Quantumrun

KREDYT WZROKU: Quantumrun

Energia słoneczna i rozwój internetu energetycznego: przyszłość energii P4

David Tal, wydawca, futurysta
@DavidTal pisze
LinkedIn

Wt, 09 / 15 / 2020 - 10: 00

Mówiliśmy o upadku brudna energia. Rozmawialiśmy o koniec oleju. I właśnie rozmawialiśmy o wzroście pojazdy elektryczne. Następnie porozmawiamy o sile napędowej tych wszystkich trendów – i ma to zmienić świat, jaki znamy w ciągu zaledwie dwóch do trzech dekad.

Prawie darmowa, nieograniczona, czysta, odnawialna energia.

To poważna sprawa. Dlatego w pozostałej części tej serii omówione zostaną te trendy i technologie, które przekształcą ludzkość ze świata wrażliwego na energię do świata bogatego w energię, jednocześnie omawiając wpływ, jaki będzie to miało na naszą gospodarkę, światową politykę i na wasze codzienne życie. Wiem, że to jest dość mocne, ale nie martw się, nie będę szedł zbyt szybko, gdy cię przez to poprowadzę.

Zacznijmy od najbardziej oczywistej formy prawie darmowej, nieograniczonej, czystej, odnawialnej energii: energii słonecznej.

Solar: dlaczego się kołysze i dlaczego jest nieuniknione

Do tej pory wszyscy wiemy, o co chodzi w energii słonecznej: zasadniczo bierzemy duże panele pochłaniające energię i kierujemy je w stronę największego reaktora termojądrowego w naszym układzie słonecznym (słońce) w celu przekształcenia światła słonecznego w użyteczną energię elektryczną. Darmowa, nieograniczona i czysta energia. Brzmi niesamowicie! Dlaczego więc energia słoneczna nie wystartowała kilkadziesiąt lat temu po wynalezieniu tej technologii?

Cóż, pomijając politykę i nasz romans z tanią ropą, główną przeszkodą są koszty. Kiedyś generowanie dużych ilości energii elektrycznej za pomocą energii słonecznej było głupio drogie, zwłaszcza w porównaniu ze spalaniem węgla lub ropy. Ale jak zawsze, rzeczy się zmieniają i w tym przypadku na lepsze.

Widzisz, kluczowa różnica między źródłami energii słonecznej i węglowej (takimi jak węgiel i ropa) polega na tym, że jedno jest technologią, podczas gdy drugie jest paliwem kopalnym. Technologia się poprawia, staje się tańsza i z czasem zapewnia większy zwrot; podczas gdy w przypadku paliw kopalnych w większości przypadków ich wartość rośnie, ulega stagnacji, staje się niestabilna i ostatecznie z czasem spada.

Ten związek rozgrywał się aż nazbyt wyraźnie od początku 2000 roku. Technologia słoneczna odnotowała gwałtowny wzrost ilości energii, którą efektywnie generuje, a jednocześnie jej koszty spadły (75 procent tylko w ciągu ostatnich pięciu lat). Do 2020 roku energia słoneczna stanie się konkurencyjna cenowo w stosunku do paliw kopalnych, nawet bez dotacji. Do 2030 r. energia słoneczna będzie kosztować zaledwie ułamek tego, co robią paliwa kopalne i będzie działać wydajniej. Tymczasem ceny ropy gwałtownie wzrosły przez większość 2000 roku, wraz z kosztami (finansowymi i środowiskowymi) budowy i utrzymania elektrowni na paliwa kopalne (takich jak węgiel).

Jeśli podążymy za trendami dotyczącymi energii słonecznej, futurysta Ray Kurzweil przewidział, że energia słoneczna może zaspokoić 100 procent dzisiejszych potrzeb energetycznych w niecałe dwie dekady. Już od 30 lat produkcja energii słonecznej podwaja się co dwa lata. Podobnie Przewidywana Międzynarodowa Agencja Energii że słońce (słoneczne) stanie się największym na świecie źródłem energii elektrycznej do 2050 roku, znacznie wyprzedzając wszystkie inne formy paliw kopalnych i odnawialnych łącznie.

Wkraczamy w epokę, w której bez względu na ilość dostępnej energii z paliw kopalnych, energia odnawialna nadal będzie tańsza. Więc co to oznacza w prawdziwym świecie?

Inwestycja słoneczna i adopcja osiąga punkt wrzenia

Zmiana na początku nastąpi powoli, potem nagle wszystko się zmieni.

Kiedy niektórzy ludzie myślą o wytwarzaniu energii słonecznej, wciąż myślą o samodzielnych elektrowniach słonecznych, w których setki, a może tysiące paneli słonecznych pokrywają ogromne połacie pustyni w odległej części kraju. Aby być uczciwym, takie instalacje będą bezwzględnie odgrywać dużą rolę w naszym przyszłym miksie energetycznym, zwłaszcza w obliczu pojawiających się innowacji.

