Sólarorka og uppgangur orkunetsins: Framtíð orku P4

Við höfum talað um haustið óhrein orka. Við höfum talað um enda olíu. Og við töluðum bara um hækkun á rafmagns bíla. Næst ætlum við að tala um drifkraftinn á bak við allar þessar strauma – og það á eftir að breyta heiminum eins og við þekkjum hann eftir aðeins tvo til þrjá áratugi.

Næstum ókeypis, takmarkalaus, hrein, endurnýjanleg orka.

Það er soldið mikið mál. Og þess vegna mun restin af þessari seríu fjalla um þessar strauma og tækni sem mun breyta mannkyninu úr orkuviðkvæmum heimi yfir í orkuríkan heim á meðan fjallað er um áhrifin sem þetta mun hafa á hagkerfi okkar, heimspólitík og á daglegt líf þitt. Þetta er nokkuð hrífandi efni, ég veit, en ekki hafa áhyggjur, ég mun ekki ganga of hratt þegar ég leiðbeina þér í gegnum það.

Byrjum á augljósustu myndinni af næstum ókeypis, takmarkalausri, hreinni, endurnýjanlegri orku: sólarorku.

Sól: hvers vegna það rokkar og hvers vegna það er óumflýjanlegt

Núna erum við öll kunnug um hvað sólarorka snýst um: við tökum í grundvallaratriðum stórar orkugleypandi spjöld og beinum þeim í átt að stærsta samrunaofni sólkerfisins okkar (sólin) með það að markmiði að breyta sólarljósi í nothæft rafmagn. Ókeypis, takmarkalaus og hrein orka. Hljómar ótrúlega! Svo hvers vegna tók sólarorka ekki á loft fyrir áratugum eftir að tæknin var fundin upp?

Jæja, pólitík og ástarsamband okkar með ódýra olíu til hliðar, helsti ásteytingarsteinninn hefur verið kostnaðurinn. Það var áður heimskulega dýrt að framleiða mikið magn af rafmagni með sólarorku, sérstaklega miðað við að brenna kolum eða olíu. En eins og þeir gera alltaf breytast hlutirnir og í þessu tilfelli til hins betra.

Þú sérð, lykilmunurinn á sólar- og kolefnisbundnum orkugjöfum (eins og kol og olía) er að annar er tækni en hinn er jarðefnaeldsneyti. Tækni batnar, hún verður ódýrari og skilar meiri ávöxtun með tímanum; en með jarðefnaeldsneyti hækkar verðmæti þess í flestum tilfellum, staðnar, verður sveiflukennt og lækkar að lokum með tímanum.

Þetta samband hefur leikið allt of greinilega síðan í byrjun 2000. Sólartækni hefur séð magn aflsins sem hún framleiðir á skilvirkan hátt rokið upp, allt á meðan kostnaður hennar hefur hrunið (75 prósent á síðustu fimm árum einum). Árið 2020 mun sólarorka verða verðsamkeppnishæf með jarðefnaeldsneyti, jafnvel án styrkja. Árið 2030 mun sólarorka kosta örlítið brot af því sem jarðefnaeldsneyti gerir og virka á skilvirkari hátt. Á sama tíma hefur olía sprungið í kostnaði við stóran hluta 2000, samhliða kostnaði (fjárhagslegum og umhverfislegum) við að byggja og viðhalda jarðefnaeldsneytisorkuverum (eins og kolum).

Ef við fylgjum straumlínum sólar hefur framtíðarfræðingurinn Ray Kurzweil spáð því að sól gæti uppfyllt 100 prósent af orkuþörf nútímans á tæpum tveimur áratugum. Nú þegar hefur sólarorkuframleiðsla tvöfaldast á tveggja ára fresti undanfarin 30 ár. Sömuleiðis er Alþjóðaorkumálastofnunin spáði að sólin (sólarorkan) verði stærsti raforkugjafi heimsins árið 2050, langt á undan öllu öðru jarðefna- og endurnýjanlegu eldsneyti til samans.

