Şebeke düzeyinde enerji depolama sistemlerinin dezavantajları var mı?
Yenilenebilir enerjiden bahsettiğimizde, odada her zaman herkesin - depolama alanı etrafında dans ettiği bir fil vardır. Şebeke seviyesinde enerji depolaması kağıt üzerinde harika görünüyor ve eğer rüzgar ve güneş enerjisi çalışmalarını uygun ölçekte yapacaksak, bu kesinlikle gerekli. Ancak şebeke düzeyindeki enerji depolama sistemlerinin dezavantajları, pazarlama broşürlerini ve devlet sübvansiyonlarını bir kenara bıraktığınızda oldukça hızlı bir şekilde birikmektedir.
Size çarpan ilk şey maliyettir. Yeterince göz yaşartıcı olan yalnızca ön sermaye harcamaları değil-aynı zamanda yıldan yıla para akıtmaya devam eden işletme maliyetleridir. Güney Avustralya'daki Hornsdale Güç Rezervini ele alalım - Tesla'nın 2017'deki, herkesin bir başarı öyküsü olarak anmayı sevdiği büyük pil projesi. Elbette, frekans olayları sırasında şebekeyi stabilize ediyor, ancak 150 MW / 194 MWh sistemin maliyeti yaklaşık 90 milyon AUD (www.abc.net.au) civarında. Bu, megawatt-saatlik depolama kapasitesi başına 600.000 ABD dolarına denk geliyor. Her şarj döngüsünün kalitesini düşüren bir sistem için.
Şu anda şebeke depolama pazarına hakim olan lityum{0}iyon piller, çok fazla kullanmasanız bile takvimin eskimesi nedeniyle her yıl kapasitesinin yaklaşık %2-3'ünü kaybediyor. Sonra bunun üzerine döngü bozulması var. Çoğu ticari akü sistemi, 10 yıl sonra yaklaşık %80 kapasite garantisine sahiptir; bu, aslında yavaş yavaş buharlaşan depolama için ödeme yaptığınız anlamına gelir. Ekonomi yalnızca milisaniyelik yanıt süreleri için yüksek ücretler aldığınız frekans düzenlemesi gibi belirli kullanım durumlarında anlamlıdır.
Güvenlik endişeleri de yeterince ilgi görmüyor. 2021 yılında Kaliforniya'daki Moss Landing batarya tesisinin ne zaman alev aldığını herkes hatırlıyor. Bu, 300 MW / 1.200 MWh'lik bir kurulumdu - o zamanlar dünyanın en büyük tesislerinden biriydi - ve aylarca kapatılması gerekiyordu. Daha sonra 2022'de YENİDEN alev aldı (www.energy-storage.news). Bahsettiğimiz küçük mutfak yangınları değil. Lityum-iyon termal kaçak olaylarını söndürmek ve zehirli gazları serbest bırakmak son derece zordur. İtfaiye teşkilatı temel olarak diğer her şeyin yakalanmasını önlerken kendisinin yanmasına izin vermek zorundadır.
California çılgınlar gibi pil depolama sistemi kuruyor, ancak pillerin nominal güçte yalnızca 4 saat kadar deşarj olabileceği temel bir sorunla karşı karşıyalar. Bu, güneş ışığının düştüğü akşam zirveyi tıraş etmek için iyidir, ancak birkaç-günlük hava olayları veya mevsimsel değişiklikler için işe yaramaz. Kışın hafta boyunca süren bulutlu dönemleri idare etmek için 50-100 kat daha fazla depolama kapasitesine ihtiyacınız olacaktır, bu da zaten sorgulanabilir olan ekonomiyi tamamen saçma hale getirmektedir.
Size bazı teknik rakamlar vereyim. Tipik bir yardımcı-ölçekli lityum-iyon pil sisteminin gidiş-dönüş verimliliği %85-90 civarındadır; bu, enerjinizin %10-15'inin ısıya dönüştüğünü fark edene kadar kulağa hoş gelir. Depoladığınız her 100 MWh için yalnızca 85-90 MWh geri alırsınız. Bunu %70-80 verimliliğe sahip pompalı hidro depolamayla karşılaştırın; evet daha düşüktür, ancak pompalanan hidroelektrik sistemi önemli bir kayıp olmadan aylarca enerji depolayabilirken, piller ayda yaklaşık %1-3 oranında kendi kendine deşarj olur.
Çevresel tarafı da karmaşıklaşıyor. Lityum, kobalt, nikel - madenciliği bunlar temiz süreçler değildir. Pil üretiminin, üretimde kullanılan enerji karışımına bağlı olarak kWh pil kapasitesi başına 60-150 kg CO2 aralığında önemli miktarda CO2 emisyonu ürettiğini gösteren 2020 tarihli bir rapor var. Akü depolama alanı oluştururken şebekeniz hâlâ kömürle çalışıyorsa, temel olarak karbon emisyonlarını ortadan kaldırmak yerine, başka yöne çeviriyorsunuz demektir.
Sonra malzeme tedarik zinciri sorunu var. Lityum fiyatlarının zaten yükseldiğini görüyoruz ve bu, EV üretimindeki büyük artıştan- önceydi. Şebeke depolamalı ve elektrikli araçlar aynı pil malzemeleri için rekabet ediyor ve tartışılan ölçeklerde her iki pazarı da tatmin edecek yeterli üretim kapasitesi yok. Bazı analistler lityum kıtlığının 2025 veya 2026'da olacağını öngörüyor. Malzemeleri temin edemediğinizde terawatt-saatlik depolama oluşturmada iyi şanslar.
