Solenergi og fremveksten av energiinternett: Future of Energy P4

Vi har snakket om høsten skitten energi. Vi har snakket om slutten av oljen. Og vi snakket nettopp om fremveksten av elektriske biler. Deretter skal vi snakke om drivkraften bak alle disse trendene – og det er satt til å forandre verden slik vi kjenner den om bare to til tre tiår.

Nesten gratis, ubegrenset, ren, fornybar energi.

Det er en stor sak. Og det er grunnen til at resten av denne serien vil dekke de trendene og teknologiene som vil overføre menneskeheten fra en energisårbar til en energirik verden samtidig som de dekker effektene dette vil ha på økonomien vår, verdenspolitikken og på hverdagen din. Dette er ganske berusende greier, jeg vet, men ikke bekymre deg, jeg vil ikke gå for fort mens jeg guider deg gjennom det.

La oss starte med den mest åpenbare formen for nesten gratis, ubegrenset, ren, fornybar energi: solenergi.

Solar: hvorfor det gynger og hvorfor det er uunngåelig

Nå er vi alle kjent med hva solenergi handler om: vi tar i utgangspunktet store energiabsorberende paneler og peker dem mot solsystemets største fusjonsreaktor (solen) med målet om å konvertere sollys til brukbar elektrisitet. Gratis, ubegrenset og ren energi. Høres fantastisk ut! Så hvorfor tok ikke solenergien av for flere tiår siden etter at teknologien ble oppfunnet?

Vel, politikk og vår kjærlighetsaffære med billig olje til side, den største snublesteinen har vært kostnadene. Det pleide å være dumt dyrt å generere store mengder elektrisitet ved hjelp av solenergi, spesielt sammenlignet med å brenne kull eller olje. Men som de alltid gjør, endrer ting seg, og i dette tilfellet til det bedre.

Du skjønner, den viktigste forskjellen mellom solenergi og karbonbaserte energikilder (som kull og olje) er at den ene er en teknologi, mens den andre er et fossilt brensel. En teknologi forbedres, den blir billigere og gir større avkastning over tid; mens med fossilt brensel, i de fleste tilfeller, stiger, stagnerer verdien, blir flyktig og til slutt synker over tid.

Dette forholdet har utspilt seg altfor tydelig siden begynnelsen av 2000-tallet. Solenergiteknologi har sett mengden kraft den effektivt genererer skyte i været, alt mens kostnadene har krasjet ned (75 prosent bare de siste fem årene). Innen 2020 vil solenergi bli priskonkurransedyktig med fossilt brensel, selv uten subsidier. Innen 2030 vil solenergi koste en liten brøkdel av hva fossilt brensel gjør og fungerer mer effektivt. I mellomtiden har olje eksplodert i kostnader gjennom store deler av 2000-tallet, sammen med kostnadene (økonomiske og miljømessige) ved å bygge og vedlikeholde fossile kraftverk (som kull).

Hvis vi følger solenergiens trendlinjer, har fremtidsforsker Ray Kurzweil spådd at solenergi kan dekke 100 prosent av dagens energibehov i løpet av knappe to tiår. Allerede har solenergiproduksjonen doblet seg hvert annet år de siste 30 årene. På samme måte International Energy Agency spådd at solen (solen) vil bli verdens største strømkilde innen 2050, langt foran alle andre former for fossilt og fornybart brensel til sammen.

Vi går inn i en tidsalder hvor uansett hvor mye fossil energi som er tilgjengelig, vil fornybar energi fortsatt være billigere. Så hva betyr dette i den virkelige verden?

Solenergiinvesteringer og -adopsjon når kokepunktet

Forandringen vil først komme sakte, så plutselig vil alt være annerledes.

Når noen mennesker tenker på solenergiproduksjon, tenker de fortsatt på frittstående solenergianlegg der hundrevis, kanskje tusenvis, av solcellepaneler tepper et massivt ørkenområde i en avsidesliggende del av landet. For å være rettferdig, vil slike installasjoner absolutt spille en stor rolle i vår fremtidige energimiks, spesielt med den type innovasjoner som kommer i rørledningen.

