能源和运输系统中的液态空气

能量中的液态空气和tr anspor t系统 行业机遇和创新在英国总结报告和建议 贡献者马克·阿克赫斯特，LCAworksIan Arbon教授。工程解决方案迈克尔·艾尔斯，迪尔曼发动机公司伦敦帝国学院奈杰尔·布兰登教授理查德·布鲁日，Productiv史蒂夫·库珀，Spiritus咨询公司丁玉龙教授，利兹大学蒂姆·埃维森，梅瑟集团伦敦帝国理工学院Phillip Grünewald博士Andrew L. Heyes博士，伦敦帝国理工学院李永良博士，利兹大学伦敦帝国学院Christos Markides博士布赖顿大学罗布·摩根博士Robin Morris，独立顾问Stuart Nelmes，Highview电力存储尼克·欧文，E4techToby Peters，液态空气能源网络Anthony Price，电力存储网络John Raquet，Spiritus ConsultingDavid Sanders，清洁技术咨询Steve Saunders，ArupDipl. Ing. Alexander Schlotmann, Messer Group文东深博士，玛丽女王，伦敦大学Mike Wilks，Pöyry管理咨询公司 出版日期2013年5月9日ISBN：978 - 0 - 9575872 - 1 - 2 报告编号020 出版商2013年低碳期货中心。有关引用和转载，请联系中心 本报告探讨了技术、环境和业务潜力的液态空气作为一个新的能量矢量。 撰稿人/审稿人 Jonathan Radcliffe博士，CLCF方案主任储能中心Richard A. Williams教授，OBE FREng FTSE，伯明翰大学 编辑器David Strahan 本报告由以下人员支持： 前文 在过去的两年里，我注意到对储能的兴趣，以及越来越多的报告和研究资助机会有助于更好地欣赏它的价值。然而，虽然理解储能的作用和需求都在增长，那里仍然存在许多不确定的领域。我们的报告“液态空气中的能源和运输系统旨在帮助消除至少有一些不确定性。 许多形式的能量存储已经在世界，从大型抽水蓄能到许多各种电池在广泛的应用。而这些可能是最著名的能量储存形式，还有一些新技术还没有完全理解或广泛部署的。 光靠技术是不够的。对于科学技术创新转向生产，有很多因素这影响了过渡。对于私营部门，商业一项新技术的可行性显然是最重要的，但质量部署还需要更广泛和更深入的理解应用本身。在储能的情况下技术，这意味着不仅要了解技术在特定的fic环境下执行，但它们是如何执行的将通过整个系统的方法进行部署，考虑它们在电网中的作用，以及移动应用程序。 低碳期货中心是英国five的合作伙伴关系研究密集型大学组成的大学伯明翰，赫尔大学，利兹大学，谢夫fi菲尔德大学和约克大学，它们是积极参与广泛的能源系统研究支持向低碳未来的过渡。我们的工作跨越英国，欧盟，亚洲和拉丁美洲。作为活动组合的一部分我们计划对储能，我们委托这份报告作为我们的在该系列中排名第二。我们认为液态空气是众多空气中的一种1可以作为整个系统的一部分发挥作用的技术方法，并将在未来几个月将与许多合作伙伴合作。这份报告是由低碳中心委托编写的期货和液态空气能源网络，Arup支持和Messer Group。我们再次非常感谢继续伦敦皇家工程学院的支持在伦敦举办了一次联合报告发布会和会议2013年5月9日。我们也感谢个别作者已经与编辑团队合作，展示了他们对fi的评价关键主题，并向伯明翰大学发起这份报告。我们也承认大学社区世界各地的研究人员，以及与研究委员会合作的人员和政府部门，他们的过去和现在的研究继续提高对关键作用的认识储能可以实现低碳经济。 乔恩·普莱斯,低碳期货中心主任 PREFACE 实现气候变化目标的挑战如此伟大，以至于从可再生能源中捕获能源来源将是任何途径的关键组成部分。过去十年的首要任务是改善发电技术，使他们能够提供能源以较低的成本和更高的可靠性。