Akış pilleri çözüm olarak tanıtılmaya devam ediyor, ancak onlarca yıldır "hemen köşede" bulunuyorlar. Enerji yoğunluğu korkunçtur - vanadyum akışlı piller, lityum-iyonun 200+ Wh/kg'ına kıyasla yaklaşık 20-30 Wh/kg'yi yönetir. Bu, muazzam elektrolit çözeltisi tankları, sızıntı yapabilecek çok sayıda tesisat, güç tüketen ve bakım gerektiren pompalar anlamına gelir. Ve tüm vaatlere rağmen, küresel olarak kurulu akış pillerinin tabanı, lityum iyonla karşılaştırıldığında hala küçük. Muhtemelen bunun bir nedeni vardır.
Pompalanan hidroelektrik şu anda küresel şebeke depolama kapasitesinin yaklaşık %95'ini oluşturuyor, ancak onu herhangi bir yere inşa edemezsiniz. Doğru coğrafyaya - farklı yüksekliklerde, tercihen iletim altyapısına yakın iki büyük rezervuara ihtiyacınız var. Çevre izinlerinin alınması tek başına yıllar alır. Pacific Gas & Electric yakın zamanda Kaliforniya'da bir pompalı hidroelektrik tesisi önerdiğinde, temel atmadan önce sadece izin ve çevre çalışmaları için 8-10 yıllık bir süreye bakıyorlardı. Ve bu, balık habitatları konusunda endişe duyan çevreci grupların dava açmayacağını varsayıyor.
Şebeke entegrasyonu zorlukları kendi tartışmalarını hak ediyor. Büyük miktarlarda depolama eklemek, transformatörlerin, koruma sistemlerinin ve kontrol altyapısının yükseltilmesini gerektirir. Tak-ve-çalıştır değildir. Piller hızla boşaldığında güç kalitesi sorunlarına, - voltaj dalgalanmalarına, harmonik bozulmalara neden olabilirler. Şebeke, tümü güneş enerjisi üretimi ve kullanım süresi{-fiyatlandırma sinyallerine dayalı olarak yarı-rastgele şarj ve deşarj olan binlerce dağıtılmış pil sistemi için tasarlanmamıştır.
Kaliforniya'nın CAISO şebeke operatörü, depolamaya uyum sağlamak için tamamen yeni piyasa kuralları ve teklif sistemleri geliştirmek zorunda kaldı ve hala bunu çözmeye çalışıyorlar. Depolama, enerji piyasalarına, kapasite piyasalarına, yan hizmet piyasalarına - katılabilir ancak kurallar her yargı bölgesinde farklıdır ve değişmeye devam eder. Bu mevzuat belirsizliği projelerin finansmanını zorlaştırıyor çünkü yatırımcılar hangi gelir akışlarına güvenebileceklerini bilmiyorlar.
Depolama ve yenilenebilir enerji dağıtımında da tuhaf bir tavuk{0}}ve-yumurta sorunu var. Daha fazla yenilenebilir enerji sağlamak için daha fazla depolamaya ihtiyacınız var, ancak depolama pahalıdır, bu da birleşik sistemi daha pahalı hale getirir ve bu da yenilenebilir dağıtımını yavaşlatır. Almanya bunu zor yoldan buldu - çok büyük miktarda güneş ve rüzgar enerjisi kurdular, ancak yeterli depolamaya sahip değiller, bu nedenle üretim talebi aştığında yenilenebilir üretimi kısıyorlar veya rüzgar esmediğinde fosil yakıt santrallerini ateşe veriyorlar.
Ömür meselesi beni diğer faktörlerin çoğundan daha fazla rahatsız ediyor. Bir doğal gaz santrali düzenli bakımla 30-40 yıl boyunca çalışabilir. Pompajlı hidroelektrik tesislerin ömrü 50-100 yıldır. Lityum iyon piller mi? Değiştirmeden 10-15 yıl öncesine bakıyorsunuz, eğer onları beslerseniz ve tam olarak şarj/deşarj etmezseniz belki 20 yıl. Bu, desteklemeleri gereken güneş panelleri veya rüzgar türbinlerinin ömrü boyunca tüm pil kurulumlarının birden çok kez değiştirilmesi anlamına gelir. Yaşam döngüsü maliyetleri olumlu bir şekilde artmıyor.
Arazi kullanım gerekliliklerine daha girmedim bile. Pil kurulumları önemli miktarda alana, iklim-kontrollü binalara, yangın söndürme sistemlerine ve güvenlik çitlerine ihtiyaç duyar. 100 MWh'lik bir batarya tesisi birkaç dönümlük alanı kaplayabilir. Bunu, ciddi ızgara-ölçekli depolama için gereken bu tür yüzlerce veya binlerce tesisle çarptığınızda, çok fazla araziden bahsediyorsunuz demektir. Japonya veya Singapur gibi arazinin pahalı olduğu yerlerde bu büyük bir kısıtlama haline geliyor.
Peki şebeke seviyesinde enerji depolama sistemlerinin dezavantajları var mı? Evet, kesinlikle öyle. Bu, depolamanın gerekli olmadığı veya depolamamamız gerektiği anlamına gelmez. Ancak zorluklar yokmuş gibi davranmak ya da yeterli sübvansiyon ve iyimserlik ile bu sorunların sihirli bir şekilde kendiliğinden çözüleceğini düşünmek aptallıktır. Bunlar sadece amigoluk değil, gerçek çözümler gerektiren gerçek mühendislik, ekonomi ve malzeme bilimi problemleridir.