Hampir setengah dari posting di blog kita, pada tingkat tertentu, dikhususkan untuk energi berbagai tingkat alternatif dan non-alternatif. Tetapi untuk membangun perkiraan realistis tentang energi "hijau" di masa depan, Anda perlu mengetahui jawaban atas pertanyaan yang tidak menyenangkan. Dalam posting ini kita akan membandingkan fakta terkini dari bidang produksi dan penyimpanan energi untuk memahami mengapa dunia tidak terburu-buru untuk beralih ke sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan dan masalah apa yang belum dipecahkan di jalur penghijauan.
Tanpa kecuali, setiap orang telah mencatat peningkatan dalam pangsa energi hijau di dunia. Tidak ada argumen dengan fakta ini: pengembangan energi matahari dan angin benar-benar
tumbuh dari tahun ke tahun dengan kecepatan yang mengesankan. Apakah ini berarti bahwa energi terbarukan terus-menerus menghabiskan bahan bakar fosil? Tidak.
Jangan lupa bahwa dari tahun ke tahun, tidak hanya energi hijau yang tumbuh, tetapi juga konsumsi listrik global. Untuk memenuhi permintaan, sumber energi terbarukan saja tidak cukup, oleh karena itu sektor batubara, gas, dan bahkan minyak meningkatkan volume produksi. Artinya, adalah mungkin untuk berbicara tentang pengembangan energi hijau, tetapi tidak ada cara untuk menggantinya berdasarkan bahan bakar fosil di luar negara-negara Eropa yang paling progresif.
Jika Anda melihat produksi energi dari semua bahan bakar yang relevan,
ternyata bukan hanya energi "hijau" yang tumbuh. Perhitungannya dibuat dalam "ton setara minyak" - setara dengan energi yang diperoleh dari ton minyak. Sumber: Tinjauan Statistik BP Energi Dunia 2019EROI - nilai sebenarnya dari energi
Ketika membahas proyek energi hijau, para pengembang sebagai argumen menunjukkan biaya rendah 1 kWh, yang dalam beberapa kasus bahkan lebih murah daripada harga satu kilowatt hour yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga batu bara. Jika demikian, mengapa pangsa batubara dalam pembangkit listrik global masih
40% , dan apakah ia mendapatkan gas fosil yang tidak sedikit?
Paling benar untuk mengevaluasi dan membandingkan biaya listrik yang diterima dengan berbagai cara menggunakan indikator EROI (energi yang dikembalikan untuk energi yang diinvestasikan) - rasio energi yang diterima dari sumber dengan jumlah energi yang dihabiskan untuk pembangkitannya. Menggunakan EROI, Anda dapat paling akurat menilai prospek sumber energi, berbeda dengan efisiensi teoretis murni atau lompatan harga dari satu negara ke negara 1 kWh. Misalnya, EROI 20: 1 untuk jenis bahan bakar tertentu berarti bahwa untuk setiap kWh yang dihabiskan, 20 kWh dapat dihasilkan.
Bagan EROI untuk berbagai jenis energi di AS. Sumber: Mrfebruar / Wikipedia
EROI untuk setiap jenis output dapat sangat bervariasi dari waktu ke waktu. Itu tergantung pada teknologi produksi dan pemrosesan, cadangan terbukti dan kerumitan produksi bahan bakar, harga peralatan dan sumber energi itu sendiri. Pada awal abad ke-20, sementara minyak mudah diakses, EROI produksinya luar biasa 1.200: 1, dan sekarang ia menyeimbangkan pada tingkat 5: 1 dan terus turun perlahan. Rasio untuk batu bara naik menjadi 75: 1 dan turun menjadi 30: 1, tetapi, yang menakjubkan,
para ilmuwan memprediksi puncak batu bara EROI di pertengahan abad XXI, ketika rasionya bisa melebihi 100: 1.
Secara teoritis, EROI bahan bakar harus di atas 1, sehingga penggunaannya sesuai. Bahkan, dengan rasio di bawah 4: 1, sumber energi harus disubsidi, jika tidak maka penggunaannya akan tidak menguntungkan dan sangat mahal. EROI tepat di atas persatuan hanya diizinkan bagi perusahaan pertambangan, yang intinya hanya mengekstraksi sumber daya dan menjualnya nanti - perusahaan minyak bahkan merasa nyaman dengan rasio 1,1: 1.
Energi tradisional EROI
Bagan EROI di atas untuk industri energi AS untuk 2010 sangat fasih dan umumnya berlaku untuk negara lain. Pembangkit listrik tenaga air yang EROInya mendekati 100: 1 berdiri di atas Olympus efisiensi yang tak terjangkau. Pembangunan stasiun pembangkit listrik tenaga air besar adalah pekerjaan yang sangat mahal. Kompleks Tiga Ngarai Tiongkok menelan biaya anggaran $ 25,5 miliar dari Cina, dan stasiun itu sendiri hanya menelan biaya $ 9 miliar. Tetapi berkat EROI tertinggi dan kapasitas terpasang 22,5 GW, Three Gorges membayar sendiri satu tahun setelah commissioning resmi atau empat setelah peluncuran turbin pertama.
