के ग्रिड स्तर ऊर्जा भण्डारण प्रणाली को बेफाइदाहरू अवस्थित छन्?
जब हामी नवीकरणीय उर्जाको बारेमा कुरा गर्छौं, कोठामा सधैं यो हात्ती हुन्छ कि सबैजना - भण्डारण वरिपरि नाचिरहेका देखिन्छन्। ग्रिड स्तर ऊर्जा भण्डारण कागजमा शानदार लाग्दछ, र यदि हामी हावा र सौर्य कार्य स्केलमा गर्न जाँदैछौं भने यो निश्चित रूपमा आवश्यक छ। तर ग्रिड स्तरको ऊर्जा भण्डारण प्रणालीका बेफाइदाहरू एकपटक तपाईंले मार्केटिङ ब्रोसरहरू र सरकारी अनुदानहरू हेर्दा चाँडै ढिलो हुन्छ।
तपाईंलाई हिट गर्ने पहिलो कुरा लागत हो। अगाडिको पुँजीगत खर्च मात्र होइन, जुन आँखामा पानी भर्ने पर्याप्त छ, तर परिचालन लागतले वर्षैपिच्छे पैसा बगाइरहन्छ। दक्षिण अष्ट्रेलियाको हर्न्सडेल पावर रिजर्भलाई लिनुहोस् - टेस्लाको 2017 को ठूलो ब्याट्री परियोजना जसलाई सबैले सफलताको कथाको रूपमा उद्धृत गर्न मन पराउँछन्। निश्चित रूपमा, यसले फ्रिक्वेन्सी घटनाहरूको समयमा ग्रिडलाई स्थिर गर्दछ, तर 150 MW / 194 MWh प्रणालीको लागत लगभग $90 मिलियन AUD (www.abc.net.au)। यसले $600,000 प्रति मेगावाट-घन्टा भण्डारण क्षमतामा काम गर्छ। प्रत्येक एकल चार्ज चक्रलाई घटाउने प्रणालीको लागि।
लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू, जसले अहिले ग्रिड भण्डारण बजारमा प्रभुत्व जमाउँछ, प्रत्येक वर्ष आफ्नो क्षमताको लगभग 2-3% गुमान्छ केवल क्यालेन्डर बुढ्यौलीबाट, तपाईंले तिनीहरूलाई धेरै प्रयोग नगर्दा पनि। त्यसपछि त्यहाँ माथि चक्र गिरावट छ। धेरैजसो व्यावसायिक ब्याट्री प्रणालीहरू 10 वर्ष पछि लगभग 80% क्षमताको लागि ग्यारेन्टी हुन्छन्, जसको मतलब तपाईं अनिवार्य रूपमा भण्डारणको लागि भुक्तान गर्दै हुनुहुन्छ जुन बिस्तारै वाष्पीकरण हुन्छ। अर्थशास्त्रले फ्रिक्वेन्सी नियमन जस्ता विशिष्ट प्रयोगका मामिलाहरूमा मात्र अर्थ दिन्छ जहाँ तपाइँ मिलिसेकेन्ड प्रतिक्रिया समयको लागि भुक्तानी प्रिमियम दरहरू प्राप्त गर्दै हुनुहुन्छ।
सुरक्षाको चासोलाई पनि पर्याप्त ध्यान दिइएको छैन। २०२१ मा क्यालिफोर्नियाको मोस ल्यान्डिङ ब्याट्री सुविधामा आगो लाग्दा सबैलाई सम्झना छ। त्यो ३०० मेगावाट / १२०० मेगावाटको स्थापना - त्यतिखेरको विश्वको सबैभन्दा ठूलो मध्ये एक - थियो र यसलाई महिनौंसम्म बन्द गर्नुपरेको थियो। त्यसपछि २०२२ मा फेरि आगो लाग्यो (www.energy-storage.news)। यी साना भान्साको आगो होइनन् जुन हामीले कुरा गरिरहेका छौं। लिथियम-आयन थर्मल रनअवे घटनाहरू निभाउन र विषाक्त ग्यासहरू छोड्न अविश्वसनीय रूपमा गाह्रो हुन्छ। फायर डिपार्टमेन्टले मूलतया सबै चीजहरू समात्नबाट जोगाएर आफैलाई जलाउन दिनुपर्छ।