Dwa krótkie przykłady: w ciągu następnej dekady zobaczymy, jak technologia ogniw słonecznych zwiększy swoją zdolność do zamienia światło słoneczne na energię z 25% do prawie 50%. Tymczasem więksi gracze, tacy jak IBM, wejdą na rynek z kolektorami słonecznymi, które mogą: powiększ moc 2,000 słońc.

Chociaż te innowacje są obiecujące, stanowią tylko ułamek tego, do czego będzie ewoluował nasz system energetyczny. Przyszłość energetyki to decentralizacja, demokratyzacja, władza dla ludzi. (Tak, zdaję sobie sprawę, jak kiepsko to brzmiało. Zajmij się tym.)

Oznacza to, że zamiast scentralizowania wytwarzania energii elektrycznej wśród dostawców, coraz więcej energii elektrycznej zacznie być wytwarzane tam, gdzie jest używane: w domu. W przyszłości energia słoneczna umożliwi ludziom generowanie własnej energii elektrycznej po niższych kosztach niż uzyskiwanie tej energii z lokalnego zakładu energetycznego. W rzeczywistości to już się dzieje.

W Queensland w Australii ceny energii elektrycznej spadły prawie do zera w lipcu 2014 r. Zwykle ceny wahają się w granicach 40-50 USD za megawatogodzinę, więc co się stało?

Solar się stało. Ściśle mówiąc, słoneczna na dachu. 350,000 1,100 budynków w Queensland ma dachowe panele słoneczne, które razem wytwarzają XNUMX megawatów energii elektrycznej.

Tymczasem to samo dzieje się w dużych regionach Europy (szczególnie w Niemczech, Hiszpanii i Portugalii), gdzie energia słoneczna na skalę mieszkaniową osiągnęła „parytet sieci” (kosztuje tyle samo) przy średnich cenach energii elektrycznej dla mieszkań zasilanych tradycyjnymi mediami. Francja nawet uchwaliła aby wszystkie nowe budynki w strefach handlowych były budowane z dachami roślinnymi lub solarnymi. Kto wie, może kiedyś podobne przepisy sprawią, że okna całych budynków i drapaczy chmur zostaną zastąpione przezroczystymi panelami słonecznymi – tak, okna paneli słonecznych!

Ale nawet po tym wszystkim energia słoneczna to tylko jedna trzecia tej rewolucji.

Baterie już nie tylko do Twojego autka

Tak jak panele słoneczne przeżywają renesans w rozwoju i inwestycjach na szeroką skalę, tak samo mają baterie. Różnorodne innowacje (np. pierwszej, drugiej, trzy), aby stały się tańsze, mniejsze, bardziej przyjazne dla środowiska, a co najważniejsze, aby mogły przechowywać ogromne ilości energii przez znacznie dłuższy czas. Powód tych inwestycji w badania i rozwój jest oczywisty: baterie pomagają przechowywać energię słoneczną do wykorzystania, gdy słońce nie świeci.

W rzeczywistości być może słyszeliście o tym, że Tesla zrobiła ostatnio duży plusk, kiedy zadebiutowali Tesla Powerwall, niedrogą baterię do użytku domowego, która może przechowywać do 10 kilowatogodzin energii. Takie baterie pozwalają gospodarstwom domowym na całkowite wyłączenie się z sieci (jeśli zainwestują również w panele słoneczne na dachu) lub po prostu zapewniają im zasilanie awaryjne podczas awarii sieci.

Inne zalety baterii dla codziennego gospodarstwa domowego to znacznie niższe rachunki za energię dla tych gospodarstw domowych, które zdecydują się pozostać podłączonym do lokalnej sieci energetycznej, szczególnie tych z dynamicznymi cenami energii elektrycznej. Dzieje się tak, ponieważ możesz dostosować zużycie energii, aby gromadzić i przechowywać energię w ciągu dnia, gdy ceny energii elektrycznej są niskie, a następnie wyłączać się z sieci, czerpiąc energię z akumulatora w nocy, gdy ceny energii elektrycznej idą w górę. Dzięki temu Twój dom stanie się o wiele bardziej ekologiczny, ponieważ zmniejszenie śladu energetycznego w nocy powoduje wypieranie energii normalnie wytwarzanej przez brudne paliwa, takie jak węgiel.

Ale baterie nie tylko zmienią zasady gry dla przeciętnego właściciela domu; duże przedsiębiorstwa i przedsiębiorstwa użyteczności publicznej również zaczynają instalować własne baterie o rozmiarach przemysłowych. W rzeczywistości stanowią one 90 procent wszystkich instalacji akumulatorowych. Powody używania baterii są w dużej mierze takie same, jak u przeciętnego właściciela domu: pozwala im zbierać energię ze źródeł odnawialnych, takich jak energia słoneczna, wiatrowa i pływowa, a następnie uwalniać ją wieczorem, poprawiając tym samym niezawodność sieci energetycznej.

