Mayroon bang mga kawalan ng mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya sa antas ng grid?
Kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa renewable energy, palaging may elepanteng ito sa silid na tila sumasayaw ang lahat sa paligid ng - storage. Ang pag-imbak ng enerhiya sa antas ng grid ay napakatalino sa papel, at tiyak na kinakailangan ito kung gagawa tayo ng hangin at solar na gawain sa sukat. Ngunit ang mga disadvantage ng mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya sa antas ng grid ay mabilis na tumataas kapag nalampasan mo ang mga brochure sa marketing at mga subsidiya ng gobyerno.
Ang unang bagay na tumama sa iyo ay ang gastos. Hindi lang ang upfront capital expenditure, na nakakatugon-sapat, kundi ang mga gastos sa pagpapatakbo na patuloy na dumudugo taon-taon. Kunin ang Hornsdale Power Reserve sa South Australia - ang malaking proyekto ng baterya ng Tesla mula 2017 na gustong-gustong banggitin ng lahat bilang isang kuwento ng tagumpay. Oo naman, pinapatatag nito ang grid sa panahon ng mga frequency event, ngunit ang 150 MW / 194 MWh system ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang $90 milyon AUD (www.abc.net.au). Aabot iyon sa halos $600,000 bawat megawatt{15}}oras ng kapasidad ng imbakan. Para sa isang system na nagpapababa sa bawat ikot ng pagsingil.
Ang mga bateryang Lithium-on, na nangingibabaw sa merkado ng grid storage sa ngayon, ay nawawalan ng humigit-kumulang 2-3% ng kanilang kapasidad bawat taon dahil lamang sa pagtanda ng kalendaryo, kahit na hindi mo gaanong ginagamit ang mga ito. Pagkatapos ay mayroong cycle degradation sa itaas nito. Karamihan sa mga komersyal na sistema ng baterya ay ginagarantiyahan para sa humigit-kumulang 80% na kapasidad pagkatapos ng 10 taon, na nangangahulugang nagbabayad ka para sa storage na dahan-dahang sumingaw. Ang ekonomiya ay may katuturan lamang sa mga partikular na kaso ng paggamit tulad ng frequency regulation kung saan nakakakuha ka ng mga bayad na premium na rate para sa millisecond na mga oras ng pagtugon.
Ang mga alalahanin sa kaligtasan ay hindi rin nakakakuha ng sapat na atensyon. Naaalala ng lahat noong nasunog ang pasilidad ng baterya ng Moss Landing sa California noong 2021. Iyon ay isang 300 MW / 1,200 MWh na pag-install - isa sa pinakamalaki sa mundo noong panahong iyon - at kinailangan itong isara nang ilang buwan. Pagkatapos ay nagliyab MULI noong 2022 (www.energy-storage.news). Hindi ito maliliit na apoy sa kusina ang pinag-uusapan natin. Ang Lithium{14}}ion thermal runaway na mga kaganapan ay napakahirap patayin at ilabas ang mga nakakalason na gas. Ang kagawaran ng bumbero ay karaniwang kailangang hayaan itong masunog ang sarili habang pinipigilan ang lahat ng iba pa mula sa paghuli.
Ang California ay nag-i-install ng storage ng baterya na parang baliw, ngunit nararanasan nila ang pangunahing problemang ito kung saan ang mga baterya ay maaari lamang mag-discharge nang humigit-kumulang 4 na oras sa rate na kapangyarihan. Mainam iyon para sa peak shaving sa gabi kapag bumaba ang araw, ngunit walang silbi para sa maraming-araw na mga kaganapan sa panahon o pana-panahong mga pagkakaiba-iba. Kakailanganin mo ng 50-100 beses na mas maraming kapasidad ng imbakan upang mahawakan ang isang linggong maulap na panahon sa taglamig, na ginagawang ganap na walang katotohanan ang kaduda-dudang ekonomiya.