Temui pembangkit listrik paling kuat di dunia - pembangkit listrik tenaga air Three Gorges di Sungai Yangtze. Kapasitas terpasang 22,5 GW! Sumber: Le Grand Portage / Wikipedia
Batubara, yang sekarang tampak sangat kuno dan jenis bahan bakarnya sangat kotor, bahkan di Eropa tidak akan kehilangan tenaga hanya karena EROI yang tinggi sekitar 30: 1 (jauh lebih tinggi di AS). Yang mengejutkan, pemegang rekor Eropa untuk konsumsi batubara adalah ... Jerman. 61% antrasit yang dibeli dan 93% batubara coklat di Eropa secara khusus menghasilkan listrik. Selain itu, di Jerman tahun lalu volume produksi "hijau" melebihi produksi dari sumber fosil. Pada akhir tahun 2019, Komisi untuk meninggalkan pembangkit batubara menyelesaikan pekerjaannya di Jerman, mempresentasikan rencana pemerintah dan rekomendasi untuk penghentian operasi pembangkit listrik tenaga batubara pada tahun 2038. Sekarang ada 84 stasiun batu bara di negara itu yang dipaksa untuk memuluskan pengabaian generasi atom - pada tahun 2022 Jerman akan menutup semua pembangkit listrik tenaga nuklirnya, meskipun kembali pada tahun 2000 energi nuklir menyumbang seperempat dari generasi di negara ini.
Peta operasi pembangkit listrik tenaga batu bara di Jerman (ditandai dengan pekerjaan hitam pada antrasit, coklat - batubara coklat) - mereka menyumbang seperempat dari total produksi di negara ini. Oleh karena itu, pihak berwenang harus mencoba untuk mengkompensasi hilangnya 48,8 GW generasi. Sumber: CarbonBrief.org
Jika batu bara adalah bahan bakar yang sangat kotor, maka gas alam jauh lebih ramah lingkungan, dan dianggap sebagai bahan bakar fosil yang paling menjanjikan untuk pembangkit listrik di masa depan, dan EROI di negara-negara pengimpor adalah 20-30: 1, dan di penghasil gas Rusia - tidak lebih rendah dari 75: 1, yang membuat gas menarik dan laris. Untuk tingkat yang lebih besar daripada di tempat lain - di Jerman, di mana penolakan terhadap batu bara dan pembangkit listrik tenaga nuklir perlu segera dikompensasi oleh sesuatu dan di mana sumber energi terbarukan saja bukan cara untuk melakukan ini.
Green EROI
Sekarang mari kita beralih ke energi "hijau" EROI - di situlah untuk saat ini semuanya benar-benar tidak terlalu menyenangkan. Masalah energi terbarukan adalah keterikatan mereka yang kaku pada area. Stasiun tenaga surya bekerja lebih baik di dekat khatulistiwa, angin - di pantai, panas bumi - di area aktivitas vulkanik. Pada saat yang sama, produksi panel surya berhenti pada malam hari dan berkurang secara signifikan di musim dingin, kincir angin dimatikan selama periode migrasi burung, dan meskipun stasiun panas bumi efektif, kekuatannya sangat kecil (lusinan, dalam kasus terbaik, ratusan MW).
Secara teori, energi angin bisa sangat murah dan rendah dalam hal pengembangan, tetapi sejauh ini salah satu kompleks laut (lepas pantai) Jerman terbaik dengan kapasitas terpasang 200 MW menghasilkan EROI 16: 1. Dan meskipun angin menyumbang lebih dari 21% dari produksi Jerman, industri ini dalam stagnasi - laju pembangunan kincir angin baru untuk tahun ini telah turun 80%, dan kapasitas stasiun yang sedang dibangun adalah 26 kali lebih rendah dari pertumbuhan tahunan teoritis, yang dianggap perlu untuk penggantian bahan bakar fosil yang stabil dengan energi angin. Ketatnya undang-undang dan keengganan warga untuk memiliki kincir angin di dekat rumah mereka telah menyebabkan pasar energi angin Jerman mencapai batas tertentu, yang akan sangat sulit dilintasi - semua harapan untuk modernisasi generator untuk meningkatkan efisiensi mereka. Omong-omong, ini dapat menurunkan EROI lebih banyak lagi.