这只是虽然是解决方案的一部分；我们还需要确保可再生能源发电在整个系统，包括基础设施和对能源的需求。我们还需要发展能源增加我们国家能源安全的系统。 能够管理高水平的可再生能源容量，以及以合理成本这样做的容量，没有锁定未来的排放，也没有增加了灯熄灭的风险。 能源，特别是电力的最终用途，也会发生变化，如图B所示。发生在更长的时间尺度上，以利用电网电力排放的下降和新技术的发展。 能源矢量，可以捕获可再生能源并在其他时间使用它，甚至用于不同的应用，如热量或运输，可以减少供大于求时的浪费，帮助满足峰值需求而不诉诸碳密集的热电厂，并允许剩余的天然气涡轮机更有效地运行fi。 传统上人们忽视了能源的使用方式，But the tide is now turning. Energy efficiency正在成为政策的支柱，也是如此能源系统管理。更加强调被放置在使用技术上，这些技术可以充分利用正在使用的可再生能源生产。转动产生的瞬时功率由风电场或太阳能电池阵列转化为能量矢量，允许在不同的时间使用该功率或放置，可以提高EFfi的效率，降低整个能源系统的成本。这是潜在的一种新的能量矢量-液态空气-这是这份报告。 THE OPTIONS 政府、机构和系统运营商开始认识到能源系统将随着我们从一个可预测性盛行的情况之一供给和需求的可变性更大。 这样的fi灵活性可以来自以下技术：允许我们将能量从一个地方或时间转移到another. These include transmission lines between邻国，需求方可以改变其消费模式和储能，所有这些都与传统的解决方案并列因供应变化而退出热电厂或需求。 全国辩论，但这也在改变特别是与液态空气有关。政府的最近发表的政策文件“的未来“加热”指出了剩余工业热量的潜力作为低碳或零碳能源，这可能被用来发电。他们的报告估计10 - 40 TWh的热量目前从工业损失来源在英国。 能源存储提供了用不需要通过终端改变行为-用户，不依赖其他能源的可用性国家和不锁定未来的排放。 我们有机会和日益增长的需求来扩大规模增加我们对技术的投资，以确保可再生能源的能源不会浪费，而且英国工业部门的机会不是lost. We must pursuit progress across the technology空间，以及在整个创新过程中，政策和市场框架相匹配。液体空气是一个典型的技术，具有提供更有效的fi能源系统的潜力并为英国带来绿色增长的好处。因此，我们敦促政策制定者，研究社区和私营部门考虑这份报告，加入证据收集和辩论，并建立正在进行的工作。 由于这些优点，储能具有最后提出了创新和政策议程两年。然而，显著的fi挑战仍然存在它可以被认为是一个真正可行的大选择-规模部署。技术必须改进其性能和成本，需要在系统，并迫切需要一个市场框架重视他们的全系统利益fits。还有需要开发能够扩大规模，但价格明显低于现有的fi选项，并且消耗更少的异国情调的材料和稀缺资源。 挑战 有无数的早期技术，提供了一个服务范围，从逐个秒的电能质量对电网的管理，对储存在跨季节的地下水。最有价值的然而，区域是网格存储能够存储以10s - 100s的规模供电数小时MW -对应于间歇性发电和需求。液态空气作为一种存储介质有可能占据这个空间。 如果2020年的排放和可再生能源目标要满足，很明显我们的电力系统将必须显著改变fi。图A显示了比例所需的可再生能源发电量的增加英国，尤其是风能和太阳能。 如果风的贡献的中点和光伏(PV)要满足，他们的安装产能可以满足峰值需求的一半以上。这意味着我们需要设计一个电力系统 在构成完整报告的论文中，我们汇集领先研究人员的观点和分析师介绍了在哪里和低温系统如何帮助解决能源问题挑战。提出的分析是一个阐述当前的想法，涵盖了能源和运输系统中的技术。 新的向量也可能带来额外的好处fits将可再生能源转化为其他市场。氢气和热水（通过区域供热）到目前为止，已经是研究最多的矢量。