Štai apie atsinaujinančią energiją niekas iš anksto nepasako: saulė nešviečia naktį, o vėjas nepučia pagal grafiką. Skamba akivaizdžiai, tiesa? Tačiau šis paprastas faktas iš tikrųjų yra vienas didžiausių galvos skausmų per visą energijos perėjimą.
Pagalvok apie tai. Telefono akumuliatorius išsikrauna blogiausiu įmanomu momentu,{1}}paprastai kai bandote paskambinti „Uber“ 2 val. Dabar įsivaizduokite tą problemą, bet tai visas elektros tinklas. Iš esmės tai ir yra, kai kalbame apie atsinaujinančią energiją be saugojimo.
Neatitikimo problema
Saulės baterijos gamina elektrą, kai teka saulė. Didžiausia gamyba? Paprastai apie vidurdienį. Bet kada daugumai žmonių iš tikrųjų reikia elektros? Anksti ryte, kai visi verda kavą ir ruošiasi į darbą, tada vėl vakare, kai grįžta namo ir pradeda gaminti vakarienę, įjungia šviesą, žiūri televizorių. Kreivės visiškai nesutampa.
Vėjas turi savų keistenybių. Kartais jūs gaunate per daug (iš tikrųjų yra atvejų, kai vėjo jėgainės turi būti uždarytos, nes yraper dauggaminama elektros energija), o kartais jos beveik nėra. Kai kuriose Teksaso dalyse vėjo generavimas gali svyruoti nuo beveik nieko iki 60 % valstijos energijos poreikio tiekimo tą pačią savaitę.
Čia atsiranda energijos kaupimas. Iš esmės tai yra buferis-būdas patraukti elektros energiją, kai jos yra daug, ir išsaugoti ją vėlesniam naudojimui, kai iš tikrųjų jos prireiks.
Kas tiksliai laikoma energijos kaupimu?
Terminas apima daug daugiau, nei galite tikėtis. Visi iškart galvoja apie „baterijas“ ir, žinoma, tai yra didelė to dalis. Tačiau energijos kaupimas atsinaujinančiai energijai apima keletą skirtingų požiūrių:
Siurblinė hidroelektrinėgyvuoja amžinai{0}}na, nuo XX a. 9-ojo dešimtmečio. Koncepcija yra nuostabiai paprasta: kai turite elektros pertekliaus, naudokite ją vandeniui pumpuoti į kalną į rezervuarą. Kai jums reikia energijos, leiskite vandeniui tekėti atgal per turbinas. Tai vis dar yra labiausiai paplitusi tinklinio-masto saugyklos forma visame pasaulyje, sudaranti maždaug 95 % visos naudingos-saugos energijos. Minusas? Jums reikia tinkamos geografijos-kalnų, slėnių, daug vandens. Negaliu tiksliai sukurti vieno iš jų Kanzase.
Baterijų sistemosar nauji vaikai patenka į visas antraštes. Šiuo metu dominuoja ličio-jonai, nes elektromobilių bumas smarkiai sumažino išlaidas. 2010–2023 m. baterijų sąnaudos sumažėjo apie 90%. Tai beprotiška. Tačiau yra alternatyvų kuriant-natrio-jonų baterijas (naudojant druską, o ne ličio), srauto baterijas (kuriose energiją{10}saugantis skystis laikomas rezervuaruose ir prireikus pumpuojamas), netgi geležies{11}}oro baterijas, kurios iš esmės „kvėpuoja“ deguonį iš atmosferos.
Suslėgto oro energijos kaupimasveikia kaip siurbiamas vanduo, bet su oru, o ne vandeniu. Suspaudžiate orą ir laikote jį požeminėse urvuose, kai elektra pigi, tada, kai reikia, išleidžiate per turbinas. Kol kas jų nėra daug, bet potencialas yra.
Šiluminis saugojimasyra įdomus, nes jis tiesiogiai nekaupia elektros energijos,{0}}bet kaupia šilumą ar šaltį. Koncentruotose saulės elektrinėse kartais naudojama išlydyta druska saulės šilumos energijai kaupti. Druska išlieka pakankamai karšta (kalbame apie 500+ laipsnius pagal Celsijų), kad galėtų generuoti garą ir varyti turbinas kelias valandas po saulėlydžio. Taip pat yra sistemų, kurios gamina ledą naktį, kai elektra pigi, o karštą popietę tą ledą naudoja pastatams vėsinti.