I tu dochodzimy do trzeciego etapu naszej rewolucji energetycznej.

Powstanie Internetu Energetycznego

Jest ten argument, który jest popychany przez przeciwników energii odnawialnej, którzy twierdzą, że skoro odnawialne źródła energii (zwłaszcza słoneczne) nie mogą wytwarzać energii 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, nie można im ufać przy inwestycjach na dużą skalę. Dlatego potrzebujemy tradycyjnych „podstawowych” źródeł energii, takich jak węgiel, gaz lub energia jądrowa, gdy słońce nie świeci.

Ci sami eksperci i politycy nie wspominają jednak o tym, że elektrownie węglowe, gazowe lub jądrowe są cały czas zamykane z powodu wadliwych części lub planowanej konserwacji. Ale kiedy to robią, niekoniecznie wyłączają światła w miastach, którym służą. Mamy coś, co nazywa się krajową siecią energetyczną. Jeśli jedna elektrownia zostanie wyłączona, energia z sąsiedniej elektrowni natychmiast uzupełnia zapas energii, uzupełniając zapotrzebowanie miasta na energię.

W przypadku niewielkich ulepszeń ta sama sieć będzie wykorzystywana przez odnawialne źródła energii, tak że gdy słońce nie świeci lub wiatr nie wieje w jednym regionie, utratę energii można zrekompensować w innych regionach, w których odnawialne źródła energii wytwarzają energię elektryczną. Używając wspomnianych powyżej baterii przemysłowych, moglibyśmy tanio przechowywać ogromne ilości energii odnawialnej w ciągu dnia, aby móc ją uwolnić wieczorem. Te dwa punkty oznaczają, że wiatr i słońce mogą zapewnić niezawodne ilości energii na równi z tradycyjnymi źródłami energii przy obciążeniu podstawowym.

Ta nowa sieć handlu energią odnawialną na skalę krajową i przemysłową stworzy przyszły „internet energetyczny” – dynamiczny i samoregulujący się system, który (podobnie jak sam Internet) jest odporny na większość klęsk żywiołowych i ataków terrorystycznych, a jednocześnie nie jest kontrolowany. przez nikogo monopol.

Ostatecznie pojawi się energia odnawialna, ale to nie znaczy, że partykularne interesy nie znikną bez walki.

Solar zjada obiad w mediach

Zabawne, że nawet jeśli spalanie węgla na energię elektryczną było bezpłatne (co ma miejsce głównie w Australii, jednym z największych światowych eksporterów węgla), nadal kosztuje utrzymanie i eksploatacja elektrowni, a następnie przesyłanie jej energii elektrycznej przez setki mil linie energetyczne, aby dotrzeć do Twojego domu. Cała ta infrastruktura stanowi dużą część rachunków za energię elektryczną. I dlatego tak wielu mieszkańców Queensland, o których czytałeś powyżej, zdecydowało się ominąć te koszty, wytwarzając własną energię elektryczną w domu —to tylko tańsza opcja.

Ponieważ ta przewaga kosztowa energii słonecznej zwiększa się na obszarach podmiejskich i miejskich na całym świecie, coraz więcej osób zrezygnuje z części lub całości lokalnych sieci energetycznych. Oznacza to, że koszty utrzymania istniejącej infrastruktury użyteczności publicznej będą ponoszone przez coraz mniej osób, potencjalnie podnosząc miesięczne rachunki za energię elektryczną i tworząc jeszcze większą zachętę finansową dla „późnych użytkowników energii słonecznej”, aby w końcu zainwestować w energię słoneczną. To nadchodząca spirala śmierci, która nie daje spać firmom użyteczności publicznej.

Obserwując ten pociąg towarowy w ich kierunku, niektóre z bardziej zacofanych firm użyteczności publicznej zdecydowały się walczyć z tym trendem do krwawego końca. Lobbowali za zmianą lub zakończeniem polityki „nettopomiarów”, która pozwala właścicielom domów sprzedawać nadmiar energii słonecznej z powrotem do sieci. Inni starają się skłonić prawodawców do zatwierdzać dopłaty do instalacji fotowoltaicznych, podczas gdy inni pracują nad zamrozić lub zmniejszyć wymagania dotyczące energii odnawialnej i efektywności energetycznej mają prawo się spotkać.

Zasadniczo przedsiębiorstwa użyteczności publicznej starają się nakłonić rządy do dotowania ich działalności, aw niektórych przypadkach zalegalizować swoje monopole na lokalne sieci energetyczne. To na pewno nie jest kapitalizm. A rządy nie powinny zajmować się ochroną przemysłu przed przełomowymi i lepszymi nowymi technologiami (tj. energią słoneczną i innymi odnawialnymi źródłami energii), które mają potencjał, aby je zastąpić (i przynosić korzyści społeczeństwu).

