能源和运输系统中的液态空气

能量中的液态空气和transport系统 行业机遇 和创新在英国总结报告和建议 贡献者出版日期 马克·阿克赫斯特，LCAworks2013年5月9 IanArbon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，梅瑟集团内森·古德，格兰特·桑顿 伦敦帝国理工学院PhillipGrünewald博士AndrewL.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ChristosMarkides博士布赖顿大学罗布·摩根博士 RobinMorris，独立顾问 StuartNelmes，Highview电力存储尼克·欧文，E4tech TobyPeters，液态空气能源网络AnthonyPrice，电力存储网络JohnRaquet，SpiritusConsultingDavidSanders，清洁技术咨询SteveSaunders，Arup Dipl.Ing.AlexanderSchlotmann,MesserGroup 文东深博士，玛丽女王，伦敦大学 MikeWilks，Pöyry管理咨询公司 撰稿人/审稿人 JonathanRadcliffe博士，CLCF方案主任储能中心 RichardA.Williams教授，OBEFREngFTSE，伯明翰大学 I日SBN：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，请联系中心低碳期货。 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。 编辑器本报告由以下人员支持： DavidStrahan 低碳期货合作中心 http://www.lowcarbfutures.org 02能源和运输系统中的液态空气2013年出版。 CONTENTS 前言 04 前言 08 主要结论 10 关于液态空气能源网络(LAEN) 10 执行摘要 12 为什么我们需要另一个能量矢量？ 12 什么是液态空气？ 12 电网电力 13 交通运输 13 废热 14 液态空气生产和成本 15 基础设施 16 制造和部署途径 17 安全 17 气候变化 18 能源安全 20 Policy 20 政策审查 23 电力网络 24 交通运输 27 词汇表 29 联系人 31 Acknowledgements 31 免责声明 31 关于我们 31 能源和运输系统中的液态空气2013年出版。03 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。 04能源和运输系统中的液态空气2013年出版。 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1中排名第二。我们认为液态空气是众多空气中的一种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MesserGroup。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 1首次报告“英国能源储存途径”2012年低碳期货中心 ISBN978-0-9575872-5-0 能源和运输系统中的液态空气2013年出版。05 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。 传统上人们忽视了能源的使用方式， Butthetideisnowturning.Energyefficiency 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。 热能也经常被忽视 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 10-40TWh的热量目前从工业损失来源在英国。 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.Wemustpursuitprogressacrossthetechnology 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。 挑战 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 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。 THEOPTIONS 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.Theseincludetransmissionlinesbetween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。 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。 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。 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。 06能源和运输系统中的液态空气2013年出版。 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。 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。 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。 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。 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。 更直接地说，液态空气可以证明它的价值 Specificficsectors,includingprovidingthecoolingin 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。 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。 国内旅客运输 家庭照明,电器和烹饪 生物能源/废物+共烧 Hydro 海洋海上风 工业流程商业供暖 和冷却 太阳能光伏 陆上风商业照明, 家用空间供暖 已部署 20200 150 100 50 18 16 14 12 10 8 6 4 2 电器和餐饮 和热水 00 图A:可再生能源发电的增长实现2020年目标所需的技术2 2资料来源：DUKES（DECC，2012年），英国可再生能源路线图 （DECC，2009年）和2012年更新，英国国家可再生能源行动计划(2009年) 图B:不断变化的电力需求 DECC途径，“可再生能源，更高的电力” 能源和运输系统中的液态空气2013年出版。07 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