Hayaan akong maghagis sa iyo ng ilang teknikal na numero. Ang isang tipikal na utility-scale lithium-ion na sistema ng baterya ay may round-episyente sa biyahe na humigit-kumulang 85-90%, na mukhang disente hanggang sa mapagtanto mo na iyon ay 10-15% ng iyong enerhiya na nawawala sa init. Sa bawat 100 MWh na iimbak mo, 85-90 MWh lang ang babalikan mo. Ihambing iyon sa pumped hydro storage sa 70-80% na kahusayan - oo mas mababa ito, ngunit ang pumped hydro ay maaaring mag-imbak ng enerhiya sa loob ng maraming buwan nang walang makabuluhang pagkalugi, habang ang mga baterya ay naglalabas ng sarili sa humigit-kumulang 1-3% bawat buwan.
Ang panig ng kapaligiran ay nagiging magulo din. Ang pagmimina ng lithium, cobalt, nickel - ay hindi malinis na proseso. Mayroong ulat sa 2020 na ito na nagpapakita na ang paggawa ng baterya ay gumagawa ng makabuluhang CO2 emissions, sa isang lugar sa hanay na 60-150 kg CO2 kada kWh ng kapasidad ng baterya depende sa pinaghalong enerhiya na ginamit sa produksyon. Kung ang iyong grid ay tumatakbo pa rin sa karbon habang gumagawa ka ng imbakan ng baterya, karaniwang inililipat mo lang ang mga carbon emissions sa halip na alisin ang mga ito.
Pagkatapos ay mayroong problema sa supply chain ng materyal. Nakikita na namin ang pagtaas ng presyo ng lithium, at iyon ay bago ang napakalaking-pagtaas sa produksyon ng EV. Ang grid storage at mga de-kuryenteng sasakyan ay nakikipagkumpitensya para sa parehong mga materyales ng baterya, at walang sapat na kapasidad sa produksyon upang masiyahan ang parehong mga merkado sa mga timbangan na tinatalakay. Ang ilang mga analyst ay hinuhulaan ang mga kakulangan sa lithium sa 2025 o 2026. Good luck sa pagbuo ng terawatt-mga oras ng storage kapag hindi mo mapagkunan ang mga materyales.
Ang mga daloy ng baterya ay patuloy na na-promote bilang solusyon, ngunit ang mga ito ay "malapit na" sa loob ng mga dekada ngayon. Ang densidad ng enerhiya ay kakila-kilabot - ang mga vanadium flow na baterya ay namamahala ng humigit-kumulang 20-30 Wh/kg kumpara sa lithium-ion na 200+ Wh/kg. Ibig sabihin, napakalaking tangke ng electrolyte solution, maraming tubo na maaaring tumagas, mga bomba na kumukonsumo ng kuryente at nangangailangan ng pagpapanatili. At sa kabila ng lahat ng mga pangako, ang naka-install na base ng mga daloy ng baterya sa buong mundo ay maliit pa rin kumpara sa lithium-ion. Malamang may dahilan yan.
Binubuo ng pumped hydro ang humigit-kumulang 95% ng pandaigdigang kapasidad ng imbakan ng grid sa ngayon, ngunit hindi mo ito mabubuo kahit saan. Kailangan mo ng tamang heograpiya - dalawang malalaking reservoir sa magkaibang elevation, mas mabuti na malapit sa transmission infrastructure. Ang pagpapahintulot sa kapaligiran lamang ay tumatagal ng mga taon. Nang iminungkahi ng Pacific Gas & Electric ang isang pumped hydro facility sa California kamakailan, tinitingnan nila ang 8-10 taon para lamang sa pagpapahintulot at pag-aaral sa kapaligiran bago magsimula. At iyon ay ipagpalagay na walang mga demanda mula sa mga pangkat ng kapaligiran na nag-aalala tungkol sa mga tirahan ng isda.
