सूर्य 24x7: EROEI गणना

पिछले 10 वर्षों में, सौर ऊर्जा तेजी से "खिलौने" से बड़ी परियोजनाओं में चली गई है, और भविष्य में इस प्रकार की पीढ़ी के कुल प्रभुत्व में इस टेक-ऑफ वादों की वक्रता जारी है। या नहीं? पूर्वानुमान के प्रयासों में, बहुत सारी प्रतियां यहां टूटी हुई हैं और दो मुख्य दावे हैं: सूरज रात में बादल से नहीं चमकता है (यानी, स्रोत की परिवर्तनशीलता) और सौर बैटरी के उत्पादन की उच्च ऊर्जा तीव्रता, और यह ऊर्जा बाद के संचालन के दौरान वापस नहीं आती है। ( EROEI <1)

तकनीकी रूप से, पहली परिवर्तनशीलता समस्या हल हो गई है - आपको बस अधिक सौर पैनलों और पर्याप्त क्षमता की बैटरी बनाने की आवश्यकता है। हालांकि, यह दृष्टिकोण स्पष्ट रूप से EROEI और बिजली की लागत के साथ समस्या को बढ़ाता है। आप लागत को लेज़ार्ड समीक्षाओं में देख सकते हैं, लेकिन मैंने बैटरी के साथ सौर ऊर्जा स्टेशन के लिए EROEI की गणना करने के प्रयास नहीं देखे हैं। इसलिए, मैंने इसे स्वयं गिनने का फैसला किया, और एक अप्रत्याशित परिणाम प्राप्त किया, जिसके बारे में अंत में।

मूल्यांकन के लिए, आइए अमेरिका के एरिजोना के युमा में स्थित लिथियम आयन बैटरी वाले एक पावर प्लांट की गणना करें। एरिज़ोना में क्यों? यह सौर ऊर्जा संयंत्रों (दुनिया में सर्वश्रेष्ठ में से एक) के लिए एक बहुत अच्छी जगह है और इस पर बहुत सारी जानकारी है। यदि यहां EROEI एकता से कम हो जाता है, तो इसका मतलब होगा कि बिजली के मूल स्रोत (आज) के रूप में सूर्य के लिए बड़ी समस्याएं हैं। यदि EROEI अधिक है, तो उस विश्लेषण को ध्यान में रखते हुए जिसे हम उत्पादित करने जा रहे हैं, यह आसानी से दुनिया के किसी भी स्थान पर गणना को लागू करना संभव होगा।


यूमा में, वैसे, बल्कि 250 मेगावाट की क्षमता वाला बड़ा एसपीएस अगुआ कैलियंट सोलर प्रोजेक्ट, लेकिन 24x7 नहीं है। इस स्टेशन की सौर बैटरी एक CdTe सेमीकंडक्टर से पतली फिल्म तकनीक का उपयोग करके बनाई गई है, जो कि सिलिकॉन से बेहतर ऊर्जा लागत प्रति किलोवाट बैटरी ऊर्जा में भिन्न होती है, लेकिन लागत में खो जाती है।

लिथियम-आयनिक को इस तरह के समाधान की स्पष्ट सार्वभौमिकता के कारण चुना गया था: यदि संचायक को एक उपयुक्त परिदृश्य की आवश्यकता होती है, तो विद्युत रासायनिक को लगभग कहीं भी रखा जा सकता है। वास्तव में, वास्तविकता में लिथियम-आयन बैटरी के कुछ और फायदे हैं: चरम मांग पर खेलने की क्षमता (चूंकि इस प्रणाली के इनवर्टर चार्जिंग से डिस्चार्जिंग पर लगभग तुरंत स्विच कर सकते हैं) और सस्ती की संभावनाएं (पिछले 10 वर्षों में, कीमत 1 किलोवाट * है) लिथियम-आयन सेल के घंटे 1,000 डॉलर से 130 डॉलर तक गिर गए)।

