గ్రిడ్ స్థాయి శక్తి నిల్వ వ్యవస్థల యొక్క ప్రతికూలతలు ఉన్నాయా?
మేము పునరుత్పాదక శక్తి గురించి మాట్లాడేటప్పుడు, ప్రతి ఒక్కరూ - నిల్వ చుట్టూ నృత్యం చేస్తున్న గదిలో ఈ ఏనుగు ఎల్లప్పుడూ ఉంటుంది. గ్రిడ్ లెవల్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ పేపర్‌పై అద్భుతంగా అనిపిస్తుంది మరియు మనం గాలి మరియు సౌర పనిని స్థాయిలో చేయబోతున్నట్లయితే ఇది ఖచ్చితంగా అవసరం. కానీ మీరు మార్కెటింగ్ బ్రోచర్‌లు మరియు ప్రభుత్వ రాయితీలను తవ్విన తర్వాత గ్రిడ్ స్థాయి శక్తి నిల్వ వ్యవస్థల యొక్క ప్రతికూలతలు చాలా త్వరగా పోగుపడతాయి.
మీరు కొట్టే మొదటి విషయం ఖర్చు. కేవలం ముందస్తు మూలధన వ్యయం మాత్రమే కాదు, ఇది కంటికి-తగినంత నీరందించేది, కానీ నిర్వహణ ఖర్చులు సంవత్సరానికి డబ్బును రక్తస్రావం చేస్తూనే ఉంటాయి. దక్షిణ ఆస్ట్రేలియాలోని హార్న్స్‌డేల్ పవర్ రిజర్వ్‌ను తీసుకోండి - 2017 నుండి టెస్లా యొక్క పెద్ద బ్యాటరీ ప్రాజెక్ట్‌ని అందరూ విజయగాథగా ఉదహరిస్తారు. ఖచ్చితంగా, ఇది ఫ్రీక్వెన్సీ ఈవెంట్‌ల సమయంలో గ్రిడ్‌ను స్థిరీకరిస్తుంది, అయితే 150 MW / 194 MWh సిస్టమ్ ధర సుమారు $90 మిలియన్ AUD (www.abc.net.au). ఇది ఒక మెగావాట్{15}}గంట నిల్వ సామర్థ్యంకి $600,000 వరకు పని చేస్తుంది. ప్రతి ఒక్క ఛార్జ్ సైకిల్‌ను తగ్గించే సిస్టమ్ కోసం.
ప్రస్తుతం గ్రిడ్ నిల్వ మార్కెట్‌లో ఆధిపత్యం చెలాయించే లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు, మీరు వాటిని ఎక్కువగా ఉపయోగించకపోయినా, క్యాలెండర్ వృద్ధాప్యం నుండి ప్రతి సంవత్సరం వాటి సామర్థ్యాన్ని దాదాపు 2-3% కోల్పోతాయి. అప్పుడు దాని పైన చక్రం క్షీణత ఉంది. చాలా వాణిజ్య బ్యాటరీ సిస్టమ్‌లు 10 సంవత్సరాల తర్వాత దాదాపు 80% సామర్థ్యానికి హామీ ఇవ్వబడతాయి, అంటే నెమ్మదిగా ఆవిరైపోయే నిల్వ కోసం మీరు తప్పనిసరిగా చెల్లిస్తున్నారని అర్థం. మిల్లీసెకన్ల ప్రతిస్పందన సమయాల కోసం మీరు చెల్లించే ప్రీమియం రేట్లను పొందుతున్న ఫ్రీక్వెన్సీ రెగ్యులేషన్ వంటి నిర్దిష్ట వినియోగ సందర్భాలలో మాత్రమే అర్థశాస్త్రం అర్థవంతంగా ఉంటుంది.
భద్రతా సమస్యలు కూడా తగినంత శ్రద్ధ పొందవు. 2021లో కాలిఫోర్నియాలోని మోస్ ల్యాండింగ్ బ్యాటరీ సదుపాయంలో మంటలు చెలరేగినప్పుడు అందరికీ గుర్తుండే ఉంటుంది. అది 300 MW / 1,200 MWh ఇన్‌స్టాలేషన్ - ఆ సమయంలో ప్రపంచంలోనే అతిపెద్దది - మరియు ఇది నెలల తరబడి మూసివేయవలసి వచ్చింది. ఆ తర్వాత 2022లో మళ్లీ మంటలు చెలరేగాయి (www.energy-storage.news). ఇవి మనం మాట్లాడుతున్న చిన్న వంటగది మంటలు కాదు. లిథియం-అయాన్ థర్మల్ రన్‌అవే ఈవెంట్‌లు విషపూరిత వాయువులను ఆర్పడం మరియు విడుదల చేయడం చాలా కష్టం. అగ్నిమాపక శాఖ ప్రాథమికంగా దానిని కాల్చివేయాలి, మిగిలినవన్నీ పట్టుకోకుండా ఉంచుతుంది.
