再生可能エネルギーの発電量や電力消費量の曲線も変化します。春の国内の風力発電出力のほとんどは最大です。太陽光発電の出力は夏に最も高く、天候の劇的な変化により発電量は予測できません。

これらはグリッドにとって問題です。従来のソリューションは主に2つのソリューションに集中しています。1つは、より柔軟な発電設備を使用してそれと連携して安定した総出力を形成すること、そしてより広く使用されているのは天然ガス発電と再生可能エネルギー発電の組み合わせです。 2つ目は、再生可能エネルギー発電のエネルギーを貯蔵することです。エネルギー貯蔵の伝統的な方法は、それを熱エネルギーおよび他の形態に変換することです。たとえば、熱貯蔵および温水システムと再生可能エネルギー発電システムの組み合わせなどです。エネルギー変換を伴わない電力貯蔵方式。過去には、主に揚水発電所として使用されていました。

上記の2つのスキームはいずれも、再生可能エネルギー発電が一定の規模に達した後、グリッドの安定性を維持するという問題を根本的に解決することはできません。最初の方法には2つの主な制限があります。1つは、広く使用されておらず、分散システムでより多く使用されていることです。 2つ目は燃料価格要因に関連しており、コストを管理することはできません。 2番目のアプローチの主な制限は、揚水発電所が稼働している場合、そのエネルギー源も基本的に化石エネルギーから得られることです。したがって、貯蔵エネルギーを汲み上げることはグリッドの変動性を減らすのに役立ちますが、エネルギーを節約し、排出量を減らすという固有の利点はありません。さらに、揚水発電所の用途は、場所、コスト、利益配分などの多くの要因の影響を受けます。

したがって、長期的には、蓄電池は、再生可能エネルギー発電の不安定性に対する最も効果的な経済的解決策となる可能性があります。バッテリーストレージの利点は、大小を問わず、あらゆるサイズの再生可能エネルギー発電と簡単に組み合わせることができることです。充電と放電が速く、直接電気と電気変換、高い変換効率。その制限の最大の要因は、経済性、および充電と放電の効率、安全性、およびコストに関連する寿命です。従来、バッテリー貯蔵の高コストは商業的に運用するのが難しいと考えられてきました。

この状況は急速に変化しています。バッテリー技術の最近の進歩により、電気自動車などの大規模なバッテリーアプリケーションがより一般的になり、バッテリーストレージと電力システムを直接組み合わせる試みが始まっています。テスラのPowerWallとPowerpackは、単一のピーク電力が3 kWで、10 kWhの電力を蓄え、92％の充電および放電エネルギー効率を実現し、簡単な接続でさらに1000倍に拡張できます。テスラは、これを使用して人力モデルを変更し、エネルギー革命を開始し、再生可能エネルギーの普及を促進したいと考えています。テスラは自慢していないようです。

再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵を備えたシステムの場合、システム経済に対するエネルギー貯蔵戦略の重要性は、エネルギー貯蔵装置自体のコストよりも高くなる可能性があります。したがって、政府はエネルギー貯蔵装置の開発を積極的に推進する一方で、発電用のバッテリー貯蔵と再生可能エネルギーの統合を提唱し、パイロットプロジェクトを積極的に立ち上げ、再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵システムの組み合わせに関するパイロットプロジェクトを支援する必要があります。実際に中国に最適なものを見つけるために。プロジェクトの設置場所に最適なエネルギー貯蔵戦略は、将来の大規模な再生可能エネルギー発電の使用のための優れた基盤を築くでしょう。

産業用電力の使用と組み合わせた分散型太陽光発電プロジェクトは、蓄電池に介入するのが最も簡単で、最も収益性の高いテーマである可能性があります。再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵を組み合わせたシステムの最適な経済的利益を達成するための鍵は、再生可能エネルギー発電の効果的な予測にあります。したがって、政府は風力エネルギーと太陽光発電を精力的に開発する一方で、関連する発電と気候データをタイムリーに更新および共有し、効果的な発電予測情報を提供するためのプラットフォームも確立する必要があります。

電力網については、バッテリーエネルギー貯蔵技術の開発により、再生可能エネルギー発電の不安定性を根本的に解決し、再生可能エネルギー発電のシェアを大規模に拡大し、接続率とシステムの安定性を効果的に向上させることができます。政府にとって、より的を絞った差別化された料金政策を採用することは、蓄電池技術の収益性を促進するだけでなく、電力資源の割り当てを最適化し、電力システムの全体的な発電効率を改善するのに役立ちます。

結論と政策提言

新しいエネルギー源と電気自動車の開発における重要なリンクとして、技術の進歩は全世界のエネルギーパターンを変えるでしょう。エネルギー貯蔵技術は新エネルギー時代の鍵と言えます。エネルギー貯蔵技術が経済的に実現可能になると、それは人類の新しいエネルギー時代への扉を開くでしょう。中国にとって、クリーンな開発に加えて、電気自動車、エネルギー貯蔵技術、風力および太陽エネルギーの効果的な組み合わせも、石油の効果的な代替手段を形成し、エネルギー安全保障を確保することができます。したがって、政府はエネルギー貯蔵技術の開発に注意を払う必要があります。従来のエネルギー企業にとって、エネルギー貯蔵技術の開発とその利益に注意を払う必要があります。その重要性は自明です。

したがって、13番目の5年間のエネルギー戦略計画では、クリーンエネルギー、電気自動車、エネルギー貯蔵の技術革新に焦点を当てる必要があります。技術革新によるコスト削減は確実で、信頼性が高く、永続的だからです。政府は、エネルギー貯蔵技術の革新、石油代替、クリーンエネルギー開発をエネルギー安全保障の不可欠な部分にする必要があります。

エネルギー貯蔵技術は無視できないことがわかります。近年の技術進歩により、エネルギー貯蔵技術は徐々に進化してきました。近い将来、エネルギー貯蔵技術の技術的実現可能性と経済性は、技術の進歩によってさらに強化されるでしょう。この変化は、世界のエネルギー供給方法とエネルギー構造に大きな影響を与える可能性があります。これは、伝統的なエネルギー会社と私たちの生活様式に大きな影響を与えるでしょう。

再生可能エネルギーの開発とエネルギー貯蔵技術の経済にとって、中国には一定の利点があります。第一に、電気料金は再生可能エネルギー発電とエネルギー貯蔵の利益の中核です。電力価格は政府によって決定されます。政府は、再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵技術の開発につながる電力ピークと電気料金の差を設定することができます。第二に、再生可能エネルギーの主要な生産国として、中国は巨大な市場の可能性を秘めており、再生可能エネルギーの開発とエネルギー貯蔵技術への投資に規模の経済を提供することができます。

蓄電池技術は、発電用の再生可能エネルギーの促進と同じくらい重要であることを認識しておく必要があります。技術の進歩に伴い、バッテリーエネルギー貯蔵のコストと技術は徐々に経済分野に参入しています。再生可能エネルギーの主要な生産者として、政府は、新エネルギー革命の機会をつかむために、バッテリーエネルギー貯蔵技術の研究と応用への支援を強化する必要があります。一歩遅れを回避するために、中国政府は、エネルギー貯蔵技術が突破口の前夜にある機会を捉え、産業規模と市場の利点を活用し、バッテリー貯蔵エネルギー研究とさまざまな技術の産業の統合を促進する必要があります、そしてバッテリー貯蔵エネルギーの大規模な適用をできるだけ早く達成するよう努めます。

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