तो, मान लें कि हमें एक पावर प्लांट की आवश्यकता है, जो वर्ष में 300 मेगावाट 365 दिन, 24 घंटे एक दिन का उत्पादन करता है , जो हर दिन 7,200 MWh और प्रति वर्ष 2.6 TWh बिजली के उत्पादन से मेल खाता है - एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के गीगावाट बिजली इकाई का लगभग 35%। हम अपने SES "24x7" को युमा, एरिज़ोना शहर में निर्देशांक 32.69265 ° उत्तरी अक्षांश और 114.62769 ° पश्चिम देशांतर के साथ रखते हैं।

इस स्थान से बिल्कुल सही (कैसे तकनीकी कार्य समाप्त हो गया और कार्यान्वयन शुरू हुआ), कठिनाइयाँ शुरू होती हैं: तथ्य यह है कि स्टेशन को EROEI द्वारा बहुत अच्छे से अनुकूलित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, यदि आप एक दिन की बैटरी नहीं, बल्कि दो-दिवसीय एक पूछते हैं, जो बदले में इष्टतम बैटरी झुकाव आदि को बदल देगा। एन। आदि वर्तमान में एक इष्टतम खोजने के लिए, और यादृच्छिक नहीं, इस स्तर पर एक सामान्य इंजीनियरिंग अध्ययन करना आवश्यक है। दुर्भाग्य से, मेरे पास ज्यादा समय नहीं है, इसलिए EROEI नंबर सबसे इष्टतम नहीं होंगे, लेकिन कुछ हैं। फिर कोई भी टिप्पणी में लिख सकता है और प्रति घंटा मॉडलिंग के साथ एक प्रसार प्राप्त कर सकता है, जिसमें मैंने स्टेशन को गिना, और परिणाम को स्वयं सुधारें।

उदाहरण के लिए, जंगली अति-आयाम के कारण, हमारे स्टेशन में मौसमी उतार-चढ़ाव बिल्कुल भी महसूस नहीं होता है, जो 30 डिग्री के अक्षांश के लिए औसत मूल्य का लगभग + -20% तक पहुंचता है, और यह प्रणालीगत मौसमी बदलाव है जो सौर ऊर्जा के भविष्य को निर्धारित करेगा।


ग्राफ पर वक्र वार्षिक पीढ़ी के प्रतिशत के रूप में बैटरी की मात्रा को दिखाता है, जिसे मौसमी उतार-चढ़ाव को शांत करने की आवश्यकता होती है यदि एसबी को "आकार" में बनाया जाता है। हमारे 2.6 TWh और 32 डिग्री उत्तरी अक्षांश के लिए, हमें 234 GWh बैटरी की आवश्यकता है, जो पागल है।

हम अपने बिजली संयंत्र के सबसे सरल - "ऊर्जा लाभ" के साथ गणना शुरू करते हैं। जैसा कि हम बाद में देखेंगे, इसकी इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी काफी बड़ी होगी और मुख्य रूप से 50% से कम की डिस्चार्ज डेप्थ के साथ काम करेगी, जो कि 20% तक क्षमता से कम होने तक 10,000 चक्रों से अधिक खराब जीवनकाल (LiFePo के लिए) सुनिश्चित करती है। 10k साइकिल 27 साल के एक पैसे के साथ है, चलो अपने आप को 25 साल तक सीमित करें जब तक कि स्टेशन पूरी तरह से अपडेट नहीं हो जाता है, और छोड़े गए अवशेषों से हमें पैनल और बैटरियों के ह्रास के लिए बेहिसाब क्षतिपूर्ति होगी।

इसलिए, 25 वर्षों में स्टेशन को काम के बयान के अनुसार प्रति घंटे 65.7 दो घंटे देने चाहिए - यह EROEI की गणना में हमारा अंश है। लेकिन ऐसे स्टेशन को बनाने में एक जूल कितना खर्च होता है? आइए सबसे पहले उपकरणों का आवश्यक सेट देखें।

सबसे मोटे रूप में यह निर्धारित करने के लिए कि हमें कितनी SB और बैटरी की आवश्यकता है, मैं NREL Pwatts कैलकुलेटर का उपयोग करूंगा । यह " मानक मौसम विज्ञान वर्ष " से लिए गए हमारे बिंदु के लिए सूर्य के पृथक्करण मानों की एक तालिका पर आधारित है - संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए मौसम संबंधी मानदंड का एक डेटाबेस जिसमें सामंजस्यपूर्ण मान हैं। इस कैलकुलेटर का उपयोग करके, आप बिजली उत्पादन के प्रति घंटा मानों को ध्यान में रख सकते हैं जो सूर्य की घटनाओं, परिवेश प्रकाश, पैनल तापमान और रूपांतरण हानि को ध्यान में रखते हैं, जो आगे की गणना के आधार के रूप में किया गया था।


