มีข้อเสียของระบบกักเก็บพลังงานระดับกริดหรือไม่?
เมื่อเราพูดถึงพลังงานหมุนเวียน จะมีช้างอยู่ในห้องเสมอซึ่งดูเหมือนทุกคนจะเต้นรำไปรอบๆ พื้นที่เก็บข้อมูล - การจัดเก็บพลังงานระดับกริดฟังดูยอดเยี่ยมบนกระดาษ และจำเป็นอย่างยิ่งหากเราต้องการสร้างงานด้านพลังงานลมและแสงอาทิตย์ในวงกว้าง แต่ข้อเสียของระบบกักเก็บพลังงานระดับกริดจะสะสมอย่างรวดเร็วเมื่อคุณผ่านโบรชัวร์การตลาดและเงินอุดหนุนจากรัฐบาล
สิ่งแรกที่กระทบคุณคือต้นทุน ไม่ใช่แค่รายจ่ายฝ่ายทุนล่วงหน้าซึ่ง-ดึงดูดใจมากพอ แต่ยังรวมถึงต้นทุนการดำเนินงานที่ทำให้เงินต้องหลั่งไหลทุกปี รับพลังงานสำรอง Hornsdale ในรัฐเซาท์ออสเตรเลีย - โครงการแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ของ Tesla ตั้งแต่ปี 2017 ที่ใครๆ ก็ชอบยกให้เป็นเรื่องราวความสำเร็จ แน่นอนว่าระบบนี้จะทำให้กริดมีเสถียรภาพในระหว่างเหตุการณ์ความถี่ แต่ระบบ 150 MW / 194 MWh มีราคาประมาณ 90 ล้านดอลลาร์ออสเตรเลีย (www.abc.net.au) ซึ่งคิดเป็นประมาณ 600,000 เหรียญสหรัฐต่อเมกะวัตต์-ชั่วโมงของความจุในการจัดเก็บข้อมูล สำหรับระบบที่เสื่อมลงทุกรอบการชาร์จ
แบตเตอรี่ลิเธียม-ซึ่งครองตลาดพื้นที่จัดเก็บแบบกริดในขณะนี้ สูญเสียความจุประมาณ 2-3% ทุกปีเนื่องจากการเสื่อมสภาพของปฏิทิน แม้ว่าคุณจะไม่ได้ใช้มันมากนักก็ตาม นอกจากนั้นยังมีการเสื่อมสภาพของวงจรอยู่ด้วย ระบบแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ได้รับการรับประกันความจุประมาณ 80% หลังจากผ่านไป 10 ปี ซึ่งหมายความว่าคุณต้องจ่ายค่าพื้นที่จัดเก็บที่ค่อยๆ ระเหยไป ความประหยัดนั้นสมเหตุสมผลเฉพาะในกรณีการใช้งานเฉพาะ เช่น การควบคุมความถี่ ซึ่งคุณจะได้รับอัตราพรีเมียมที่จ่ายสำหรับเวลาตอบสนองระดับมิลลิวินาที
ข้อกังวลด้านความปลอดภัยยังไม่ได้รับความสนใจเพียงพอเช่นกัน ทุกคนคงจำได้เมื่อโรงงานแบตเตอรี่ Moss Landing ในแคลิฟอร์เนียเกิดเพลิงไหม้ในปี 2021 นั่นคือการติดตั้งขนาด 300 MW / 1,200 MWh - หนึ่งในโรงงานที่ใหญ่ที่สุดในโลกในขณะนั้น - และต้องปิดตัวลงเป็นเวลาหลายเดือน จากนั้นก็เกิดไฟไหม้อีกครั้งในปี 2022 (www.energy-storage.news) นี่ไม่ใช่ไฟในครัวเล็กๆ ที่เรากำลังพูดถึง เหตุการณ์การหนีความร้อนของลิเธียม-ไอออนเป็นเรื่องยากมากที่จะดับและปล่อยก๊าซพิษ โดยพื้นฐานแล้วแผนกดับเพลิงจะต้องปล่อยให้มันมอดไหม้เองโดยป้องกันไม่ให้สิ่งอื่นจับได้