Við erum að ganga inn í öld þar sem sama hversu mikil orka úr jarðefnaeldsneyti er tiltæk, endurnýjanleg orka verður samt ódýrari. Svo hvað þýðir þetta í hinum raunverulega heimi?

Sólarfjárfesting og ættleiðing nær suðumarki

Breytingin kemur hægt í fyrstu, svo allt í einu verður allt öðruvísi.

Þegar sumir hugsa um sólarorkuframleiðslu, hugsa þeir enn um sjálfstæðar sólarorkuver þar sem hundruð, kannski þúsundir, sólarrafhlöður teppa gegnheill eyðimörk í afskekktum hluta landsins. Til að vera sanngjarnt munu slíkar uppsetningar algjörlega leika stóran þátt í framtíðarorkublöndunni okkar, sérstaklega með hvers konar nýjungum sem koma á leiðinni.

Tvö fljótleg dæmi: Á næsta áratug munum við sjá sólarsellutækni auka getu sína til að umbreyta sólarljósi í orku úr 25 prósentum í næstum 50 prósent. Á sama tíma munu stærri leikmenn eins og IBM koma inn á markaðinn með sólarsafnara sem gætu magna kraft 2,000 sóla.

Þó að þessar nýjungar séu efnilegar eru þær aðeins brot af því sem orkukerfi okkar mun þróast í. Framtíð orkunnar snýst um valddreifingu, um lýðræði, það snýst um völd til fólksins. (Já, ég geri mér grein fyrir því hversu ömurlegt þetta hljómaði. Líttu á það.)

Það sem þetta þýðir er að í stað þess að raforkuframleiðslan verði miðlæg á milli veitnanna mun sífellt meira rafmagn byrja að framleiða þar sem það er notað: heima. Í framtíðinni mun sólarorka gera fólki kleift að framleiða sitt eigið rafmagn með lægri kostnaði en að fá það rafmagn frá rafveitunni á staðnum. Reyndar er þetta þegar að gerast.

Í Queensland, Ástralíu, raforkuverð lækkaði í næstum núll í júlí 2014. Venjulega eru verð á bilinu $40-$50 á megavattstund, svo hvað gerðist?

Sól gerðist. Sólarorka á þaki, til að vera nákvæm. 350,000 byggingar í Queensland eru með sólarrafhlöður á þaki, sem saman mynda 1,100 megavött af rafmagni.

Á sama tíma er það sama að gerast á stórum svæðum í Evrópu (Þýskaland, Spánn og Portúgal, sérstaklega), þar sem sólarorka í íbúðarstærð hefur náð „netjafnvægi“ (kostar það sama) með meðalrafmagnsverði til íbúða sem knúið er af hefðbundnum veitum. Frakkland setti meira að segja lög að allar nýjar byggingar á atvinnusvæðum verði byggðar með plöntu- eða sólarþökum. Hver veit, kannski mun svipuð löggjöf einn daginn sjá glugga heilu bygginganna og skýjakljúfa skipt út fyrir gagnsæjar sólarplötur — já, sólarplötu gluggar!

En jafnvel eftir allt þetta er sólarorka enn aðeins þriðjungur af þessari byltingu.

Rafhlöður, ekki bara fyrir leikfangabílinn þinn lengur

Rétt eins og sólarrafhlöður hafa fengið endurreisn í þróun og víðtækri fjárfestingu, þá hafa rafhlöður einnig orðið fyrir endurreisn. Ýmsar nýjungar (td. einn, tvö, þrír) eru að koma á netið til að gera þær ódýrari, minni, umhverfisvænni og síðast en ekki síst, leyfa þeim að geyma mikið magn af orku miklu lengur. Ástæðan á bak við þessar rannsóknir og þróunarfjárfestingar er augljós: rafhlöður hjálpa til við að geyma orkuna sem sólarorkan safnar til notkunar þegar sólin skín ekki.