Investasi global dalam energi surya dan angin tetap tidak berubah selama dekade terakhir. Sumber: Badan Energi Terbarukan Internasional (IRENA), Frankfurt School-UNEP Center / BNEF
Jika energi angin secara keseluruhan tidak buruk, meskipun memiliki nuansa dan batasnya sendiri, maka dengan energi matahari semuanya serba suram. Kita telah menulis tentang alasan mengapa Matahari tidak menjadi sumber universal listrik tanpa batas, meskipun panel surya yang efisien telah ada selama lebih dari setengah abad. Karena efisiensi yang rendah dari panel film tipis yang murah (6-8%) dan kebutuhan untuk membangun stasiun dari area yang sangat besar, serta karena waktu dan musim, energi surya EROI di Eropa berada pada tingkat yang sangat mengecewakan: 1.6: 1. Pembaca Habr membuat perhitungan yang sangat menarik untuk stasiun teoretis di Arizona Amerika yang cerah, salah satu tempat terbaik untuk energi matahari, sesuai dengan hasil yang didapatnya "spherical in vacuum" EROI 3.8: 1.
Toshiba H2One pembangkit listrik sel bahan bakar hidrogen yang sepenuhnya otonom sudah beroperasi. Mereka menerima energi untuk elektrolisis dari matahari atau angin
Sayangnya, hidrogen juga tidak berjalan dengan lancar. Sebagai pembawa energi portabel yang benar-benar ramah lingkungan, hidrogen sangat diperlukan, tetapi banyak energi harus dihabiskan untuk produksinya, karena EROI sel bahan bakar di bawah 2: 1. Sejauh ini, satu-satunya cara hemat biaya untuk menghasilkan hidrogen untuk sel bahan bakar adalah dengan menggunakan energi matahari atau angin. Kita sudah bicara tentang bagaimana Toshiba dengan anggun menyelesaikan masalah ini dengan pabrik sel bahan bakar seluler
Toshiba H2One , yang menghasilkan hidrogen dengan elektrolisis, menerima energi dari panel surya dan baterai.
Kebutuhan akan penyimpanan energi
Seseorang hampir tidak dapat menemukan sumber pembangkit listrik yang sama tidak stabilnya, seperti angin dan sinar matahari. Pada saat yang sama, generasi mereka tidak bergantung pada volume konsumsi dalam jaringan - pada malam hari, ketika kota sedang tidur, generator angin dapat berputar mati-matian, menghasilkan tenaga maksimum yang mungkin hanya karena angin bertiup, dan pada siang hari - di puncak konsumsi - akan ada ketenangan. Agar tidak kehilangan kelebihan output dan mengkompensasi penghentian karena alasan alami, energi harus disimpan. Untuk pembangkit listrik berbahan bakar fosil, ini tidak masalah sebelumnya. Satu-satunya cara yang memadai dan tersedia secara luas untuk menyimpan listrik adalah dengan baterai.
Kami tidak mempertimbangkan stasiun penyimpanan hidraulik karena harganya yang tinggi dan ketelitian pada medan. Ini adalah diagram dari pembangkit listrik tenaga air kecil yang memompa air ke kolam penampung di malam hari dan melewatinya melalui generator di siang hari. Singkatnya, bukan solusi termudah dan paling nyaman. Sumber: Donor / Wikipedia
Meskipun tidak ada solusi universal untuk akumulasi sejumlah besar listrik di baterai. Di stasiun kecil, seperti kincir angin, Anda bisa bertahan dengan baterai lithium-ion (lithium-iron-phosphate). Intensitas energi mereka dua kali lebih rendah dari baterai lithium-cobalt massal (120 W · h / kg), tetapi masa pakainya adalah 2000 siklus pengisian daya.
Pilihan wajar lainnya adalah menggunakan baterai bekas dari kendaraan listrik. Biasanya baterai yang kehilangan 20% dari kapasitasnya perlu diganti, jika jarak tempuh kendaraan dari sekali pengisian daya berkurang secara nyata. Agar tidak berurusan dengan pembuangan mahal baterai yang masih berfungsi, dapat disesuaikan untuk menyimpan energi dari sumber hijau. Inilah yang terjadi di stadion Johan Cruyff Arena (54.990-68.000 penonton) di Belanda, Amsterdam, yang, setelah perestroika pada 2016-2018, menjadi sepenuhnya otonom dalam hal energi. Ada 4.200 panel surya yang dipasang di atap, yang menyimpan energi di 280 baterai Nissan Leaf bekas. Namun demikian, stadion tidak sepenuhnya menolak daya dari jaringan kota - baterai membantu memperlancar beban selama acara malam hari, ketika pencahayaan yang kuat diperlukan. Dengan baterai saja, stadion tidak akan bisa bekerja setiap malam.