แคลิฟอร์เนียได้ติดตั้งที่เก็บแบตเตอรี่อย่างบ้าคลั่ง แต่พวกเขากำลังประสบปัญหาพื้นฐานนี้ โดยที่แบตเตอรี่สามารถคายประจุได้เพียงประมาณ 4 ชั่วโมงตามกำลังไฟพิกัดเท่านั้น เป็นเรื่องปกติสำหรับการโกนในช่วงเย็นในช่วงที่มีแสงอาทิตย์ลดลง แต่จะไม่มีประโยชน์สำหรับเหตุการณ์สภาพอากาศหลาย-วันหรือการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล คุณต้องมีความจุในการจัดเก็บข้อมูลเพิ่มขึ้น 50-100 เท่าเพื่อรองรับช่วงที่มีเมฆมากเป็นเวลานานหนึ่งสัปดาห์ในฤดูหนาว ซึ่งทำให้เศรษฐศาสตร์ที่น่าสงสัยอยู่แล้วเป็นเรื่องไร้สาระโดยสิ้นเชิง
ฉันขอโยนตัวเลขทางเทคนิคมาให้คุณ ระบบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน-สเกลลิเธียม-ทั่วไปมีประสิทธิภาพการไปกลับ-ที่ประมาณ 85-90% ซึ่งฟังดูดีจนกระทั่งคุณตระหนักว่า 10-15% ของพลังงานของคุณหายไปในความร้อน ทุกๆ 100 MWh ที่คุณจัดเก็บ คุณจะได้รับพลังงานคืนเพียง 85-90 MWh เท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบกับการจัดเก็บพลังน้ำแบบสูบที่ประสิทธิภาพ 70-80% ใช่แล้ว มันต่ำกว่า แต่พลังน้ำแบบสูบสามารถกักเก็บพลังงานได้นานหลายเดือนโดยไม่มีการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่แบตเตอรี่คายประจุเองได้ประมาณ 1-3% ต่อเดือน
ด้านสิ่งแวดล้อมก็ยุ่งเหยิงเช่นกัน การทำเหมืองแร่ลิเธียม โคบอลต์ นิกเกิล - สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่กระบวนการที่สะอาด มีรายงานปี 2020 ที่แสดงให้เห็นว่าการผลิตแบตเตอรี่ก่อให้เกิดการปล่อย CO2 อย่างมีนัยสำคัญ โดยอยู่ในช่วง 60-150 กิโลกรัม CO2 ต่อ kWh ของความจุของแบตเตอรี่ ขึ้นอยู่กับพลังงานผสมที่ใช้ในการผลิต หากโครงข่ายไฟฟ้าของคุณยังคงใช้ถ่านหินในขณะที่คุณสร้างพื้นที่จัดเก็บแบตเตอรี่ โดยพื้นฐานแล้วคุณเพียงแค่เปลี่ยนการปล่อยก๊าซคาร์บอนไปรอบๆ แทนที่จะกำจัดออกไป
จากนั้นก็มีปัญหาห่วงโซ่อุปทานวัสดุ เราเห็นราคาลิเธียมพุ่งสูงขึ้นแล้ว และนั่นเป็นช่วงก่อนที่การผลิต EV จะพุ่งสูงขึ้นอย่างมาก- พื้นที่จัดเก็บแบบกริดและยานพาหนะไฟฟ้ากำลังแข่งขันกันเพื่อแย่งชิงวัสดุแบตเตอรี่ชนิดเดียวกัน และมีกำลังการผลิตไม่เพียงพอที่จะตอบสนองทั้งสองตลาดในระดับที่กำลังหารือกัน นักวิเคราะห์บางคนคาดการณ์ว่าลิเธียมจะขาดแคลนภายในปี 2568 หรือ 2569 ขอให้โชคดีในการสร้างพื้นที่จัดเก็บเป็นเทราวัตต์-ชั่วโมงเมื่อคุณไม่สามารถหาแหล่งวัตถุดิบได้