क्यालिफोर्नियाले पागल जस्तै ब्याट्री भण्डारण स्थापना गरिरहेको छ, तर तिनीहरू यस आधारभूत समस्यामा दौडिरहेका छन् जहाँ ब्याट्रीहरूले मूल्याङ्कन गरिएको पावरमा लगभग 4 घण्टा मात्र डिस्चार्ज गर्न सक्छ। यो साँझको शिखर शेभिंगको लागि राम्रो छ जब सौर्य झर्छ, तर यो बहु-दिनको मौसम घटनाहरू वा मौसमी भिन्नताहरूको लागि बेकार छ। तपाईलाई जाडोमा हप्ता-लामो बादल अवधि ह्यान्डल गर्न 50-100 गुणा बढी भण्डारण क्षमता चाहिन्छ, जसले पहिले नै शंकास्पद अर्थशास्त्रलाई पूर्णतया बेतुका बनाउँछ।
मलाई तपाइँलाई केहि प्राविधिक नम्बरहरू फाल्न दिनुहोस्। एक सामान्य उपयोगिता-स्केल लिथियम-आयन ब्याट्री प्रणालीको राउन्ड-ट्रिप दक्षता लगभग 85-90% छ, जुन तपाईले 10-तपाईको ऊर्जाको 15% तापमा गायब भएको महसुस नगरेसम्म राम्रो लाग्दछ। तपाईंले भण्डारण गरेको प्रत्येक 100 MWh को लागि, तपाईंले 85-90 MWh मात्र फिर्ता पाउनुहुन्छ। यसलाई ७०-८०% दक्षतामा पम्प गरिएको हाइड्रो भण्डारणसँग तुलना गर्नुहोस् - हो यो कम छ, तर पम्प गरिएको हाइड्रोले महिनौंसम्म ऊर्जा भण्डारण गर्न सक्छ महत्त्वपूर्ण हानि बिना, जबकि ब्याट्रीहरू प्रति महिना लगभग 1-3% मा स्व-डिस्चार्ज हुन्छन्।
वातावरणीय पक्ष पनि गडबड हुन्छ। खनन लिथियम, कोबाल्ट, निकल - यी सफा प्रक्रियाहरू होइनन्। ब्याट्री उत्पादनले उत्पादनमा प्रयोग हुने ऊर्जा मिश्रणको आधारमा प्रति kWh 60-150 kg CO2 को दायरामा ब्याट्री उत्पादनले महत्त्वपूर्ण CO2 उत्सर्जन गर्छ भनेर देखाएको यो 2020 रिपोर्ट छ। यदि तपाइँ ब्याट्री भण्डारण निर्माण गरिरहँदा तपाइँको ग्रिड अझै कोइलामा चलिरहेको छ भने, तपाइँ मूलतः केवल कार्बन उत्सर्जनलाई हटाउनुको सट्टा वरिपरि सार्दै हुनुहुन्छ।
त्यसपछि त्यहाँ सामग्री आपूर्ति श्रृंखला समस्या छ। हामीले लिथियमको मूल्य बढेको देखिरहेका छौं, र त्यो EV उत्पादनमा ठूलो र्याम्प-अप अघिको कुरा हो। ग्रिड भण्डारण र विद्युतीय सवारी साधनहरू एउटै ब्याट्री सामग्रीका लागि प्रतिस्पर्धा गरिरहेका छन्, र छलफल भइरहेको मापनमा दुवै बजारलाई सन्तुष्ट पार्न पर्याप्त उत्पादन क्षमता छैन। केही विश्लेषकहरूले 2025 वा 2026 सम्ममा लिथियमको कमी हुने भविष्यवाणी गरिरहेका छन्। तपाईंले सामग्रीको स्रोत नहुँदा टेरावाट-घण्टा भण्डारण निर्माण गर्नुहोस्।