Reyndar gætirðu hafa heyrt um að Tesla hafi slegið í gegn nýlega þegar þeir frumsýndu Tesla powerwall, hagkvæm heimilisrafhlaða sem getur geymt allt að 10 kílóvattstundir af orku. Rafhlöður eins og þessar gera heimilum kost á að fara algjörlega af netinu (ættu þau líka að fjárfesta í sólarorku á þaki) eða einfaldlega sjá þeim fyrir varaafli meðan netkerfi rofnar.

Aðrir kostir rafhlöðunnar fyrir daglegt heimili eru mun lægri orkureikningur fyrir þau heimili sem kjósa að vera tengd við staðbundið raforkukerfi, sérstaklega þau sem eru með kraftmikla raforkuverðlagningu. Það er vegna þess að þú getur stillt orkunotkun þína til að safna og geyma orku á daginn þegar raforkuverð er lágt, síðan farið af netinu með því að taka heimilisrafmagn af rafhlöðunni á kvöldin þegar raforkuverð hækkar. Að gera þetta gerir heimilið þitt líka miklu grænna vegna þess að það að minnka orkufótspor þitt á nóttunni flytur út orku sem venjulega myndast af óhreinu eldsneyti, eins og kolum.

En rafhlöður munu ekki bara breyta leik fyrir venjulegan húseiganda; stór fyrirtæki og veitur eru einnig farin að setja upp eigin rafhlöður í iðnaðarstærð. Reyndar eru þeir 90 prósent af öllum rafhlöðuuppsetningum. Ástæða þeirra fyrir því að nota rafhlöður er að mestu leyti sú sama og meðal húseiganda: það gerir þeim kleift að safna orku frá endurnýjanlegum orkugjöfum eins og sól, vindi og sjávarföllum, losa svo orkuna á kvöldin, sem bætir áreiðanleika orkunetsins í því ferli.

Það er þar sem við komum að þriðja hluta orkubyltingar okkar.

Uppgangur orkunetsins

Það eru þessi rök sem halda áfram að ýta undir andstæðinga endurnýjanlegrar orku sem segja að þar sem endurnýjanleg (sérstaklega sólarorka) geti ekki framleitt orku allan sólarhringinn, sé ekki hægt að treysta þeim fyrir stórfelldum fjárfestingum. Þess vegna þurfum við hefðbundna „grunnhleðslu“ orkugjafa eins og kol, gas eða kjarnorku þegar sólin skín ekki.

Það sem þessir sömu sérfræðingar og stjórnmálamenn taka hins vegar ekki fram er að kola-, gas- eða kjarnorkuver stöðvast allan tímann vegna gallaðra hluta eða fyrirhugaðs viðhalds. En þegar þeir gera það, slökkva þeir ekki endilega ljósin fyrir borgirnar sem þeir þjóna. Við erum með eitthvað sem kallast landsbundið orkunet. Ef ein verksmiðja stöðvast tekur orka frá nágrannaverksmiðju upp slakann samstundis og styður við orkuþörf borgarinnar.

Með nokkrum minniháttar uppfærslum er sama net það sem endurnýjanlegir orkugjafar munu nota þannig að þegar sólin skín ekki eða vindur blæs ekki á einu svæði, er hægt að bæta fyrir orkutap frá öðrum svæðum þar sem endurnýjanleg raforka framleiðir rafmagn. Og með því að nota rafhlöður af iðnaðarstærð sem nefnd eru hér að ofan gætum við geymt mikið magn af endurnýjanlegri orku á ódýran hátt á daginn til að losa um kvöldið. Þessir tveir punktar þýða að vindur og sól geta veitt áreiðanlegt magn af afli á pari við hefðbundna grunnálagsorkugjafa.

Þetta nýja net viðskipta með endurnýjanlega orku innanlands og iðnaðar mun mynda framtíðar „orku internet“ – kraftmikið og sjálfstýrt kerfi sem (eins og internetið sjálft) er ónæmt fyrir flestum náttúruhamförum og hryðjuverkaárásum, á sama tíma og það er ekki stjórnað. af einhverjum einokun.