Smagračiai, superkondensatoriai, vandenilis-sąrašas tęsiasi. Kiekviena technologija turi savo saldžiąją vietą, priklausomai nuo to, kiek energijos jums reikia sukaupti, kiek laiko ją reikia saugoti ir kaip greitai ją reikia iškrauti.
Kodėl tai svarbu (ne tik akivaizdu)
Energijos kaupimas – tai ne tik šviesos įjungimas saulei nusileidus. Tai iš tikrųjų išsprendžia kelias problemas vienu metu.
Komunalinėms įmonėms rūpi tinklo stabilumas. Elektros tinklai kiekvieną sekundę turi išlaikyti tikslią pasiūlos ir paklausos pusiausvyrą. Per daug tiekimo ir dažnis pakyla; per mažai ir nukrenta. Bet kuriuo atveju įrangai nutinka blogi dalykai. Saugojimo sistemos gali reaguoti per milisekundes, kad padėtų išlaikyti tą pusiausvyrą. Kai kurie akumuliatorių įrenginiai Australijoje iš tikrųjų išgarsėjo dėl savo gebėjimo stabilizuoti tinklą greičiau nei gali tradicinės elektrinės.
Tada yra ekonominis kampas. Elektros kainos per dieną-kartais labai svyruoja. Vietose, kuriose yra daug atsinaujinančios energijos, kainos iš tikrųjų gali būti neigiamos ypač saulėtu ar vėjuotu laikotarpiu, nes pagaminama daugiau elektros energijos, nei gali atlaikyti tinklas. Naudodami saugyklą galite nusipirkti (arba gaminti) elektros energiją, kai jos yra pigios arba jos gausu, ir parduoti ją atgal, kai kainos šoktelėja. Tai vadinama arbitražu ir tampa tikru verslo modeliu.
Atokiose bendruomenėse ar salose saugykla, sujungta su atsinaujinančiais energijos šaltiniais, gali reikšti nepriklausomybę nuo dyzelinių generatorių. Dyzelinas yra brangus siuntimas, garsus, teršiantis ir reikalaujantis nuolatinės priežiūros. Saulės-plius-baterijos sistema gali kainuoti didelius išankstinius mokesčius, bet kuras yra nemokamas amžinai.
Skalės klausimas
Vienas iš keblių dalykų, susijusių su energijos kaupimu, yra tas, kad vienas dydis tikrai netinka visiems.
Mažiausiu mastu jūs turite individualius namus su saulės energija ant stogo ir akumuliatorių garaže-gal 10-15 kilovatvalandžių saugyklos vietos, kurios užtenka išgyventi naktį arba suteikti atsarginę kopiją dingus. Tesla Powerwall tikriausiai yra žinomiausias pavyzdys, tačiau dabar yra dešimtys konkurentų.
Pereikite į bendruomenės lygį ir galbūt turėsite keletą megavatų{0}}valandų, skirtų aptarnauti kaimynystę ar mažą miestelį.
Tada pereisite prie komunalinių{0}}įrengimų, kurie yra tikrai didžiuliai. Kalifornijoje esančios „Moss Landing“ baterijos talpa yra 3 000 megavat{4}}valandžių. Kad būtų galima pažvelgti į tai perspektyvoje, to pakanka keturioms valandoms maitinti apie 225 000 namų. Ir jie vis plečia jį.
Trukmė svarbi tiek pat, kiek pajėgumas. Baterijos puikiai tinka energijos kaupimui kelioms valandoms{1}}tai vadinama „trumpalaikiu saugojimu“. Bet kaip su sezoniniu saugojimu? Ką daryti, jei norite sutaupyti saulės energijos perteklių vasarą ir naudoti žiemą? Tam reikalingos visiškai kitos technologijos, ir, tiesą pasakius, kol kas puikių sprendimų tam neturime. Vandenilis yra viena iš galimybių, tačiau ji brangi ir neefektyvi.
Tikrieji{0}}pasaulio iššūkiai
Kaina vis dar yra iššūkis numeris vienas, nors jis tapo daug geresnis. Didelis akumuliatoriaus įdėjimas gali kainuoti 300{2}}400 USD už kilovatvalandę{5}}. Tai labai sumažėjo, bet vis tiek brangu, kai kalbate apie komunalinių paslaugų skalę. Ir baterijos laikui bėgant genda – jos tarnauja ne amžinai.