फ्लो ब्याट्रीहरू समाधानको रूपमा प्रवर्द्धन गरिरहन्छन्, तर तिनीहरू दशकौंदेखि "कुनाको वरिपरि" छन्। ऊर्जा घनत्व भयानक छ - भ्यानेडियम फ्लो ब्याट्रीहरूले लिथियमको -आयनको 200+ Wh/kg तुलनामा लगभग 20-30 Wh/kg व्यवस्थापन गर्दछ। यसको मतलब इलेक्ट्रोलाइट समाधानको विशाल ट्याङ्कीहरू, धेरै प्लम्बिंगहरू जुन चुहावट हुन सक्छ, पम्पहरू जसले शक्ति खपत गर्दछ र मर्मत आवश्यक पर्दछ। र सबै प्रतिज्ञाहरूको बावजुद, विश्वव्यापी रूपमा प्रवाह ब्याट्रीहरूको स्थापित आधार लिथियम-आयनको तुलनामा अझै सानो छ। सायद त्यसको कारण छ।
पम्प्ड हाइड्रोले अहिले विश्वव्यापी ग्रिड भण्डारण क्षमताको लगभग 95% बनाउँछ, तर तपाईं यसलाई कतै पनि निर्माण गर्न सक्नुहुन्न। तपाईलाई सही भूगोल चाहिन्छ - दुई ठूला जलाशयहरू विभिन्न उचाइहरूमा, प्राथमिकतामा प्रसारण पूर्वाधारको नजिक। वातावरणीय अनुमति दिन मात्र वर्षौं लाग्छ। जब प्यासिफिक ग्यास एण्ड इलेक्ट्रिकले भर्खरै क्यालिफोर्नियामा पम्प गरिएको हाइड्रो सुविधा प्रस्ताव गरेको थियो, तिनीहरूले 8-10 वर्ष मात्र अनुमति दिन र ग्राउन्ड तोड्नु अघि वातावरणीय अध्ययनको लागि हेरिरहेका थिए। र यसले माछाको बासस्थानको बारेमा चिन्तित वातावरणीय समूहहरूबाट कुनै मुद्दा चलाएको छैन।
ग्रिड एकीकरणका चुनौतीहरू आफ्नै छलफलको योग्य छन्। ठूलो मात्रामा भण्डारण थप्न ट्रान्सफर्मरहरू, सुरक्षा प्रणालीहरू, नियन्त्रण पूर्वाधारहरू अपग्रेड गर्न आवश्यक छ। यो प्लग-र-प्ले होइन। जब ब्याट्रीहरू द्रुत रूपमा डिस्चार्ज हुन्छन्, तिनीहरूले पावर गुणस्तर समस्याहरू - भोल्टेज उतार-चढ़ाव, हार्मोनिक विकृतिहरू सिर्जना गर्न सक्छन्। ग्रिड हजारौं वितरित ब्याट्री प्रणालीहरूका लागि डिजाइन गरिएको थिएन जुन सबै चार्ज र डिस्चार्ज अर्ध-यादृच्छिक रूपमा सौर्य उत्पादन र मूल्य निर्धारण संकेतहरूको प्रयोगको समय-मा आधारित छ।
क्यालिफोर्नियाको CAISO ग्रिड अपरेटरले भण्डारण समायोजन गर्नको लागि पूर्ण रूपमा नयाँ बजार नियमहरू र बिडिङ प्रणालीहरू विकास गर्नुपरेको छ, र तिनीहरू अझै पनि यो पत्ता लगाउँदैछन्। भण्डारणले ऊर्जा बजार, क्षमता बजार, सहायक सेवा बजारहरू - मा भाग लिन सक्छ तर नियमहरू प्रत्येक क्षेत्राधिकारमा फरक हुन्छन् र तिनीहरू परिवर्तन गरिरहन्छन्। त्यो नियामक अनिश्चितताले परियोजनाहरूलाई वित्त पोषण गर्न गाह्रो बनाउँछ किनभने लगानीकर्ताहरूलाई थाहा छैन कि उनीहरूले कुन राजस्व स्ट्रिमहरूमा भरोसा गर्न सक्छन्।
