A oes anfanteision systemau storio ynni lefel grid?
Pan fyddwn yn siarad am ynni adnewyddadwy, mae bob amser yr eliffant hwn yn yr ystafell y mae pawb i'w weld yn dawnsio o gwmpas - storfa. Mae storio ynni ar lefel grid yn swnio'n wych ar bapur, ac mae'n sicr yn angenrheidiol os ydym am wneud i wynt a solar weithio ar raddfa fawr. Ond mae anfanteision systemau storio ynni lefel grid yn cronni'n eithaf cyflym ar ôl i chi gloddio heibio'r pamffledi marchnata a chymorthdaliadau'r llywodraeth.
Y peth cyntaf sy'n eich taro yw cost. Nid yn unig y gwariant cyfalaf ymlaen llaw, sy'n rhoi digon o ddwr i'r llygad, ond hefyd y costau gweithredol sy'n cadw arian yn gwaedu flwyddyn ar ôl blwyddyn. Cymerwch y Hornsdale Power Reserve yn Ne Awstralia - prosiect batri mawr Tesla o 2017 y mae pawb wrth eu bodd yn ei ddyfynnu fel stori lwyddiant. Yn sicr, mae'n sefydlogi'r grid yn ystod digwyddiadau amlder, ond costiodd y system 150 MW / 194 MWh tua $ 90 miliwn AUD (www.abc.net.au). Mae hynny'n cyfateb i rywbeth fel $600,000 fesul megawat-awr o gapasiti storio. Ar gyfer system sy'n diraddio pob cylch gwefru unigol.
Mae batris ïon lithiwm, sy'n dominyddu'r farchnad storio grid ar hyn o bryd, yn colli tua 2-3% o'u gallu bob blwyddyn dim ond o heneiddio calendr, hyd yn oed os nad ydych chi'n eu defnyddio llawer. Yna mae diraddio beiciau ar ben hynny. Mae'r rhan fwyaf o systemau batri masnachol yn cael eu gwarantu am oddeutu 80% o gapasiti ar ôl 10 mlynedd, sy'n golygu eich bod yn y bôn yn talu am storfa sy'n anweddu'n araf. Dim ond mewn achosion defnydd penodol fel rheoleiddio amlder y mae'r economeg yn gwneud synnwyr lle rydych chi'n cael cyfraddau premiwm a delir ar gyfer amseroedd ymateb milieiliad.
Nid yw'r pryderon diogelwch yn cael digon o sylw chwaith. Mae pawb yn cofio pan aeth cyfleuster batri Moss Landing yng Nghaliffornia ar dân yn 2021. Roedd hwnnw'n osodiad 300 MW / 1,200 MWh - un o'r rhai mwyaf yn y byd ar y pryd - a bu'n rhaid ei gau i lawr am fisoedd. Yna aeth ar dân ETO yn 2022 (www.energy-storage.news). Nid tanau cegin bach yw'r rhain yr ydym yn sôn amdanynt. Mae digwyddiadau ffo thermol lithiwm ïon yn hynod o anodd i ddiffodd a rhyddhau nwyon gwenwynig. Yn y bôn mae'n rhaid i'r adran dân adael iddi losgi ei hun allan tra'n cadw popeth arall rhag dal.
Mae California wedi bod yn gosod storfa batri fel gwallgof, ond maen nhw'n rhedeg i'r broblem sylfaenol hon lle gall y batris ollwng dim ond am tua 4 awr ar bŵer graddedig. Mae hynny'n iawn ar gyfer eillio brig gyda'r nos pan fydd solar yn disgyn, ond mae'n ddiwerth ar gyfer digwyddiadau tywydd aml- neu amrywiadau tymhorol. Byddai angen 50-100 gwaith yn fwy o gapasiti storio arnoch i ymdopi â chyfnodau cymylog wythnos o hyd yn y gaeaf, sy'n gwneud yr economeg sydd eisoes yn amheus yn gwbl hurt.