To raske eksempler: I løpet av det neste tiåret kommer vi til å se solcelleteknologi øke sin evne til konvertere sollys til energi fra 25 prosent til nesten 50 prosent. I mellomtiden vil større aktører som IBM komme inn på markedet med solfangere som kan forstørre kraften til 2,000 soler.

Selv om disse innovasjonene er lovende, representerer de bare en brøkdel av hva energisystemet vårt vil utvikle seg til. Fremtiden for energi handler om desentralisering, om demokratisering, det handler om makt til folket. (Ja, jeg skjønner hvor dumt det hørtes ut. Ta tak i det.)

Hva dette betyr er at i stedet for at elektrisitetsproduksjonen sentraliseres blant verktøyene, vil mer og mer strøm begynne å produseres der den brukes: hjemme. I fremtiden vil solenergi tillate folk å generere sin egen elektrisitet til en lavere kostnad enn å få den strømmen fra deres lokale kraftverk. Faktisk skjer dette allerede.

I Queensland, Australia, strømprisene falt til nesten null i juli 2014. Normalt varierer prisene rundt $40-$50 per megawattime, så hva skjedde?

Solar skjedde. Solcelle på taket, for å være nøyaktig. 350,000 1,100 bygninger i Queensland har solcellepaneler på taket, som til sammen genererer XNUMX megawatt elektrisitet.

I mellomtiden skjer det samme over store regioner i Europa (spesielt Tyskland, Spania og Portugal), der solenergi i boligskala har nådd "nettparitet" (koster det samme) med gjennomsnittlige strømpriser for boliger drevet av tradisjonelle verktøy. Frankrike har til og med lovfestet at alle nybygg i næringssoner bygges med anlegg eller soltak. Hvem vet, kanskje lignende lovgivning en dag vil se vinduene til hele bygninger og skyskrapere erstattet med gjennomsiktige solcellepaneler – ja, solcellepanel vinduer!

Men selv etter alt dette er solenergi fortsatt bare en tredjedel av denne revolusjonen.

Batterier, ikke bare for lekebilen din lenger

Akkurat som solcellepaneler har fått en renessanse i utvikling og omfattende investeringer, har batterier det også. En rekke innovasjoner (f. en, to, tre) kommer på nettet for å gjøre dem billigere, mindre, mer miljøvennlige, og viktigst av alt, la dem lagre enorme mengder strøm mye lenger. Årsaken bak disse FoU-investeringene er åpenbar: batterier hjelper til med å lagre energien som solenergi samler inn for bruk når solen ikke skinner.

Faktisk har du kanskje hørt om Tesla som gjorde et stort plask nylig da de debuterte Tesla Power vegg, et rimelig husholdningsbatteri som kan lagre opptil 10 kilowattimer med energi. Batterier som disse gir husholdninger muligheten til å gå helt av nettet (skal de også investere i solenergi på taket) eller bare gi dem reservestrøm under strømbrudd.

Andre batterifordeler for den daglige husholdningen inkluderer en mye lavere energiregning for de husholdningene som velger å forbli tilkoblet det lokale strømnettet, spesielt de med dynamisk strømprising. Det er fordi du kan justere energibruken for å samle inn og lagre energi på dagtid når strømprisene er lave, og deretter gå av nettet ved å trekke husholdningsstrøm fra batteriet om natten når strømprisene går opp. Å gjøre dette gjør også hjemmet ditt så mye grønnere fordi å redusere energifotavtrykket ditt om natten fortrenger energi som vanligvis genereres av skittent brensel, som kull.

Men batterier vil ikke bare være en game changer for den gjennomsnittlige huseier; store bedrifter og verktøy begynner også å installere egne batterier i industriell størrelse. Faktisk representerer de 90 prosent av alle batteriinstallasjoner. Grunnen deres til å bruke batterier er stort sett den samme som den gjennomsnittlige huseier: den lar dem samle energi fra fornybare kilder som sol, vind og tidevann, og deretter frigjøre den energien i løpet av kvelden, noe som forbedrer energinettets pålitelighet i prosessen.

Det er her vi kommer til den tredje delen av energirevolusjonen vår.