Taip pat yra medžiagų tiekimo grandinės problema. Ličio, kobalto, nikelio-paklausa auga greičiau nei kasybos operacijos gali neatsilikti. Ir daugelis šių medžiagų yra iš vietų, kuriose darbo praktika ar aplinkosaugos standartai kelia abejonių. Pramonė lenktyniauja ieškodama alternatyvų arba kurdama geresnius perdirbimo metodus.
Leidimai ir reguliavimas taip pat gali būti košmaras. Energijos kaupimas yra toks naujas dalykas, kad daugelyje vietų nėra aiškių taisyklių, kaip šias sistemas prijungti prie tinklo, kam jos gali priklausyti, kaip jos turėtų būti kompensuojamos. Kai kurios komunalinės įmonės laiko saugyklą grėsme savo verslo modeliui, o kitos tai priima.
Tada yra paprasta fizikos problema: energijos konversijos nuostoliai. Kai kraunate akumuliatorių, prarandate dalį energijos kaip šilumos. Ją iškrovę prarandate daugiau. Ličio jonų akumuliatorių -kelionės efektyvumas gali būti 85-90 %, o tai yra gana gerai, bet tai reiškia, kad vis tiek prarandate 10–15 % energijos. Kai kurių kitų saugojimo technologijų nuostoliai yra daug didesni.
Kur reikalai krypsta
Energijos kaupimo impulsas yra tikras. Pasaulinių įrenginių skaičius auga eksponentiškai. Vien 2023 m. pasaulis padidino maždaug 50 gigavatų akumuliatoriaus talpą{4}}dvigubai nei ankstesniais metais.
Mes matome naujoves netikėtose vietose. Automobilių akumuliatoriai įgauna antrąjį gyvenimą kaip stacionari saugykla, kai jų nebepakanka transporto priemonėms. Vystoma transporto priemonės-į-tinklą technologija, kai prireikus elektromobiliai iš tikrųjų gali tiekti energiją atgal į tinklą (jūsų automobilis iš esmės tampa akumuliatoriumi ant ratų).
Ilgalaikis{0}}saugymas yra kita riba. Yra keletas laukinių idėjų-energijos saugojimas naudojant gravitacijos blokus, povandeninis suspausto oro saugojimas, skysto oro energijos kaupimas. Kai kurie iš jų veiks, daugelis ne, bet eksperimentavimas vyksta.
Ekonomika ir toliau gerėja, kai mažėja sąnaudos ir didėja anglies dvideginio emisijų kaina. Kai kuriose rinkose saugykla jau yra konkurencinga be subsidijų. Tai nebuvo tiesa net prieš penkerius metus.
Apatinė eilutė
Energijos kaupimas yra ne tik malonus--atsinaujinančios energijos priedas,-tai tampa dalyku, leidžiančiu visą perėjimą. Be saugyklos galite pridėti tik tiek saulės ir vėjo, kol tinklas netaps nestabilus. Su saugykla lubos yra daug, daug aukštesnės.
Mes vis dar tik pradžioje. Technologijos sparčiai tobulėja, išlaidos mažėja, o mes nuolat sugalvojame naujų programų. Tačiau pagrindinis pasiūlymas dėl vertės yra aiškus: kaupimas su pertrūkiais atsinaujinančią energiją paverčia patikima, išsiunčiama energija. Ir tai viską keičia.
Ateinantį dešimtmetį bus įdomu stebėti. Pigių atsinaujinančių energijos šaltinių ir vis labiau prieinamos kainos saugojimo derinys jau trikdo elektros rinkas visame pasaulyje. Vietose, kurios prieš penkerius metus buvo 100% priklausomos nuo iškastinio kuro, dabar tam tikromis dienomis reguliariai pasiekia 50%, 60%, net 70% atsinaujinančios energijos. Ne taip seniai tai atrodė neįmanoma.
Dar reikia daug nuveikti{0}}technologinių, ekonominių ir reguliavimo srityse. Tačiau trajektorija gana aiški. Energijos kaupimas atsinaujinančiose sistemose yra ne tik ateitis; tai greitai tampa dabartimi.