Þegar öllu er á botninn hvolft er endurnýjanleg orka að fara að gerast, en það þýðir ekki að sérhagsmunir falli ekki án baráttu.

Sól borðar hádegismat veitunnar

Fyndið nokk, jafnvel þó að brenna kol fyrir rafmagn væri ókeypis (sem er að miklu leyti tilfellið í Ástralíu, einum stærsta kolaútflytjanda heims), þá kostar það samt peninga að viðhalda og reka virkjunina og flytja síðan rafmagn hennar yfir hundruð kílómetra af rafmagnslínur til að ná heimili þínu. Allir þessir innviðir mynda stóran hluta af rafmagnsreikningnum þínum. Og þess vegna kusu svo margir Queenslandbúa sem þú lest um hér að ofan að komast hjá þessum kostnaði með því að búa til eigin rafmagn heima hjá sér—það er bara ódýrari kosturinn.

Þar sem þessum sólarkostnaðarkostum hraðar til úthverfa og þéttbýlissvæða um allan heim, munu fleiri fólk afþakka orkunet sitt að hluta eða öllu leyti. Það þýðir að kostnaður við að viðhalda núverandi veituinnviðum verður borinn af færri og færri, hugsanlega hækka mánaðarlega rafmagnsreikninga og skapa enn stærri fjárhagslegan hvata fyrir "seint sólarorkuupptökufólk" til að fjárfesta loksins í sólarorku. Þetta er komandi dauðaspírall sem heldur veitufyrirtækjum uppi á nóttunni.

Þegar horft er á þessa vöruflutningalest hlaða sig leiðar sinnar, hafa sum afturhaldssömu veitufyrirtækin kosið að berjast gegn þessari þróun til hins blóðuga enda. Þeir hafa beitt sér fyrir því að breyta eða binda enda á „nettómælingar“ stefnuna sem gerir húseigendum kleift að selja umfram sólarorku aftur inn á netið. Aðrir vinna að því að fá þingmenn til samþykkja álag á sólarorkuvirki, á meðan enn aðrir vinna að frysta eða draga úr kröfum um endurnýjanlega og hagkvæmni orku þeim hefur verið lögfest að hittast.

Í grundvallaratriðum eru veitufyrirtækin að reyna að fá stjórnvöld til að niðurgreiða rekstur sinn og í sumum tilfellum lögfesta einkarétt sinn á staðbundnum orkunetum. Það er örugglega ekki kapítalismi. Og stjórnvöld ættu ekki að vera í þeim bransa að vernda atvinnugreinar fyrir truflandi og yfirburða nýrri tækni (þ.e. sólarorku og önnur endurnýjanleg raforka) sem hefur tilhneigingu til að leysa hana af hólmi (og gagnast almenningi).

En á meðan gífurlegum upphæðum af hagsmunagæzlufé er varið í að reyna að hægja á framgangi sólarorku og annarra endurnýjanlegra orkugjafa, eru langtímastefnulínurnar fastar: sólarorka og endurnýjanlegar orkugjafar eiga að borða hádegismat veitufyrirtækja. Þess vegna taka framsýn veitufyrirtæki á annan veg.

Gamla heimsins veitur hjálpa til við að leiða nýja heimsorkuskipan

Þó að það sé ólíklegt að flestir taki algjörlega úr sambandi við rafmagnsnetið - hver veit, hvað gerist þegar framtíðarsonur þinn keyrir Tesluna þína ölvaður inn í rafgeyminn þinn í bílskúrnum þínum - munu flestir byrja að nota staðbundin orkunet minna og minna með hverjum áratugnum sem líður .