Fremveksten av energiinternett

Det er dette argumentet som stadig blir presset av motstandere av fornybar energi som sier at siden fornybar energi (spesielt solenergi) ikke kan produsere energi 24/7, kan de ikke stole på store investeringer. Det er derfor vi trenger tradisjonelle "baseload" energikilder som kull, gass eller kjernekraft når solen ikke skinner.

Det de samme ekspertene og politikerne unnlater å nevne, er imidlertid at kull-, gass- eller atomkraftverk stenger hele tiden på grunn av defekte deler eller planlagt vedlikehold. Men når de gjør det, slår de ikke nødvendigvis av lysene for byene de betjener. Vi har noe som heter et nasjonalt energinett. Hvis ett anlegg stenges, tar energien fra et naboanlegg opp slakk umiddelbart, og støtter opp om byens strømbehov.

Med noen mindre oppgraderinger er det samme nettet det fornybare energikilder vil bruke, slik at når solen ikke skinner eller vinden ikke blåser i én region, kan tapet av kraft kompenseres for fra andre regioner der fornybar energi genererer elektrisitet. Og ved å bruke batteriene i industristørrelse som er nevnt ovenfor, kan vi billig lagre enorme mengder fornybar energi på dagtid for utgivelse om kvelden. Disse to punktene betyr at vind og sol kan gi pålitelige mengder strøm på nivå med tradisjonelle grunnlastenergikilder.

Dette nye nettverket for handel med fornybar energi i innenlandsk og industriell skala vil utgjøre et fremtidig "energiinternett" - et dynamisk og selvregulerende system som (i likhet med Internett selv) er immun mot de fleste naturkatastrofer og terrorangrep, samtidig som det ikke er kontrollert. av hvem som helst monopol.

På slutten av dagen kommer fornybar kraft til å skje, men det betyr ikke at egeninteresser ikke vil gå ned uten kamp.

Solar spiser verktøyets lunsj

Morsomt nok, selv om det var gratis å brenne kull for elektrisitet (som stort sett er tilfellet i Australia, en av verdens største kulleksportører), koster det fortsatt penger å vedlikeholde og drifte kraftverket, og deretter transportere elektrisiteten sin over hundrevis av mil med kraftledninger for å nå hjemmet ditt. All den infrastrukturen utgjør en stor del av strømregningen din. Og det er grunnen til at så mange av Queenslanders du leste om ovenfor valgte å omgå disse kostnadene ved å generere sin egen strøm hjemme—det er bare det billigere alternativet.

Ettersom denne solenergikostnadsfordelen akselererer til forstads- og urbane områder rundt om i verden, vil flere mennesker velge bort sine lokale energinett helt eller delvis. Det betyr at kostnadene for å vedlikeholde den eksisterende infrastrukturen vil bli båret av færre og færre mennesker, noe som potensielt øker de månedlige strømregningene og skaper et enda større økonomisk insentiv for "sene solar-adoptere" til å endelig investere i solenergi. Dette er den kommende dødsspiralen som holder forsyningsselskapene oppe om natten.

Noen av de mer tilbakestående selskapene har valgt å bekjempe denne trenden til den blodige slutten, mens de ser dette godstoget lade seg. De har drevet lobbyvirksomhet for å endre eller avslutte retningslinjene for "nettomåling" som lar huseiere selge overflødig solenergi tilbake til nettet. Andre jobber for å få lovgivere til godkjenne tillegg på solcelleanlegg, mens atter andre jobber med fryse eller redusere kravene til fornybar energi og energieffektivitet de har blitt lovfestet for å møtes.

I utgangspunktet prøver energiselskapene å få regjeringer til å subsidiere virksomheten deres og i noen tilfeller lovfeste monopolene deres over lokale energinettverk. Det er definitivt ikke kapitalisme. Og myndigheter bør ikke være i bransjen for å beskytte industrier fra forstyrrende og overlegne nye teknologier (dvs. solenergi og andre fornybare energikilder) som har potensial til å erstatte dem (og være til nytte for publikum).

