Ево ствари о обновљивој енергији коју вам нико не каже унапред: сунце не сија ноћу, а ветар не дува по распореду. Звучи очигледно, зар не? Али ова једноставна чињеница је заправо једна од највећих главобоља у читавој енергетској транзицији.
Размисли о томе. Батерија телефона се испразни у најгорем могућем тренутку-обично када покушавате да позовете Убер у 2 сата ујутру. Сада замислите тај проблем, али то је цела електрична мрежа. То је у суштини оно са чиме се бавимо када говоримо о обновљивој енергији без складиштења.
Проблем неусклађености
Соларни панели производе електричну енергију када сунце изађе. Врхунска производња? Обично око поднева. Али када је већини људи заправо потребна струја? Рано ујутро када сви кувају кафу и спремају се за посао, па опет увече када дођу кући и почну да кувају вечеру, пале светла, гледају ТВ. Криве се уопште не поклапају.
Ветар има своје карактеристике. Понекад га добијете превише (заправо постоје случајеви када ветроелектране морају да се затворе јер постојипревишеелектрична енергија се производи), а понекад је и нема. У деловима Тексаса, производња ветра може да се креће од скоро ничега до снабдевања преко 60% државних потреба за електричном енергијом у истој недељи.
Овде долази на сцену складиштење енергије. То је у суштини бафер-начин да зграбите електричну енергију када је има у изобиљу и сачувате је за касније када вам заиста затреба.
Шта се тачно рачуна као складиште енергије?
Термин покрива много више терена него што бисте очекивали. Сви одмах помисле на "батерије", и сигурно, то је велики део тога. Али складиштење енергије за обновљиве изворе укључује доста различитих приступа:
Акумулација хидроелектрана са пумпомпостоји одувек-па, ионако од 1890-их. Концепт је прелепо једноставан: када имате вишак струје, користите је за пумпање воде узбрдо у резервоар. Када вам треба струја, пустите воду да тече назад кроз турбине. То је и даље најчешћи облик складиштења на мрежи{5}}у целом свету, који чини око 95% целокупног{7}}употребног складишта енергије. Лоша страна? Потребна вам је тачна географија-планине, долине, пуно воде. Не могу баш да направим један од ових у Канзасу.
Батеријски системида ли су нова деца на свим насловима. Литијум{1}}јонски тренутно доминира јер је бум електричних возила драстично смањио трошкове. Између 2010. и 2023. године трошкови батерија су пали за око 90%. То је сулудо. Али постоје алтернативе у развоју-натријум-јонских батерија (користећи со уместо литијума), проточних батерија (где се течност{10}}које чува енергија{10}}у резервоарима и пумпа кроз њих по потреби), чак и гвожђе{11}}ваздушних батерија које у суштини „дишу“ кисеоник из атмосфере.
Складиште енергије компримованог ваздухаради као пумпна хидроелектрана, али са ваздухом уместо воде. Компримујете ваздух и складиштите га у подземним пећинама када је струја јефтина, а затим га пуштате кроз турбине када је потребно. Ових још нема много, али потенцијал постоји.
Термално складиштењеје занимљиво јер не складишти електричну енергију директно-већ складишти топлоту или хладноћу. Концентроване соларне електране понекад користе растопљену со за складиштење топлотне енергије од сунца. Со остаје довољно врућа (говоримо о 500+ степени Целзијуса) да генерише пару и покреће турбине сатима након заласка сунца. Постоје и системи који праве лед ноћу када је струја јефтина, а затим тај лед користе за хлађење зграда током врелог поподнева.
Замајци, суперкондензатори, водоник- листа се наставља. Свака технологија има своју слатку тачку у зависности од тога колико енергије треба да ускладиштите, колико дуго треба да је складиштите и колико брзо треба да је испразните.
Зашто је важно (изван очигледног)
Складиштење енергије није само одржавање светла упаљеним када сунце зађе. То заправо решава неколико проблема одједном.
Стабилност мреже је оно о чему се брину комуналне компаније. Електричне мреже треба да одржавају прецизну равнотежу између понуде и потражње сваке секунде. Превише снабдевања и фреквенција расте; премало и пада. У сваком случају, лоше ствари се дешавају опреми. Системи за складиштење могу да реагују у милисекундама како би помогли у одржавању тог баланса. Неке батеријске инсталације у Аустралији су заправо постале познате по својој способности да стабилизују мрежу брже него што то могу традиционалне електране.
Затим, ту је економски угао. Цене електричне енергије варирају током дана-понекад драматично. На местима са пуно обновљиве енергије, цене могу бити негативне током супер сунчаних или ветровитих периода јер се производи више електричне енергије него што мрежа може да поднесе. Складиштење вам омогућава да купите (или генеришете) електричну енергију када је јефтина или у изобиљу и да је продате када цене порасту. Ово се зове арбитража и постаје прави пословни модел.