液态空气现在也应该考虑，因为它可以作为一种运输燃料和有效地捕获废热来自车辆和工业过程的能量。利用废热的能力尤其是系统的重要和鲜明的特点。 网格规模液态空气存储的部署将需要大规模技术相结合示范，一个重视存储可以提供的服务，以及能源部门拥抱创新解决方案。在总结报告和建议，我们提出能源和运输政策的一些变化，我们相信将使液态空气与竞争其他选择。 机会-液态空气 尽管他们有相当多的工业遗产，低温液体是一个相对较新的围绕能量向量的辩论，正如我们在构成完整报告的论文。但这就是将已建立的技术应用于新的使液态空气如此有吸引力的挑战命题，尤其是对一个成熟的工业国家比如英国。作为一个国家，我们有一个制造业非常适合生产液态空气能源系统的组成部分。 更直接地说，液态空气可以证明它的价值Specificfic sectors, including providing the cooling in冷藏卡车，作为主要燃料零排放至关重要的车辆，例如仓库或矿山，以及开采来源工业过程中发现的废热或废热或液化天然气码头。 气体已被液化和储存为各种使用了几十年，现在经常使用在几乎每个国家。冷冻剂的运输随着液化fied天然气的增长而扩大（液化天然气），尽管液化天然气是可燃的而不是惰性的。把这些部件放在一起一个集成系统是可以实现的，已经是以试点规模发生。为了释放其全部潜力，系统必须针对目的进行优化，并且所需的规模，并反映国家的需求它被部署在其中。在实践中，该技术与南方相比，英国可能看起来非常不同美国或中东。 很明显，意识到液态空气的潜力需要投资。最初这将需要来从公共部门到降低技术风险私营部门可以看到商业的水平机会。政策制定者和监管者也需要确保环境总体上是有利的可能提供长期系统的创新beefits。 DECC途径，“可再生能源，更高的电力” 图C显示了可能的时间线液态空气的发展，以全面部署为储能介质和输运能量矢量这份报告的作者认为是可以实现的。 虽然永远不能保证任何技术将继续交付，英国可能会面临风险如果我们现在不投资，就会失去一个重要的fi机会在低温储能等技术中。作为这份报告显示，液态空气是一个严重的竞争者在英国的能源系统中占有一席之地，并提供对在相关领域表现出色的英国企业有利制造技术。 CLCF的未来作用 低碳期货中心一直很高兴在我们的范围内支持这项工作能源储存计划。与液体空气能源网络我们打算密切参与在本报告播种的后续活动中。The当务之急必须是加快实施液态空气在英国和国际上的应用。这不仅是政府的工作；企业和更广泛的研究界也必须落后这个和其他技术，如果潜在的利益fits是要实现的。 未来几个月将创造一种“能量”存储天文台“绘制fi领域的创新图表。CLCF成员大学将共同努力，借鉴我们研究界的专业知识和其他涵盖技术开发的项目，示范活动、市场和政策分析。我们将主办会议和大会以涵盖技术研究，重要的是可以允许部署的业务模型成为可行的商业主张。 这是至关重要的工作，因为大卫·威利茨议员，部长对于大学和科学，在他的论文中指出“八大技术”3，英国失去了以前其他国家的能源储存机会因为我们的基础科学和我们的制造技术。就是那个差距在电池中“给了日本人机会”他认为，技术，“我们不能重复这个错误。“。政府确实在投资给学术界和商界提供机会引领世界，开发新技术和可以对英国有利的行业。液态空气应该成为这一努力的一部分。 Jonathan Radcliffe博士，CLCF方案主任储能中心和高级研究员，伯明翰大学 Richard A. Williams教授，OBE FREng FTSE，伯明翰大学 主要结论 本摘要报告应结合全文阅读 报告，可以在WWW. LIQUIDAIR. ORG. UK上找到•液态空气是一种新颖的能源概念，可以帮助解决一些问题我们最严峻的能源挑战：-平衡日益由间歇性可再生能源-减少运输过程中的温室气体排放-利用余热。•液态空气可以通过以下方式帮助减少电网电力中的CO排放2捕获“错误的时间”能量(如过量的可再生需求太少