కాలిఫోర్నియా బ్యాటరీ స్టోరేజ్‌ని పిచ్చిగా ఇన్‌స్టాల్ చేస్తోంది, కానీ వారు ఈ ప్రాథమిక సమస్యలో ఉన్నారు, ఇక్కడ బ్యాటరీలు కేవలం 4 గంటలపాటు రేట్ చేయబడిన పవర్‌తో డిశ్చార్జ్ చేయగలవు. సోలార్ తగ్గినప్పుడు సాయంత్రం పీక్ షేవింగ్ చేయడం మంచిది, కానీ ఇది బహుళ-రోజుల వాతావరణ సంఘటనలకు లేదా కాలానుగుణ వైవిధ్యాలకు పనికిరాదు. శీతాకాలంలో వారంపాటు మేఘావృతమైన కాలాలను నిర్వహించడానికి మీకు 50-100 రెట్లు ఎక్కువ నిల్వ సామర్థ్యం అవసరం, ఇది ఇప్పటికే సందేహాస్పదమైన ఆర్థిక శాస్త్రాన్ని పూర్తిగా అసంబద్ధం చేస్తుంది.
నేను మీపై కొన్ని సాంకేతిక సంఖ్యలను విసిరేస్తాను. ఒక సాధారణ యుటిలిటీ-స్కేల్ లిథియం{2}}అయాన్ బ్యాటరీ సిస్టమ్ రౌండ్{3}}ప్రయాణ సామర్థ్యాన్ని దాదాపు 85-90% కలిగి ఉంది, ఇది మీ శక్తిలో 10{12}}15% వేడిగా మాయమైపోతుందని మీరు గ్రహించే వరకు ఇది మంచిదే. మీరు నిల్వ చేసే ప్రతి 100 MWhకి, మీరు 85-90 MWh మాత్రమే తిరిగి పొందుతారు. 70-80% సామర్థ్యంతో పంప్ చేయబడిన హైడ్రో స్టోరేజీతో పోల్చండి - అవును ఇది తక్కువ, కానీ పంప్ చేయబడిన హైడ్రో నెలల తరబడి గణనీయమైన నష్టాలు లేకుండా శక్తిని నిల్వ చేయగలదు, అయితే బ్యాటరీలు నెలకు 1-3% వద్ద స్వీయ-డిశ్చార్జ్.
పర్యావరణం కూడా అస్తవ్యస్తంగా మారింది. మైనింగ్ లిథియం, కోబాల్ట్, నికెల్ - ఇవి క్లీన్ ప్రాసెస్‌లు కావు. బ్యాటరీ తయారీ గణనీయమైన CO2 ఉద్గారాలను ఉత్పత్తి చేస్తుందని ఈ 2020 నివేదిక చూపుతోంది, ఉత్పత్తిలో ఉపయోగించే శక్తి మిశ్రమాన్ని బట్టి బ్యాటరీ కెపాసిటీకి kWhకి 60-150 kg CO2 ఉంటుంది. మీరు బ్యాటరీ స్టోరేజ్‌ను నిర్మిస్తున్నప్పుడు మీ గ్రిడ్ ఇప్పటికీ బొగ్గుతో నడుస్తుంటే, మీరు ప్రాథమికంగా కార్బన్ ఉద్గారాలను తొలగించకుండా వాటిని చుట్టూ మారుస్తున్నారు.
అప్పుడు మెటీరియల్ సరఫరా గొలుసు సమస్య ఉంది. మేము ఇప్పటికే లిథియం ధరల పెరుగుదలను చూస్తున్నాము మరియు ఇది EV ఉత్పత్తిలో భారీ ర్యాంప్-పెరుగక ముందే జరిగింది. గ్రిడ్ నిల్వ మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు ఒకే బ్యాటరీ పదార్థాల కోసం పోటీ పడుతున్నాయి మరియు చర్చించబడుతున్న స్కేల్స్‌లో రెండు మార్కెట్‌లను సంతృప్తి పరచడానికి తగినంత ఉత్పత్తి సామర్థ్యం లేదు. కొంతమంది విశ్లేషకులు 2025 లేదా 2026 నాటికి లిథియం కొరతను అంచనా వేస్తున్నారు. మీరు మెటీరియల్‌లను సోర్స్ చేయలేనప్పుడు టెరావాట్-గంటల నిల్వను నిర్మించడం అదృష్టం.
