Ето нещо, което държи енергийните плановици будни през нощта: какво се случва, когато вятърът спре да духа и слънцето залезе, но всички все още зареждат електрическите си коли и пускат климатиците си? Това вече не е хипотетичен проблем. Тъй като страните се стремят към целите за възобновяема енергия, ние бягаме стремглаво към реалност, която е едновременно очевидна и изненадващо сложна-вятърната и слънчевата енергия са фантастични, когато работят, но са влудяващо непостоянни, когато наистина имате нужда от тях.
Краткият отговор дали широкомащабното съхранение на енергия може да се справи с търсенето е: технически да, но все още не сме готови за това. А пътят дотам е по-объркан, отколкото повечето политически документи искат да признаят.
Защо това е по-важно, отколкото си мислите
Повечето хора разбират, че слънчевите панели не работят през нощта. Това, което е по-малко очевидно, е колко дива може да бъде променливостта. Говоря за седмици-понякога месеци-,когато вятърното производство в цяла държава може да спадне до малка част от капацитета си. Метеорологичните модели не се интересуват от нашите енергийни нужди и историческите данни показват някои доста неудобни истини за това колко дълго могат да продължат тези затишия.
Ситуацията във Великобритания илюстрира това перфектно. Те са поели ангажимент към нетно нула до 2050 г., което означава огромно количество вятърни турбини и слънчеви ферми. Но дори и да сте изградили достатъчно възобновяеми мощности, за да захранвате теоретично страната два пъти, пак ще имате периоди, в които генерирането е недостатъчно. Разликата също не е малка. Говорим за необходимостта от съхраняване на енергия в мащаби, които превъзхождат всичко, което в момента е в експлоатация-приблизително хиляда пъти повече от това, което всички помпени хидросъоръжения на Великобритания могат да осигурят взети заедно. Това не е печатна грешка.
И така, какви са опциите за широкомащабно съхранение на енергия?
Тук нещата стават интересни, защото няма едно магическо решение. Различните технологии за съхранение се отличават с различни неща и това, което работи за съхраняване на енергия за няколко часа, не прилича на това, от което се нуждаете за сезонно съхранение.
Батерииполучавате всички заглавия и има основателна причина-те се подобряват бързо и работят брилянтно за кратко-срочно съхранение. Но тук е уловката: батериите са скъпи, когато ги увеличите, за да съхранявате електричество на нация за дни или седмици. Икономиката просто все още не работи за широкомащабно съхранение на енергия след може би 4-6 часа резервно копие. Те са чудесни за изглаждане на неравностите, по-малко подходящи за преодоляване на двуседмичен участък от слаб вятър.
Помпена хидрое старото надеждно-изпомпване на вода нагоре, когато имате излишък от електричество, оставете я да тече обратно през турбини, когато имате нужда от енергия. Работи, доказано е и е сравнително ефективно. проблемът? География. Имате нужда от правилния вид терен с подходящи водоеми и повечето от добрите места вече са заети. Изграждането на нови помпени хидропроекти се сблъсква с всякакви екологични и планови пречки.
Съхранение на сгъстен въздухзвучи умно-използвайте излишното електричество, за да компресирате въздуха в подземни пещери, след което го освободете, за да задвижите турбините по-късно. Но никога не е бил реално използван в търговската мрежа. Ефективността на-обиколката не е голяма и имате нужда от специфични геоложки образувания.
Тогава имасъхранение на водород, което може да звучи екзотично, но е може би най-практичното решение за наистина широкомащабно съхранение на енергия за дълги периоди. Концепцията е достатъчно проста: използвайте излишък от възобновяема електроенергия, за да разделите водата на водород и кислород чрез електролиза. Съхранявайте водорода, след което или го изгаряйте в електроцентрали, или го пускайте през горивни клетки, когато имате нужда от електричество отново.
Защо водородът продължава да се появява в тези разговори
Нещото при съхранението на водород, което го отличава, не е ефективността-всъщност е доста неефективно в сравнение с батериите, като губи може би 60-70% от енергията в двупосочно пътуване. Но ефективността не е всичко. Това, което има значение за широкомащабното съхранение на енергия, е цената на единица капацитет за съхранение и това е мястото, където водородът в солните пещери става завладяващ.