Ang mga hamon sa pagsasama ng grid ay nararapat sa kanilang sariling talakayan. Ang pagdaragdag ng malaking halaga ng imbakan ay nangangailangan ng pag-upgrade ng mga transformer, mga sistema ng proteksyon, imprastraktura ng kontrol. Hindi ito plug-and-play. Kapag mabilis na na-discharge ang mga baterya, maaari silang lumikha ng mga isyu sa kalidad ng kuryente - pagbabagu-bago ng boltahe, mga harmonic distortion. Ang grid ay hindi idinisenyo para sa libu-libong ibinahagi na mga sistema ng baterya na lahat ay nagcha-charge at naglalabas ng semi-random na random batay sa solar production at oras-ng-paggamit ng mga signal ng pagpepresyo.
Kinailangan ng CAISO grid operator ng California na bumuo ng ganap na bagong mga panuntunan sa merkado at mga sistema ng pag-bid upang ma-accommodate ang storage, at inaalam pa rin nila ito. Maaaring lumahok ang imbakan sa mga merkado ng enerhiya, mga merkado ng kapasidad, mga merkado ng mga karagdagang serbisyo - ngunit iba-iba ang mga panuntunan sa bawat hurisdiksyon at patuloy na nagbabago ang mga ito. Ang kawalan ng katiyakan sa regulasyon na iyon ay nagpapahirap sa pagpopondo ng mga proyekto dahil hindi alam ng mga mamumuhunan kung anong mga daloy ng kita ang maaasahan nila.
Mayroon din itong kakaibang manok-at-problema sa imbakan at deployment ng nababagong enerhiya. Kailangan mo ng higit pang storage para paganahin ang mas maraming renewable, ngunit mahal ang storage, na ginagawang mas mahal ang pinagsamang system, na nagpapabagal sa renewable deployment. Nalaman ito ng Germany sa mahirap na paraan - na nag-install sila ng napakalaking dami ng solar at hangin ngunit hindi halos sapat na imbakan, kaya nauuwi nila ang pagbawas sa renewable generation kapag lumampas ang produksyon sa demand, o pagpapaputok ng fossil fuel plant kapag hindi umiihip ang hangin.
Ang isyu sa habang-buhay ay nakakaabala sa akin nang higit kaysa sa karamihan ng iba pang mga kadahilanan. Maaaring tumakbo ang isang planta ng kuryente ng natural gas nang 30-40 taon nang may regular na pagpapanatili. Ang mga pumped hydro facility ay huling 50-100 taon. Mga bateryang Lithium-ion? Tinitingnan mo ang 10-15 years bago palitan, siguro 20 kung baby mo sila at hindi fully charge/discharge. Nangangahulugan iyon ng pagpapalit ng buong pag-install ng baterya nang maraming beses sa buhay ng mga solar panel o wind turbine na dapat nilang suportahan. Ang mga gastos sa lifecycle ay hindi nagdaragdag nang mabuti.
At hindi pa ako nakakapasok sa mga kinakailangan sa paggamit ng lupa. Ang mga pag-install ng baterya ay nangangailangan ng malaking espasyo,{1}}mga gusaling kinokontrol ng klima, mga sistema ng pagsugpo sa sunog, bakod ng seguridad. Ang isang 100 MWh na pasilidad ng baterya ay maaaring sumakop ng ilang ektarya. I-multiply iyon sa daan-daan o libu-libo ng mga naturang pasilidad na kailangan para sa seryosong grid-scale storage at pinag-uusapan mo ang tungkol sa maraming lupa. Sa mga lugar tulad ng Japan o Singapore kung saan mataas ang lupa, ito ay nagiging isang malaking hadlang.
Kaya mayroon bang mga kawalan ng mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya sa antas ng grid? Oo, talagang ginagawa nila. Hindi iyon nangangahulugan na hindi kailangan ang imbakan o hindi natin ito dapat itayo. Ngunit ang pagpapanggap na ang mga hamon ay hindi umiiral o na sila ay mahiwagang lutasin ang kanilang mga sarili na may sapat na mga subsidyo at optimismo ay hangal. Ito ay mga tunay na problema sa engineering, pang-ekonomiya, at materyal na agham na nangangailangan ng aktwal na mga solusyon, hindi lamang cheerleading.