ఫ్లో బ్యాటరీలు పరిష్కారంగా ప్రచారం చేయబడుతున్నాయి, కానీ అవి దశాబ్దాలుగా "ఇప్పుడే మూలన ఉన్నాయి". శక్తి సాంద్రత భయంకరంగా ఉంది - వెనాడియం ఫ్లో బ్యాటరీలు లిథియం-అయాన్ యొక్క 200+ Wh/kgతో పోలిస్తే 20-30 Wh/kgని నిర్వహిస్తాయి. అంటే ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణం యొక్క అపారమైన ట్యాంకులు, లీక్ చేయగల చాలా ప్లంబింగ్‌లు, శక్తిని వినియోగించే మరియు నిర్వహణ అవసరమయ్యే పంపులు. మరియు అన్ని వాగ్దానాలు ఉన్నప్పటికీ, లిథియం-అయాన్‌తో పోలిస్తే ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఫ్లో బ్యాటరీల ఇన్‌స్టాల్ చేయబడిన బేస్ ఇప్పటికీ చాలా చిన్నది. దానికి బహుశా కారణం ఉండవచ్చు.
పంప్ చేయబడిన హైడ్రో ప్రస్తుతం గ్లోబల్ గ్రిడ్ నిల్వ సామర్థ్యంలో 95% ఉంటుంది, కానీ మీరు దీన్ని ఎక్కడా నిర్మించలేరు. మీకు సరైన భౌగోళిక శాస్త్రం - రెండు పెద్ద రిజర్వాయర్‌లు వేర్వేరు ఎత్తులలో ఉండాలి, ప్రాధాన్యంగా ట్రాన్స్‌మిషన్ ఇన్‌ఫ్రాస్ట్రక్చర్‌కు దగ్గరగా ఉంటుంది. పర్యావరణ అనుమతికే ఏళ్లు పడుతుంది. పసిఫిక్ గ్యాస్ & ఎలక్ట్రిక్ ఇటీవల కాలిఫోర్నియాలో పంప్ చేయబడిన హైడ్రో సదుపాయాన్ని ప్రతిపాదించినప్పుడు, వారు భూమిని విచ్ఛిన్నం చేయడానికి ముందు అనుమతి మరియు పర్యావరణ అధ్యయనాల కోసం 8-10 సంవత్సరాలు చూస్తున్నారు. మరియు చేపల ఆవాసాల గురించి ఆందోళన చెందుతున్న పర్యావరణ సమూహాల నుండి ఎటువంటి వ్యాజ్యాలు లేవని ఊహిస్తుంది.
గ్రిడ్ ఇంటిగ్రేషన్ సవాళ్లు వారి స్వంత చర్చకు అర్హమైనవి. పెద్ద మొత్తంలో నిల్వను జోడించడం కోసం ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లు, రక్షణ వ్యవస్థలు, నియంత్రణ మౌలిక సదుపాయాలను అప్‌గ్రేడ్ చేయడం అవసరం. ఇది ప్లగ్-మరియు-ప్లే కాదు. బ్యాటరీలు వేగంగా డిశ్చార్జ్ అయినప్పుడు, అవి పవర్ నాణ్యత సమస్యలను - వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గులు, హార్మోనిక్ వక్రీకరణలను సృష్టించగలవు. గ్రిడ్ వేలకొద్దీ పంపిణీ చేయబడిన బ్యాటరీ సిస్టమ్‌ల కోసం రూపొందించబడలేదు, అన్ని ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సెమీ-యాదృచ్ఛికంగా సౌర ఉత్పత్తి మరియు సమయం{8}}ఉపయోగించే ధర సిగ్నల్‌ల ఆధారంగా.
కాలిఫోర్నియా యొక్క CAISO గ్రిడ్ ఆపరేటర్ నిల్వను కల్పించేందుకు పూర్తిగా కొత్త మార్కెట్ నియమాలు మరియు బిడ్డింగ్ సిస్టమ్‌లను అభివృద్ధి చేయాల్సి వచ్చింది మరియు వారు ఇప్పటికీ దానిని కనుగొంటున్నారు. ఎనర్జీ మార్కెట్‌లు, కెపాసిటీ మార్కెట్‌లు, అనుబంధ సేవల మార్కెట్‌లు -లో స్టోరేజీ పాల్గొనవచ్చు కానీ ప్రతి అధికార పరిధిలో నియమాలు భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు అవి మారుతూ ఉంటాయి. ఆ నియంత్రణ అనిశ్చితి ప్రాజెక్ట్‌లకు ఆర్థిక సహాయం చేయడం కష్టతరం చేస్తుంది ఎందుకంటే పెట్టుబడిదారులకు వారు ఏ ఆదాయ మార్గాలను లెక్కించవచ్చో తెలియదు.