Gadewch imi daflu rhai rhifau technegol atoch chi. Mae gan system batri lithiwm ïon cyfleustodau nodweddiadol effeithlonrwydd taith crwn o tua 85-90%, sy'n swnio'n weddus nes i chi sylweddoli bod 10-15% o'ch ynni newydd ddiflannu i wres. Am bob 100 MWh rydych chi'n ei storio, dim ond 85-90 MWh y byddwch chi'n ei gael yn ôl. Cymharwch hynny â storfa hydro wedi'i bwmpio ar effeithlonrwydd 70-80% - ydy mae'n is, ond gall hydro wedi'i bwmpio storio ynni am fisoedd heb golledion sylweddol, tra bod batris yn hunan-ollwng tua 1-3% y mis.
Mae'r ochr amgylcheddol yn mynd yn flêr hefyd. Mwyngloddio lithiwm, cobalt, nicel - nid yw'r rhain yn brosesau glân. Mae'r adroddiad 2020 hwn yn dangos bod gweithgynhyrchu batris yn cynhyrchu allyriadau CO2 sylweddol, rhywle yn yr ystod o 60-150 kg CO2 fesul kWh o gapasiti batri yn dibynnu ar y cymysgedd ynni a ddefnyddir wrth gynhyrchu. Os yw'ch grid yn dal i redeg ar lo tra'ch bod chi'n adeiladu storfa batri, yn y bôn rydych chi'n symud yr allyriadau carbon o gwmpas yn hytrach na'u dileu.
Yna mae problem y gadwyn gyflenwi deunydd. Rydym eisoes yn gweld prisiau lithiwm yn cynyddu, ac roedd hynny cyn y cynnydd enfawr mewn cynhyrchu cerbydau trydan. Mae cerbydau storio grid a thrydan yn cystadlu am yr un deunyddiau batri, ac yn syml, nid oes digon o gapasiti cynhyrchu i fodloni'r ddwy farchnad ar y graddfeydd sy'n cael eu trafod. Mae rhai dadansoddwyr yn rhagweld prinder lithiwm erbyn 2025 neu 2026. Pob lwc adeiladu terawat-oriau storio pan na allwch ddod o hyd i'r deunyddiau.
Mae batris llif yn parhau i gael eu dyrchafu fel yr ateb, ond maen nhw wedi bod "dim ond rownd y gornel" ers degawdau bellach. Mae'r dwysedd ynni yn ofnadwy - mae batris llif fanadiwm yn rheoli tua 20-30 Wh/kg o'i gymharu â -ïon lithiwm 200+ Wh/kg. Mae hynny'n golygu tanciau enfawr o hydoddiant electrolyte, llawer o waith plymwr a all ollwng, pympiau sy'n defnyddio pŵer ac sydd angen eu cynnal a'u cadw. Ac er gwaethaf yr holl addewidion, mae'r sylfaen batris llif a osodwyd yn fyd-eang yn fach o hyd o'i gymharu â lithiwm-ion. Mae'n debyg bod rheswm am hynny.
Mae hydro wedi'i bwmpio yn cyfrif am tua 95% o gapasiti storio grid byd-eang ar hyn o bryd, ond ni allwch ei adeiladu yn unman yn unig. Mae angen y ddaearyddiaeth gywir - dwy gronfa ddŵr fawr ar wahanol ddrychiadau, yn ddelfrydol yn agos at seilwaith trawsyrru. Mae'r trwyddedu amgylcheddol yn unig yn cymryd blynyddoedd. Pan gynigiodd Pacific Gas & Electric gyfleuster hydro wedi'i bwmpio yng Nghaliffornia yn ddiweddar, roeddent yn edrych ar 8-10 mlynedd yn unig ar gyfer astudiaethau trwyddedu ac amgylcheddol cyn torri tir newydd. Ac mae hynny'n rhagdybio na fydd unrhyw achosion cyfreithiol gan grwpiau amgylcheddol sy'n poeni am gynefinoedd pysgod.