"मानक मौसम विज्ञान वर्ष" एक बहुत ही शक्तिशाली डेटाबेस है, जिसमें सौर रेखा (ग्राफ पर पीला वक्र) और अप्रत्यक्ष (नीला) रोशनी के रूप में इस तरह की सूक्ष्मता की माप होती है, जो बादल के दिनों में नकली एसबी के उत्पादन का सटीक आकलन करना संभव बनाता है।

अब एक किलोवाट एसईएस के लिए प्राप्त आंकड़ों को किसी तरह से अनुकूलित करने की आवश्यकता है। आप सौर पैनलों और बैटरियों की मात्रा (अधिक सौर पैनलों के बीच अनुपात को बदल सकते हैं, कम हमें बंद किए बिना अंधेरे दिनों से बचने के लिए ऊर्जा को स्टोर करने की आवश्यकता है) और यह भी - सौर पैनलों की स्थापना के कोण।

हमारे सौर ऊर्जा संयंत्र के लिए, ईआरओईआई के लिए बादल भरे सर्दियों के दिन निर्णायक होंगे, उदाहरण के लिए, मानक मौसम विज्ञान वर्ष में 27-28 दिसंबर - इन दो दिनों के दौरान स्टेशन का किम भयावह 3.4% होगा और पूरी तरह से इसकी देखरेख करेगा, जिससे बाकी 95% अतिरिक्त बिजली का उत्पादन होगा। दिन।

सिद्धांत रूप में, तकनीकी विनिर्देशों को अधिक इष्टतम एक में लेना और बदलना अधिक सही होगा - उदाहरण के लिए, "वर्ष के समय का 300 मेगावाट 90%", फिर स्टेशन कई गुना छोटा हो सकता है, हालांकि हम अगली बार इस विकल्प की गणना करेंगे, लेकिन अब - कट्टर।

इसलिए, सौर पैनलों की स्थापना कोण को वर्ष के दौरान अधिकतम ऊर्जा दक्षता के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता है, लेकिन सबसे खराब अवधि के एक जोड़े के दौरान अधिकतम उत्पादकता के लिए - 41 डिग्री प्राप्त की जाती हैं, और सबसे इष्टतम 32 डिग्री (अंतर, हालांकि, वार्षिक उत्पादन में केवल 5%) नहीं है।

बैटरी और सौर पैनलों की मात्रा के अनुपात की गणना थोड़ी अधिक जटिल है - ऊर्जा के लिए इष्टतम के रूप में। यह देखते हुए कि सौर ऊर्जा स्टेशन के 1 इलेक्ट्रिक किलोवाट की लागत ~ 14 GJ ( 2016 अध्ययन ) है, और एक इलेक्ट्रिक किलोवाट * घंटे की लिथियम-आयन बैटरी लगभग 1.6 GJ ( 2012 का अध्ययन ) है।

इसलिए अनुकूलन नियम - हम बैटरी को तब तक बढ़ाते हैं जब तक हम ऐसी स्थिति तक नहीं पहुंच जाते हैं जहां 8.75 kWh की वृद्धि से सौर पैनलों की शक्ति में कम से कम 1 किलोवाट की गिरावट होती है।


बैटरी की ऊर्जा लागत पर लेख से एक दिलचस्प ग्राफ। विशेष रूप से, संचायक (PHS) और संपीड़ित हवा (CAES) सबसे "ऊर्जा-सस्ते" बनते हैं - बाद के अनुसार, पहली बार सब कुछ बहुत जटिल है, क्योंकि यह ऊर्जा को बहाल करने के लिए प्राकृतिक गैस जल का उपयोग करता है। दायां पैनल 4-12 घंटे के वैश्विक भंडारण की "ऊर्जा लागत" दिखाता है।