Með skriftinni á veggnum hafa nokkrar veitur ákveðið að verða leiðandi í framtíðar endurnýjanlegu og dreifðu orkuneti. Til dæmis er fjöldi evrópskra veitna að fjárfesta hluta af núverandi hagnaði sínum í nýja endurnýjanlega orkumannvirki, svo sem sól, vind og sjávarföll. Þessar veitur hafa þegar notið góðs af fjárfestingu sinni. Dreifðar endurnýjanlegar orkugjafar hjálpuðu til við að draga úr álagi á rafmagnsnet á heitum sumardögum þegar eftirspurn var mikil. Endurnýjanlegar orkugjafar draga einnig úr þörf veitna til að fjárfesta í nýjum og dýrum miðstýrðum virkjunum og flutningslínum.

Önnur veitufyrirtæki eru að leita enn lengra í að breytast úr því að vera eingöngu orkuveitendur í að verða orkuþjónustuaðilar. SolarCity, sprotafyrirtæki sem hannar, fjármagnar og setur upp sólarorkukerfi, hefur byrjað að breyting í átt að þjónustumiðuðu líkani þar sem þeir eiga, viðhalda og reka heimilisrafhlöður fólks.

Í þessu kerfi greiða viðskiptavinir mánaðarlegt gjald fyrir að hafa sólarrafhlöður og húsrafhlöðu setta upp á heimili sínu - hugsanlega tengt við ofur-staðbundið orkukerfi (örnet) - og láta heimilisorku sína stjórna af veitunni. Viðskiptavinir myndu aðeins borga fyrir þá orku sem þeir nota og hóflegir orkunotendur munu sjá orkureikninga sína skerða. Þeir gætu jafnvel græða á því að nota umframorkuna sem heimili þeirra framleiða til að knýja orkusjúkari nágranna sína.

Hvað þýðir næstum ókeypis, takmarkalaus, hrein orka í raun

Árið 2050 þarf stór hluti heimsins að skipta alfarið út fyrir eldra orkunet og orkuver. Það er bara fjárhagslegt skynsamlegt að skipta út þessum innviðum fyrir ódýrari, hreinni og orkuhámarkandi endurnýjanlega orku. Jafnvel þótt það kosti það sama að skipta út þessum innviðum fyrir endurnýjanlega orku og að skipta honum út fyrir hefðbundna orkugjafa, þá vinnur endurnýjanlegt efni enn. Hugsaðu um það: ólíkt hefðbundnum, miðstýrðum orkugjöfum, bera dreifðar endurnýjanlegar orkugjafa ekki sama neikvæða farangur eins og þjóðaröryggisógnir af hryðjuverkaárásum, notkun á óhreinu eldsneyti, háum fjármagnskostnaði, skaðlegum loftslags- og heilsuáhrifum og viðkvæmni fyrir víðtækum mælikvarða. straumleysi

Fjárfestingar í orkunýtingu og endurnýjanlegum orkugjöfum geta venja iðnaðarheiminn af kolum og olíu, spara ríkisstjórnum billjónir dollara, vaxa hagkerfið með nýjum störfum í uppsetningu endurnýjanlegra og snjallra neta og minnka kolefnislosun okkar um um 80 prósent.

Þegar við förum inn í þetta nýja orkutímabil, þá þurfum við að spyrja: Hvernig lítur heimur með ótakmarkaða orku út í raun og veru? Hvernig mun það hafa áhrif á efnahag okkar? Menning okkar? Lífshættir okkar? Svarið er: meira en þú heldur.

Við munum kanna hvernig þessi nýi heimur mun líta út í lok Future of Energy röð okkar, en fyrst þurfum við að nefna aðrar tegundir endurnýjanlegrar og óendurnýjanlegrar orku sem gætu knúið framtíð okkar. Næst: Renewables vs Thorium and Fusion Energy Wildcards: Future of Energy P5.

FUTURE OF ENERGY SERIES TENGLAR

Hægur dauði kolefnisorkutímabilsins: Framtíð orku P1

Olía! Kveikjan að endurnýjanlega tímanum: Future of Energy P2

Uppgangur rafbílsins: Future of Energy P3

Renewables vs Thorium and Fusion energy wildcards: Future of Energy P5

Framtíð okkar í orkuríkum heimi: Framtíð orku P6