แบตเตอรี่ของ Flow ได้รับการส่งเสริมให้เป็นวิธีแก้ปัญหาอย่างต่อเนื่อง แต่ตอนนี้แบตเตอรี่ "อยู่ใกล้แค่เอื้อม" มานานหลายทศวรรษแล้ว ความหนาแน่นของพลังงานนั้นแย่มาก แบตเตอรี่กระแสวานาเดียม - จัดการได้ประมาณ 20-30 Wh/kg เมื่อเทียบกับลิเธียม-} ของ 200+ Wh/kg นั่นหมายถึงถังสารละลายอิเล็กโตรไลต์จำนวนมหาศาล ท่อประปาจำนวนมากที่อาจรั่วซึม ปั๊มที่ใช้พลังงานไฟฟ้าและจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษา และแม้จะมีคำมั่นสัญญาทั้งหมด แต่ฐานแบตเตอรี่โฟลว์ที่ติดตั้งทั่วโลกยังมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับลิเธียมไอออน อาจมีเหตุผลสำหรับสิ่งนั้น
พลังน้ำแบบสูบคิดเป็นประมาณ 95% ของความจุกริดทั่วโลกในขณะนี้ แต่คุณไม่สามารถสร้างได้ทุกที่ คุณต้องการภูมิศาสตร์ที่ถูกต้อง - อ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่สองแห่งที่ระดับความสูงต่างกัน โดยควรอยู่ใกล้กับโครงสร้างพื้นฐานของระบบส่งกำลัง การอนุญาตด้านสิ่งแวดล้อมเพียงอย่างเดียวต้องใช้เวลาหลายปี เมื่อ Pacific Gas & Electric เสนอโรงงานพลังน้ำแบบสูบในแคลิฟอร์เนียเมื่อเร็วๆ นี้ พวกเขากำลังพิจารณาใบอนุญาตและการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมเป็นเวลา 8-10 ปีก่อนที่จะเริ่มดำเนินการ และนั่นถือว่าไม่มีการฟ้องร้องจากกลุ่มสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับแหล่งที่อยู่อาศัยของปลา
ความท้าทายในการบูรณาการกริดสมควรได้รับการอภิปรายด้วยตนเอง การเพิ่มพื้นที่จัดเก็บข้อมูลจำนวนมากจำเป็นต้องอัปเกรดหม้อแปลง ระบบป้องกัน โครงสร้างพื้นฐานการควบคุม ไม่ใช่ปลั๊ก-และ-เล่น เมื่อแบตเตอรี่คายประจุอย่างรวดเร็ว อาจสร้างปัญหาคุณภาพไฟฟ้าได้ - ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า ความเพี้ยนของฮาร์โมนิก กริดไม่ได้ออกแบบมาสำหรับระบบแบตเตอรี่แบบกระจายหลายพันระบบที่ชาร์จและคายประจุแบบกึ่ง-โดยอิงตามการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และเวลา-ของ-การใช้สัญญาณการกำหนดราคา
ผู้ดำเนินการโครงข่าย CAISO ของรัฐแคลิฟอร์เนียต้องพัฒนากฎเกณฑ์ทางการตลาดและระบบการเสนอราคาใหม่ทั้งหมดเพื่อรองรับพื้นที่จัดเก็บ และพวกเขายังคงค้นหาคำตอบอยู่ พื้นที่จัดเก็บข้อมูลสามารถมีส่วนร่วมในตลาดพลังงาน ตลาดความจุ ตลาดบริการเสริม - แต่กฎจะแตกต่างกันในแต่ละเขตอำนาจศาล และมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ความไม่แน่นอนด้านกฎระเบียบดังกล่าวทำให้การจัดหาเงินทุนสำหรับโครงการทำได้ยากขึ้น เนื่องจากนักลงทุนไม่รู้ว่าพวกเขาสามารถพึ่งพาแหล่งรายได้แบบใด