Di atap "Johan Cruyf ArenA" (sebelumnya Amsterdam ArenA) panel surya terlihat jelas - stadion menyediakan listrik sebanyak mungkin (dan jika Anda beruntung dengan cuaca). Sumber: Cornwall NISSAN / YouTube
Akumulasi listrik dari sumber energi terbarukan dalam baterai untuk memuluskan puncak konsumsi dan mengimbangi kurangnya generasi - terdengar sangat masuk akal. Namun masalah mengurangi biaya penyimpanan energi belum terpecahkan. Karena biaya baterai, harga kWh dari sumber "hijau" tumbuh 3-4 kali, mencapai $ 0,45 (laporan Lazard, hal. 12). Ini hanya dapat ditangani dengan menciptakan jenis baterai baru: luas, tahan lama, murah.
Kami menulis tentang perkembangan yang menjanjikan di bidang ini
sebelumnya .
Prosumerisme sebagai cara untuk menyelamatkan
Bagaimana mengatasi masalah tingginya biaya kWh dari energi terbarukan yang terakumulasi dalam baterai? Anda dapat menjual surplus yang tidak diklaim yang dihasilkan. Berkat akumulasi energi, sebuah fenomena baru telah muncul - prosumerisme. Antonim untuk konsumerisme (konsumsi), yang berarti penjualan suatu layanan kepada penyedianya. Jika lebih sederhana, maka kita berbicara tentang penjualan oleh konsumen tentang akumulasi energi dalam baterai kembali ke jaringan kepada mereka yang membutuhkannya. Misalkan Anda adalah rumah tangga pribadi atau perusahaan kecil dengan sumber pembangkit listriknya sendiri. Sebagian dikonsumsi, sebagian disimpan dalam modul baterai. Jika ada kelebihan produksi, dan tidak ada tempat untuk menempatkan kelebihan energi dalam arti literal, Anda dapat menjualnya ke jaringan, seolah-olah Anda adalah pembangkit listrik kecil. Sebaliknya, bukan kecil, tetapi virtual - kami menulis tentang
pembangkit listrik virtual dan partisipasi Toshiba dalam pembentukan fenomena positif ini.
Toshiba sudah menawarkan solusi untuk mengelola baterai penyimpanan: sistem ini secara konstan menganalisis tingkat konsumsi atau output, menyeimbangkan beban pada baterai dan menghubungkannya pada waktu konsumsi puncak jauh lebih cepat daripada yang dapat dilakukan secara manual. Dan di masa depan, sistem Toshiba akan menerima fungsi prosumerisme - penjualan energi otomatis ke jaringan. Sumber: Toshiba
Implementasi yang paling menonjol dari proyek pembangkit listrik virtual adalah Tesla Powerwall - baterai rumah yang ditenagai oleh panel surya dengan kapasitas 6,4-13,5 kWh. Konsumen tidak hanya dapat menyimpan listrik murah dari jaringan atau "bebas" dari Matahari, tetapi juga menjualnya kembali ke jaringan menggunakan pertukaran online. Powerwall dijual di seluruh dunia dengan total kapasitas 300 MWh.
Di Rusia, "Rencana tindakan untuk merangsang pengembangan fasilitas pembangkit berdasarkan sumber energi terbarukan dengan kapasitas terpasang hingga 15 kW" disetujui dengan makna yang sama dengan Tesla Powerwall, tetapi proses prosumisme belum ditentukan oleh undang-undang. Menjual kelebihan listrik akan sedikit membantu mengurangi biaya konsumsi energi hijau. Tetapi sekali lagi, semuanya tergantung pada biaya baterai - pada tahap pengembangan teknologi saat ini, periode pengembalian mendekati 10 tahun.
Masa depan itu indah, tetapi jauh
Sebenarnya, kami tidak ingin menabur skeptisisme mengenai sumber energi terbarukan dan transisi ke sektor energi "hijau" secara keseluruhan. Minyak terbatas, biaya produksinya terus meningkat, tetapi pada satu gas dan batubara situasi ekologis tidak dapat diperbaiki. Sampai umat manusia telah menaklukkan fusi termonuklir terkendali, perlu untuk melakukan perkembangan paling aktif di bidang energi hijau. Ini adalah jalan yang sangat sulit, yang terdiri dari penyelesaian masalah yang kompleks: ekonomi, teknologi, dan bahkan sosial.
Hal terbaik yang dapat dilakukan dalam situasi seperti ini adalah melanjutkan penelitian dengan segala cara, berusaha membuat energi surya, angin, dan panas bumi lebih efisien dan lebih terjangkau. Prosesnya sedang berlangsung, kemajuan tidak menemui jalan buntu, dan dunia perlahan tapi pasti meninggalkan bahan bakar fosil sampai penggunaannya terlalu mahal dan berbahaya. Dan kami sangat bangga bahwa Toshiba terlibat aktif dalam masalah ini, mengembangkan semua jenis energi alternatif secara efektif.