За удаљене заједнице или острва, складиштење упарено са обновљивим изворима енергије може значити независност од дизел генератора. Дизел је скуп за транспорт, гласан, загађује и захтева стално одржавање. Систем соларних-плус-батерија може имати високе трошкове унапред, али гориво је заувек бесплатно.
Питање скале
Једна од шкакљивих ствари у вези са складиштењем енергије је да једна величина дефинитивно не одговара свима.
У најмањој мери, имате индивидуалне домове са соларном енергијом на крову и батеријом у гаражи-можда 10-15 киловат-сати складиштења, довољно да преживите ноћ или обезбедите резервну подршку током нестанка. Теслин Повервалл је вероватно најпознатији пример, али сада постоје десетине конкурената.
Пређите на ниво заједнице и можда ћете имати неколико мегават-сати опслуживања комшилука или малог града.
Затим долазите до услужних{0}}инсталација које су заиста огромне. Постројење за батерије Мосс Ландинг у Калифорнији има 3.000 мегават{4}}сати капацитета. Да то ставимо у перспективу, то је довољно за напајање око 225.000 домова четири сата. И стално га проширују.
Трајање је важно колико и капацитет. Батерије су одличне за складиштење енергије на неколико сати-што се назива „складиштење на кратко“. Али шта је са сезонским складиштењем? Шта ако желите да уштедите вишак соларне енергије од лета за коришћење зими? За то су потребне потпуно другачије технологије, а искрено, за то још немамо сјајна решења. Водоник је једна од могућности, али је скупа и неефикасна.
Прави{0}}светски изазови
Цена је и даље изазов број један, иако је постала много боља. Инсталација велике батерије може коштати 300-400 УСД по киловат-сату капацитета. То се доста смањило, али је и даље скупо када говоримо о обиму корисности. А батерије временом деградирају – не трају вечно.
Ту је и проблем ланца снабдевања материјалом. Потражња за литијумом, кобалтом, никлом-расту брже него што рударске операције могу да прате. И много ових материјала долази из места са сумњивим радним праксама или еколошким стандардима. Индустрија се утркује да пронађе алтернативе или развије боље методе рециклирања.
Дозволе и регулација такође могу бити ноћна мора. Складиштење енергије је толико ново да многа места немају јасна правила о томе како да повежу ове системе на мрежу, ко може да их поседује, како треба да буду надокнађени. Неки комунални сервиси виде складиштење као претњу свом пословном моделу, други га прихватају.
Затим постоји једноставан физички проблем: губици конверзије енергије. Када пуните батерију, губите нешто енергије као топлоту. Када га испразните, губите више. Ефикасност-повратног путовања може бити 85-90% за литијум-јонске батерије, што је прилично добро, али то значи да и даље губите 10-15% енергије. За неке друге технологије складиштења губици су много већи.
Куда ствари воде
Замах иза складиштења енергије је стваран. Глобалне инсталације расту експоненцијално. Само у 2023. свет је додао нешто попут 50 гигавата капацитета за складиштење батерија-удвострученог у претходној години.
Видимо иновације на неочекиваним местима. Аутомобилске батерије добијају други живот као стационарно складиште након што више нису довољно добре за возила. Технологија-од возила до{3}}мреже је у развоју, где електрични аутомобили заправо могу да поврате енергију у мрежу када је то потребно (ваш аутомобил у основи постаје батерија на точковима).
{0}}Дуготрајно складиштење је следећа граница. Постоје неке дивље идеје-складиштење енергије помоћу гравитационих блокова, подводно складиштење компримованог ваздуха, складиштење енергије течног ваздуха. Неки од њих ће радити, многи неће, али експериментисање се дешава.
Економија се побољшава како трошкови падају и како све више места ставља цену на емисије угљеника. На неким тржиштима складиштење је већ конкурентно без субвенција. То није било тачно ни пре пет година.
Доња линија
Складиштење енергије није само леп--додатак за обновљиву енергију-постаје оно што чини цео прелаз могућим. Без складишта, можете додати само толико сунца и ветра пре него што мрежа постане нестабилна. Са складиштем, плафон је много, много виши.
Још увек смо у првим данима, заиста. Технологија се брзо побољшава, трошкови падају, а ми стално проналазимо нове апликације. Али основни предлог вредности је јасан: складиштење претвара испрекидану обновљиву енергију у поуздану, диспечерну енергију. И то све мења.
Следећа деценија ће бити фасцинантна за гледање. Комбинација јефтиних обновљивих извора енергије и све приступачнијег складиштења већ ремети тржишта електричне енергије широм света. Места која су пре пет година била 100% зависна од фосилних горива сада редовно добијају 50%, 60%, чак 70% обновљиве енергије одређеним данима. Не тако давно то је изгледало немогуће.
Има још много посла да се уради-технолошки, економски, регулаторни. Али путања је прилично јасна. Складиштење енергије за обновљиве системе није само будућност; брзо постаје садашњост.