Mae'r heriau integreiddio grid yn haeddu eu trafodaeth eu hunain. Mae ychwanegu llawer iawn o storfa yn gofyn am uwchraddio trawsnewidyddion, systemau amddiffyn, seilwaith rheoli. Nid plwg{2}}a-chwarae ydyw. Pan fydd batris yn gollwng yn gyflym, gallant greu problemau ansawdd pŵer - amrywiadau foltedd, ystumiadau harmonig. Nid oedd y grid wedi'i gynllunio ar gyfer miloedd o systemau batri dosranedig i gyd yn gwefru a gollwng lled-yn seiliedig ar gynhyrchu solar ac amser-defnyddio-signalau prisio.
Mae gweithredwr grid CAISO California wedi gorfod datblygu rheolau marchnad cwbl newydd a systemau bidio i ddarparu ar gyfer storio, ac maen nhw'n dal i ddarganfod hynny. Gall storio gymryd rhan mewn marchnadoedd ynni, marchnadoedd capasiti, marchnadoedd gwasanaethau ategol - ond mae'r rheolau'n wahanol ym mhob awdurdodaeth ac maent yn newid o hyd. Mae'r ansicrwydd rheoleiddiol hwnnw'n ei gwneud hi'n anoddach ariannu prosiectau oherwydd nid yw buddsoddwyr yn gwybod pa ffrydiau refeniw y gallant ddibynnu arnynt.
Mae yna hefyd y broblem cyw iâr ac wyau rhyfedd hon gyda storio a defnyddio ynni adnewyddadwy. Mae angen mwy o le storio arnoch i alluogi mwy o ynni adnewyddadwy, ond mae storio yn ddrud, sy'n gwneud y system gyfun yn ddrytach, sy'n arafu'r defnydd o ynni adnewyddadwy. Darganfu'r Almaen hyn gan y ffordd galed - maent wedi gosod symiau enfawr o ynni haul a gwynt ond dim digon o le storio, felly maent yn y pen draw yn cwtogi ar gynhyrchu adnewyddadwy pan fydd cynhyrchiant yn fwy na'r galw, neu'n tanio gweithfeydd tanwydd ffosil pan nad yw'r gwynt yn chwythu.
Mae mater hyd oes yn fy mhoeni'n fwy na'r rhan fwyaf o ffactorau eraill. Gall gwaith pŵer nwy naturiol redeg am 30-40 mlynedd gyda gwaith cynnal a chadw rheolaidd. Mae cyfleusterau dŵr pwmp yn para 50-100 mlynedd. Batris lithiwm-ion? Rydych chi'n edrych ar 10-15 mlynedd cyn amnewid, efallai 20 os byddwch chi'n eu babi ac nad ydych chi'n gwefru/rhyddhau llawn. Mae hynny'n golygu ailosod gosodiadau batri cyfan sawl gwaith dros oes y paneli solar neu'r tyrbinau gwynt y maent i fod i'w cynnal. Nid yw'r costau cylch bywyd yn adio'n ffafriol.
Ac nid wyf hyd yn oed wedi mynd i mewn i'r gofynion defnydd tir. Mae angen gofod sylweddol ar osodiadau batris, -adeiladau a reolir gan yr hinsawdd, systemau llethu tân, ffensys diogelwch. Gallai cyfleuster batri 100 MWh feddiannu sawl erw. Lluoswch hwnnw â'r cannoedd neu filoedd o gyfleusterau o'r fath sydd eu hangen ar gyfer storio graddfa grid difrifol ac rydych chi'n sôn am lawer o dir. Mewn lleoedd fel Japan neu Singapôr lle mae tir yn brin, mae hyn yn dod yn gyfyngiad mawr.
Felly a oes anfanteision systemau storio ynni lefel grid yn bodoli? Ydyn, maen nhw'n gwneud hynny o gwbl. Nid yw hynny'n golygu nad oes angen storio neu na ddylem ei adeiladu. Ond mae esgus nad yw'r heriau'n bodoli neu y byddant yn datrys eu hunain yn hudol gyda digon o gymorthdaliadau ac mae optimistiaeth yn ffôl. Mae'r rhain yn broblemau peirianneg, economaidd a gwyddor materol go iawn sydd angen atebion gwirioneddol, nid dim ond codi hwyl.