भण्डारण र नवीकरणीय ऊर्जा परिनियोजनको साथ यो अनौठो कुखुरा-र-अण्डाको समस्या पनि छ। तपाईंलाई थप नवीकरणीयहरू सक्षम गर्न थप भण्डारण चाहिन्छ, तर भण्डारण महँगो छ, जसले संयुक्त प्रणालीलाई महँगो बनाउँछ, जसले नवीकरणीय डिप्लोयमेन्टलाई सुस्त बनाउँछ। जर्मनीले यो कठिन तरिकाबाट पत्ता लगायो - उनीहरूले ठूलो मात्रामा सौर्य र वायुको स्थापना गरेका छन् तर लगभग पर्याप्त भण्डारण छैन, त्यसैले उनीहरूले उत्पादन मागभन्दा बढी हुँदा नवीकरणीय उत्पादनमा कटौती गर्छन्, वा हावा चल्दैन जब जीवाश्म ईन्धन प्लान्टहरू चलाउँछन्।
जीवनकालको समस्याले मलाई धेरै अन्य कारकहरू भन्दा बढी सताउँछ। प्राकृतिक ग्यास पावर प्लान्ट नियमित मर्मतसम्भारमा ३०-४० वर्षसम्म चल्न सक्छ। पम्प गरिएको जलविद्युत सुविधा ५०-१०० वर्षदेखि चलेको छ। लिथियम आयन ब्याट्री? तपाईं प्रतिस्थापन अघि 10-15 वर्ष हेर्दै हुनुहुन्छ, सायद 20 यदि तपाईंले तिनीहरूलाई बच्चा जन्माउनुभयो र पूर्ण रूपमा चार्ज/डिस्चार्ज गर्नुभएन भने। यसको मतलब सोलार प्यानल वा विन्ड टर्बाइनहरूको जीवनमा धेरै पटक सम्पूर्ण ब्याट्री स्थापनाहरू प्रतिस्थापन गर्नु हो जुन तिनीहरूले समर्थन गर्नुपर्दछ। जीवनचक्र लागत अनुकूल रूपमा थप गर्दैन।
र मैले जग्गा उपयोगको आवश्यकताहरू पनि पाइन। ब्याट्री स्थापनाहरूलाई महत्त्वपूर्ण ठाउँ, जलवायु{1}}नियन्त्रित भवनहरू, आगो दमन प्रणाली, सुरक्षा फेंसिङ चाहिन्छ। १०० मेगावाटको ब्याट्री सुविधाले धेरै एकड क्षेत्र ओगट्न सक्छ। गम्भीर ग्रिड स्केल भण्डारणको लागि आवश्यक सयौं वा हजारौं त्यस्ता सुविधाहरूद्वारा गुणा गर्नुहोस् र तपाईं धेरै जमिनको बारेमा कुरा गर्दै हुनुहुन्छ। जापान वा सिङ्गापुर जस्ता ठाउँहरूमा जहाँ जमिन प्रिमियममा छ, यो ठूलो बाधा बन्छ।
त्यसोभए के ग्रिड स्तर ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूको बेफाइदाहरू अवस्थित छन्? हो, तिनीहरू बिल्कुल गर्छन्। यसको मतलब यो होइन कि भण्डारण आवश्यक छैन वा हामीले यसलाई निर्माण गर्नु हुँदैन। तर चुनौतीहरू अवस्थित छैनन् वा तिनीहरू जादुई रूपमा पर्याप्त सब्सिडी र आशावादको साथ आफैलाई समाधान गर्नेछन् भनेर बहाना गर्नु मूर्खता हो। यी वास्तविक ईन्जिनियरिङ्, आर्थिक, र भौतिक विज्ञान समस्याहरू हुन् जसलाई वास्तविक समाधान चाहिन्छ, चियरलिडिङ मात्र होइन।