एसबी के आकार के विभिन्न संयोजनों और Pwatts मुद्दे में बैटरी की गणना ने मुझे ऐसे इष्टतम मूल्य दिए - एसबी के 2.25 गीगावाट और बैटरी के 20 गीगावॉट * एच। इसी समय, स्टेशन वर्ष के सभी 8760 घंटों के लिए 300 मेगावाट देगा, और बैटरी चार्ज केवल एक बार कुल के 2% तक गिर जाएगा, और मुख्य रूप से 50 और 100% के बीच उतार-चढ़ाव होगा। उत्पन्न करने वाले भाग की स्थापित क्षमता उपयोग कारक (केआईएम) खराब है - लगभग 0.08 और इसका महत्वपूर्ण सुधार यह होगा कि यदि नेटवर्क को दैनिक रूप से कम से कम 2 गीगावाट के स्तर पर चोटियां मिलती हैं, तो कुल किम लगभग 0.2 होगा, जो वास्तविक एसईएस के बहुत करीब है। , ऊपर की तस्वीर से।

वर्ष के सबसे अधिक दिनों तक स्टेशन के संचालन को 330 तक सीमित करना बेहतर होगा - तब एसबी भाग का आकार 1.4 गीगावाट और बैटरी 7 गीगावॉट तक कम किया जा सकता है। हां, चर अक्षय ऊर्जा स्रोतों में बिजली प्रणाली में अंतिम प्रतिशत की समस्याएं हैं - निवेश के मामले में 80% हिस्सेदारी और 100% के बीच का अंतर बहुत बड़ा है।

खैर, EROEI पर विचार करें। सूर्य के २.२५ गीगावॉट और लिथियम के २० गीगावॉट के लिए, हमें ६४.१ पेटाजोल्स (१४ * १० ^९ जे * २.२५ * १० ^६ किलोवाट + १.६३४ * १० ^९ जे * २० * १० ^६ किलोवाट) या १2.2 किमी TW * h की आवश्यकता है, और EROEI है। 3.8 के बराबर । यह संख्या उन लोगों के लिए आश्चर्यजनक है, जो सूर्य और EROEI के आसपास के प्रवचन से अवगत हैं - अपेक्षाओं से कहीं अधिक। हां, परिणाम अस्पष्ट है - एक तरफ, सौर पीढ़ी की चोटियों को प्राप्त करने और स्टेशन के परिचालन घंटों को कम से कम 90% तक कम करके इसे बढ़ाना आसान है, दूसरी ओर, यह एरिज़ोना है, सौर ऊर्जा संयंत्रों के लिए ग्रह पर सबसे अच्छे बिंदुओं में से एक है।

और सबसे महत्वपूर्ण बात, इस तरह की परियोजना अभी तक वित्तीय दृष्टिकोण से संभव नहीं है। यहां तक ​​कि अनुकूलित 1.4 GW + 7 GWh की लागत $ 4 बिलियन से कम नहीं होगी, जो इस सुविधा से बिजली की लागत $ 140 प्रति मेगावाट पर देगा - बहुत महंगा। वास्तविकता में दिखाई देने वाला "सोलर एंड स्टोरेज" अभी भी खुद को बहुत छोटी बैटरी तक सीमित रखने की कोशिश कर रहा है, जो मुख्य रूप से शाम के पीक + के प्रतिस्थापन को सुनिश्चित करता है, अर्थात। गैस टरबाइन बिजली संयंत्र, जल्दी से अनियोजित खपत चोटियों की स्थिति में लॉन्च किया गया: यह स्पष्ट है कि पिकर से बिजली की लागत बहुत अधिक है और आप इस पर पैसा कमा सकते हैं।

सारांशित करते हुए, मैं यह नोट करना चाहता हूं कि गणना से पता चलता है कि कम से कम भौतिकी में सौर-भंडारण बिजली संयंत्रों के वितरण पर प्रतिबंध नहीं है, कम से कम अच्छी पृथक्करण वाली जगहों पर। हालांकि, ग्रह पर बहुत सारे ऐसे स्थान हैं, इसलिए अगले 10 वर्षों में, जाहिर है, ऐसे बिजली संयंत्र बड़े पैमाने पर बनाए जाएंगे।