Солните пещери са забележителни за тази цел. Можете да ги-изкопаете (основно разтворете солта с вода) и те са естествено запечатани и стабилни. По-важното е, че те са огромни. Една единствена пещера може да съхранява достатъчно водород, за да генерира гигават-часа електричество. А места като Великобритания-заедно с много други страни-имат значителни находища на сол под земята, които биха могли да поемат огромния капацитет за съхранение, за който говорим.
Икономиката също работи по различен начин. С батериите разходите ви се увеличават приблизително линейно с капацитет-удвояване на съхранението, удвояване на цената. С водорода в солните пещери скъпата част е оборудването за електролиза и горивните клетки (или електроцентрали) за преобразуване обратно в електричество. Самото съхранение? Сравнително евтино за единица, след като разкопаете пещерата. Това го прави уникално подходящ за съхраняване на големи количества енергия, която може да стои там с месеци, преди да имате нужда от нея.
Проблемът с времето, за който никой не обича да говори
Ето къде политическите амбиции се сблъскват с физическата реалност: изграждането на тази инфраструктура отнема време. Много време. Добивът на солена пещера не е нещо, което правите през уикенда. Говорим за години за една пещера, а имате нужда от много от тях. Съоръженията за водородна електролиза, тръбопроводите, оборудването за производство на електроенергия-всичко това изисква не само пари, но и удължени срокове за строителство.
Ако Обединеното кралство (или която и да е страна) сериозно иска широкомащабно съхранение на енергия, готово, когато има нужда от него, строителството трябва да започне повече или по-малко сега. Не след пет години след поредния кръг от проучвания за осъществимост, а сега. Пропастта между „вероятно трябва да помислим за това“ и „отчаяно се нуждаем от тази операция“ се затваря по-бързо, отколкото хората осъзнават.
Може ли всъщност да се справи с търсенето?
Връщайки се към първоначалния въпрос: широкомащабните системи за съхранение на енергия могат теоретично да се справят с търсенето, но само ако изградим достатъчно от тях навреме и комбинираме различни технологии по подходящ начин. Бихте искали батерии за час--часово балансиране, може би някаква помпена хидроенергия, където е налице, и масивно съхранение на водород за тези продължителни периоди на слабо възобновяемо производство.
Истинското ограничение не е технологията,-а силата на волята и инвестицията. Системите, от които се нуждаем, са технически осъществими, но изискват ангажименти и разходи сега за ползи, които изглеждат абстрактни за много хора. Водородната инфраструктура не създава вълнуващи прессъобщения като новата слънчева ферма, въпреки че е също толкова важна.
Има и въпроси за това как създавате пазарни механизми, които стимулират изграждането на капацитет за съхранение, който може да остане бездействащ през повечето време. Традиционните пазари на електроенергия не са проектирани за такъв вид изискване за гъвкавост. Някой трябва да плати за изграждането и поддържането на огромни резерви за съхранение дори през годините, когато климатичните условия са благоприятни и вие почти не ги използвате.
Какво трябва да се случи
За да може широкомащабното съхранение на енергия наистина да се справи с търсенето, докато преминаваме към възобновяеми енергийни източници, трябва да се съгласуват няколко неща. Инвестиционните рамки трябва да признаят стойността на хранилището, което се използва рядко, но е критично важно-като застраховка, която се надявате никога да не поискате. Разрешенията за планиране и екологичните оценки трябва да се движат по-бързо, без да се жертва правилният надзор. И честно казано, обществеността трябва да разбере, че „бъдещето с чиста енергия“ включва много инфраструктура, която не е бляскава, но е абсолютно необходима.
Алтернативата не е привлекателна. Без подходящо широкомащабно съхранение на енергия оставате с резервно копие от изкопаеми горива, което проваля целта, или приемате периодични прекъсвания, когато възобновяемите енергийни източници не могат да отговорят на търсенето, което никой не иска. Или масово прекалявате с възобновяемия капацитет до точката, в която рядко се сблъсквате с недостиг,-но това е икономически разточително и -отнемащо земя.
Съхранението не е най-секси темата в енергийната политика, но може би е най-важната, на която не обръщаме достатъчно внимание. Дали широкомащабното съхранение на енергия може да се справи с търсенето зависи по-малко от техническите възможности и повече от това дали сме готови да го изградим в необходимия мащаб, преди наистина да имаме нужда от него. И този прозорец се затваря по-бързо, отколкото повечето хора осъзнават.