నిల్వ మరియు పునరుత్పాదక శక్తి విస్తరణలో ఈ విచిత్రమైన చికెన్-మరియు-గుడ్డు సమస్య కూడా ఉంది. మరిన్ని పునరుత్పాదకాలను ప్రారంభించడానికి మీకు మరింత నిల్వ అవసరం, కానీ నిల్వ ఖరీదైనది, ఇది కంబైన్డ్ సిస్టమ్‌ను మరింత ఖరీదైనదిగా చేస్తుంది, ఇది పునరుత్పాదక విస్తరణను నెమ్మదిస్తుంది. జర్మనీ దీన్ని కష్టతరమైన మార్గాన్ని కనుగొంది - వారు భారీ మొత్తంలో సౌర మరియు గాలిని వ్యవస్థాపించారు, కానీ దాదాపు తగినంత నిల్వ లేదు, కాబట్టి వారు ఉత్పత్తి డిమాండ్‌ను మించి ఉన్నప్పుడు పునరుత్పాదక ఉత్పత్తిని తగ్గించడం లేదా గాలి వీచనప్పుడు శిలాజ ఇంధన ప్లాంట్‌లను కాల్చడం వంటివి చేస్తారు.
జీవితకాల సమస్య చాలా ఇతర అంశాల కంటే నన్ను ఎక్కువగా ఇబ్బంది పెడుతుంది. సహజ వాయువు పవర్ ప్లాంట్ సాధారణ నిర్వహణతో 30-40 సంవత్సరాలు నడుస్తుంది. 50-100 సంవత్సరాల క్రితం పంప్ చేయబడిన హైడ్రో సౌకర్యాలు. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు? మీరు వాటిని మార్చడానికి 10-15 సంవత్సరాల ముందు చూస్తున్నారు, మీరు వారికి శిశువుగా ఉంటే మరియు పూర్తిగా ఛార్జ్/డిచ్ఛార్జ్ చేయకపోతే బహుశా 20 సంవత్సరాలు. అంటే సోలార్ ప్యానెల్స్ లేదా విండ్ టర్బైన్‌ల జీవితకాలంలో మొత్తం బ్యాటరీ ఇన్‌స్టాలేషన్‌లను అనేకసార్లు భర్తీ చేయడం. జీవితచక్ర ఖర్చులు అనుకూలంగా ఉండవు.
మరియు నేను భూ వినియోగ అవసరాలు కూడా పొందలేదు. బ్యాటరీ ఇన్‌స్టాలేషన్‌లకు గణనీయమైన స్థలం, వాతావరణ-నియంత్రిత భవనాలు, అగ్నిమాపక వ్యవస్థలు, భద్రతా కంచెలు అవసరం. 100 MWh బ్యాటరీ సౌకర్యం అనేక ఎకరాలను ఆక్రమించవచ్చు. తీవ్రమైన గ్రిడ్{5}}స్కేల్ స్టోరేజ్‌కి అవసరమైన వందల లేదా వేల సౌకర్యాలతో గుణించండి మరియు మీరు చాలా భూమి గురించి మాట్లాడుతున్నారు. జపాన్ లేదా సింగపూర్ వంటి ప్రదేశాలలో భూమి ప్రీమియమ్‌లో ఉంది, ఇది పెద్ద ప్రతిబంధకంగా మారుతుంది.
కాబట్టి గ్రిడ్ స్థాయి శక్తి నిల్వ వ్యవస్థల యొక్క ప్రతికూలతలు ఉన్నాయా? అవును, వారు ఖచ్చితంగా చేస్తారు. నిల్వ అవసరం లేదని లేదా మేము దానిని నిర్మించకూడదని దీని అర్థం కాదు. కానీ సవాళ్లు ఉనికిలో లేవని లేదా తగినంత రాయితీలు మరియు ఆశావాదంతో తమను తాము అద్భుతంగా పరిష్కరించుకుంటామని నటించడం అవివేకం. ఇవి నిజమైన ఇంజనీరింగ్, ఎకనామిక్ మరియు మెటీరియల్ సైన్స్ సమస్యలు, వీటికి కేవలం చీర్‌లీడింగ్ మాత్రమే కాకుండా వాస్తవ పరిష్కారాలు అవసరం.