Ale podczas gdy ogromne sumy pieniędzy lobbuje się, próbując spowolnić rozwój energii słonecznej i innych odnawialnych źródeł energii, długoterminowe linie trendów są stałe: energia słoneczna i odnawialna mają zjeść obiad dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej. Dlatego myślące przyszłościowo firmy użyteczności publicznej przyjmują inne podejście.

Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej ze starego świata pomagają prowadzić nowy światowy porządek energetyczny

Chociaż jest mało prawdopodobne, że większość ludzi całkowicie odłączy się od sieci — kto wie, co się stanie, gdy przyszły syn po pijanemu wjedzie Teslą do domowej baterii w garażu — większość ludzi z każdą mijającą dekadą zacznie coraz rzadziej korzystać z lokalnych sieci energetycznych .

Z napisem na ścianie, kilka zakładów energetycznych zdecydowało się zostać liderami w przyszłej sieci energii odnawialnej i rozproszonej. Na przykład wiele europejskich przedsiębiorstw użyteczności publicznej inwestuje część swoich bieżących zysków w nową infrastrukturę energii odnawialnej, taką jak energia słoneczna, wiatrowa i pływowa. Te przedsiębiorstwa już skorzystały z ich inwestycji. Rozproszone odnawialne źródła energii pomogły zmniejszyć obciążenie sieci elektrycznych w gorące letnie dni, kiedy popyt był wysoki. OZE zmniejszają również potrzebę inwestowania przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej w nowe i drogie scentralizowane elektrownie i linie przesyłowe.

Inne przedsiębiorstwa użyteczności publicznej patrzą jeszcze dalej w dół, aby przejść z dostawców czysto energetycznych na dostawców usług energetycznych. SolarCity, startup, który projektuje, finansuje i instaluje systemy energii słonecznej, zaczął przejście w kierunku modelu usługowego gdzie posiadają, utrzymują i obsługują domowe baterie.

W tym systemie klienci płacą miesięczną opłatę za zainstalowanie w domu paneli słonecznych i domowej baterii — potencjalnie podłączonych do hiperlokalnej sieci energetycznej społeczności (mikrosieci) — a następnie zarządzanie energią w domu przez przedsiębiorstwo użyteczności publicznej. Klienci płaciliby tylko za energię, którą zużyli, a skromni użytkownicy energii obniżą rachunki za energię. Mogą nawet zarobić, wykorzystując nadwyżkę energii generowanej przez ich domy do zasilania swoich bardziej żądnych władzy sąsiadów.

Co tak naprawdę oznacza prawie darmowa, nieograniczona, czysta energia

Do 2050 roku znaczna część świata będzie musiała całkowicie wymienić starzejącą się sieć energetyczną i elektrownie. Zastąpienie tej infrastruktury tańszymi, czystszymi i maksymalizującymi energię odnawialnymi źródłami energii ma sens tylko z finansowego punktu widzenia. Nawet jeśli zastąpienie tej infrastruktury odnawialnymi źródłami energii kosztuje tyle samo, co zastąpienie jej tradycyjnymi źródłami energii, odnawialne źródła nadal wygrywają. Pomyśl o tym: w przeciwieństwie do tradycyjnych, scentralizowanych źródeł energii, rozproszone odnawialne źródła energii nie niosą ze sobą takiego samego negatywnego bagażu, jak zagrożenia bezpieczeństwa narodowego wynikające z ataków terrorystycznych, stosowanie brudnych paliw, wysokie koszty finansowe, niekorzystne skutki klimatyczne i zdrowotne oraz podatność na zakrojoną na szeroką skalę zaciemnienia

Inwestycje w efektywność energetyczną i odnawialne źródła energii mogą oderwać świat przemysłowy od węgla i ropy, zaoszczędzić rządom biliony dolarów, rozwinąć gospodarkę poprzez nowe miejsca pracy w instalacjach odnawialnych i inteligentnych sieci oraz zmniejszyć emisje dwutlenku węgla o około 80 procent.

Gdy wkraczamy w tę nową erę energii, pytanie, które musimy zadać, brzmi: Jak naprawdę wygląda świat z nieograniczoną energią? Jak to wpłynie na naszą gospodarkę? Nasza kultura? Nasz sposób życia? Odpowiedź brzmi: więcej niż myślisz.

Zbadamy, jak ten nowy świat będzie wyglądał pod koniec naszej serii Future of Energy, ale najpierw musimy wspomnieć o innych formach energii odnawialnej i nieodnawialnej, które mogą zasilać naszą przyszłość. Dalej: Odnawialne źródła energii kontra dzikie karty toru i energii syntezy jądrowej: przyszłość energii P5.