นอกจากนี้ยังมีปัญหาไก่แปลกๆ-และ-เกี่ยวกับการจัดเก็บและการใช้พลังงานทดแทน คุณต้องมีพื้นที่จัดเก็บเพิ่มขึ้นเพื่อให้สามารถใช้พลังงานหมุนเวียนได้มากขึ้น แต่พื้นที่จัดเก็บมีราคาแพง ซึ่งทำให้ระบบรวมมีราคาแพงกว่า ซึ่งทำให้การปรับใช้พลังงานหมุนเวียนช้าลง เยอรมนีค้นพบวิธีนี้ด้วยวิธีที่ยากลำบาก - พวกเขาได้ติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์และลมจำนวนมหาศาลแต่มีพื้นที่จัดเก็บไม่เพียงพอ ดังนั้น พวกเขาจึงลดการผลิตพลังงานหมุนเวียนลงเมื่อการผลิตเกินความต้องการ หรือเผาโรงงานเชื้อเพลิงฟอสซิลเมื่อลมไม่พัด
ปัญหาเรื่องอายุขัยกวนใจฉันมากกว่าปัจจัยอื่นๆ ส่วนใหญ่ โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติสามารถทำงานได้เป็นเวลา 30-40 ปีโดยต้องมีการบำรุงรักษาตามปกติ สิ่งอำนวยความสะดวกพลังน้ำแบบสูบมีอายุ 50-100 ปี แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน? คุณกำลังดูเวลา 10-15 ปีก่อนที่จะเปลี่ยน บางทีอาจเป็น 20 ปีหากคุณดูแลพวกเขาและชาร์จ/คายประจุไม่เต็ม นั่นหมายถึงการเปลี่ยนการติดตั้งแบตเตอรี่ทั้งหมดหลายครั้งตลอดอายุการใช้งานของแผงโซลาร์เซลล์หรือกังหันลมที่พวกเขาควรจะรองรับ ต้นทุนวงจรชีวิตไม่เพิ่มขึ้นในเกณฑ์ดี
และฉันไม่ได้ทราบข้อกำหนดการใช้ที่ดินด้วยซ้ำ การติดตั้งแบตเตอรี่ต้องใช้พื้นที่จำนวนมาก อาคารที่มีการควบคุมอุณหภูมิ- ระบบดับเพลิง รั้วรักษาความปลอดภัย โรงงานแบตเตอรี่ขนาด 100 MWh อาจใช้พื้นที่หลายเอเคอร์ คูณด้วยสิ่งอำนวยความสะดวกจำนวนหลายร้อยหรือหลายพันแห่งที่จำเป็นสำหรับการจัดเก็บกริดอย่างจริงจัง- และคุณกำลังพูดถึงที่ดินจำนวนมาก ในสถานที่อย่างญี่ปุ่นหรือสิงคโปร์ซึ่งมีที่ดินอยู่ในระดับสูง สิ่งนี้กลายเป็นข้อจำกัดที่สำคัญ
แล้วข้อเสียของระบบกักเก็บพลังงานระดับกริดก็มีอยู่จริงหรือไม่? ใช่ พวกเขาทำอย่างแน่นอน นั่นไม่ได้หมายความว่าพื้นที่เก็บข้อมูลไม่จำเป็นหรือเราไม่ควรสร้างมันขึ้นมา แต่การแสร้งทำเป็นว่าความท้าทายไม่มีอยู่จริง หรือว่าพวกเขาจะแก้ปัญหาตัวเองด้วยเงินอุดหนุนที่เพียงพออย่างน่าอัศจรรย์ และการมองโลกในแง่ดีก็เป็นเรื่องโง่ นี่เป็นปัญหาทางวิศวกรรม เศรษฐกิจ และวัสดุศาสตร์ที่แท้จริง ที่ต้องการวิธีแก้ปัญหาอย่างแท้จริง ไม่ใช่แค่การเชียร์ลีดเดอร์เท่านั้น