Men mens enorme summer av lobby-penger brukes på å prøve å bremse fremgangen til solenergi og andre fornybare energikilder, er de langsiktige trendlinjene faste: solenergi og fornybar energi er satt til å spise energiselskapers lunsj. Derfor tar fremtidsrettede energiselskaper en annen tilnærming.

Gamle verdens verktøy hjelper til med å lede den nye verdens energiorden

Selv om det er usannsynlig at de fleste vil koble helt fra strømnettet – hvem vet, hva skjer når din fremtidige sønn kjører Teslaen beruset inn i husbatteriet i garasjen din – VIL de fleste begynne å bruke det lokale energinettet mindre og mindre for hvert tiår som går .

Med skriften på veggen har noen få verktøy bestemt seg for å bli ledende i fremtidens fornybare og distribuerte energinettverk. For eksempel investerer en rekke europeiske verktøy en del av sin nåværende fortjeneste i ny infrastruktur for fornybar energi, som sol, vind og tidevann. Disse verktøyene har allerede dratt nytte av investeringene sine. Distribuert fornybar energi bidro til å redusere belastningen på elektriske nett under varme sommerdager når etterspørselen var stor. Fornybar energi reduserer også energiselskapenes behov for å investere i nye og dyre sentraliserte kraftverk og overføringslinjer.

Andre energiselskaper ser enda lenger ned i overgangen fra å være rene energileverandører til å bli energitjenesteleverandører. SolarCity, en oppstart som designer, finansierer og installerer solenergisystemer, har begynt å skifte mot en tjenestebasert modell hvor de eier, vedlikeholder og driver folks hjemmebatterier.

I dette systemet betaler kundene en månedlig avgift for å ha solcellepaneler og et husbatteri installert i hjemmet sitt – potensielt koblet til et hyperlokalt energinett (mikronett) – og deretter få hjemmeenergien administrert av verktøyet. Kunder ville bare betale for energien de bruker, og beskjedne energibrukere vil se energiregningen kuttet. De kan til og med tjene penger ved å bruke overskuddsenergien hjemmene deres genererer til å drive sine mer strømsyke naboer.

Hva nesten gratis, ubegrenset, ren energi egentlig betyr

Innen 2050 vil store deler av verden måtte erstatte sitt aldrende energinett og kraftverk fullstendig. Å erstatte denne infrastrukturen med billigere, renere og energimaksimerende fornybar energi gir bare økonomisk mening. Selv om det å erstatte denne infrastrukturen med fornybar koster det samme som å erstatte den med tradisjonelle kraftkilder, vinner fortsatt fornybar energi. Tenk på det: i motsetning til tradisjonelle, sentraliserte kraftkilder, bærer ikke distribuert fornybar energi den samme negative bagasjen som nasjonale sikkerhetstrusler fra terrorangrep, bruk av skittent drivstoff, høye økonomiske kostnader, ugunstige klima- og helseeffekter og sårbarhet for storskala blackouts

Investeringer i energieffektivitet og fornybar energi kan avvenne industriverdenen fra kull og olje, spare regjeringer for billioner av dollar, øke økonomien gjennom nye jobber innen fornybare og smarte nettinstallasjoner, og redusere karbonutslippene våre med rundt 80 prosent.

Når vi går inn i denne nye energiæraen, er spørsmålet vi må stille oss: Hvordan ser egentlig en verden med ubegrenset energi ut? Hvordan vil det påvirke økonomien vår? Kulturen vår? Vår livsstil? Svaret er: mer enn du tror.

Vi skal utforske hvordan denne nye verdenen vil se ut på slutten av vår Future of Energy-serie, men først må vi nevne de andre formene for fornybar og ikke-fornybar energi som kan drive fremtiden vår. Neste: Renewables vs the Thorium and Fusion Energy Wildcards: Future of Energy P5.

FUTURE OF ENERGY SERIELENKER

Den langsomme døden av karbonenergi-æraen: Future of Energy P1

Olje! Utløseren for den fornybare tiden: Future of Energy P2

Rise of the electric car: Future of Energy P3

Renewables vs the Thorium and Fusion energy jokertegn: Future of Energy P5

Vår fremtid i en energirik verden: Future of Energy P6