Quantumrun

BILDKREDIT: Quantumrun

Solenergi och uppkomsten av energiinternet: Future of Energy P4

David Tal, Förläggare, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Tis, 09 / 15 / 2020 - 10: 00

Vi har pratat om hösten smutsig energi. Vi har pratat om slutet av oljan. Och vi pratade precis om uppkomsten av elfordon. Därefter ska vi prata om drivkraften bakom alla dessa trender – och det kommer att förändra världen som vi känner den om bara två till tre decennier.

Nästan gratis, gränslös, ren, förnybar energi.

Det är en stor grej. Och det är därför resten av den här serien kommer att täcka de trender och teknologier som kommer att förvandla mänskligheten från en energisårbar till en energirik värld samtidigt som den täcker effekterna detta kommer att ha på vår ekonomi, världspolitik och på din vardag. Det här är ganska berusande grejer, jag vet, men oroa dig inte, jag kommer inte att gå för fort när jag guidar dig genom det.

Låt oss börja med den mest uppenbara formen av nästan gratis, gränslös, ren, förnybar energi: solenergi.

Solar: varför det gungar och varför det är oundvikligt

Vid det här laget är vi alla bekanta med vad solenergi handlar om: vi tar i princip stora energiabsorberande paneler och riktar dem mot vårt solsystems största fusionsreaktor (solen) med målet att omvandla solljus till användbar elektricitet. Gratis, gränslös och ren energi. Låter fantastiskt! Så varför tog inte solenergin fart för decennier sedan efter att tekniken uppfanns?

Jo, politik och vår kärleksaffär med billig olja åt sidan, den största stötestenen har varit kostnaden. Förr var det dumt dyrt att generera stora mängder elektricitet med solenergi, särskilt jämfört med att elda kol eller olja. Men som de alltid gör förändras saker, och i det här fallet till det bättre.

Du förstår, den viktigaste skillnaden mellan solenergi och kolbaserade energikällor (som kol och olja) är att den ena är en teknik, medan den andra är ett fossilt bränsle. En teknik förbättras, den blir billigare och ger större avkastning över tid; medan fossila bränslen i de flesta fall stiger, stagnerar, blir flyktiga och sjunker slutligen med tiden.

Detta förhållande har varit alltför tydligt sedan början av 2000-talet. Solteknologin har sett mängden energi som den effektivt genererar skjuta i höjden, samtidigt som dess kostnader har kraschat (75 procent bara under de senaste fem åren). År 2020 ska solenergi bli priskonkurrenskraftig med fossila bränslen, även utan subventioner. År 2030 kommer solenergi att kosta en liten bråkdel av vad fossila bränslen gör och fungerar mer effektivt. Samtidigt har olja exploderat i kostnad under stora delar av 2000-talet, tillsammans med kostnaderna (ekonomiska och miljömässiga) för att bygga och underhålla fossilbränslekraftverk (som kol).

Om vi följer soltrendlinjerna har framtidsforskaren Ray Kurzweil förutspått att solenergi kan möta 100 procent av dagens energibehov på knappt två decennier. Redan solenergiproduktionen har fördubblats vartannat år under de senaste 30 åren. Likaså Internationella energibyrån förutspådde att solen (solen) kommer att bli världens största elkälla år 2050, långt före alla andra former av fossila och förnybara bränslen tillsammans.

Vi går in i en tidsålder där oavsett hur mycket fossil energi som finns tillgänglig kommer förnybar energi fortfarande att vara billigare. Så vad betyder detta i den verkliga världen?

Solenergiinvesteringar och adoption når kokpunkten

Förändringen kommer först långsamt, sedan helt plötsligt kommer allt att bli annorlunda.

När vissa människor tänker på solenergi, tänker de fortfarande på fristående solkraftverk där hundratals, kanske tusentals, solpaneler täcker en enorm ökensträcka i någon avlägsen del av landet. För att vara rättvis kommer sådana installationer absolut att spela en stor roll i vår framtida energimix, särskilt med den typ av innovationer som kommer på gång.

Två snabba exempel: Under det kommande decenniet kommer vi att se solcellstekniken öka sin förmåga att omvandla solljus till energi från 25 procent till nästan 50 procent. Samtidigt kommer större aktörer som IBM att komma in på marknaden med solfångare som skulle kunna förstora kraften hos 2,000 XNUMX solar.

Även om dessa innovationer är lovande, representerar de bara en bråkdel av vad vårt energisystem kommer att utvecklas till. Energins framtid handlar om decentralisering, om demokratisering, det handlar om makt till folket. (Ja, jag inser hur fånigt det lät. Ta itu med det.)

Vad detta innebär är att istället för att elproduktionen centraliseras till företagen, kommer mer och mer el att börja produceras där den används: hemma. I framtiden kommer solenergi att göra det möjligt för människor att producera sin egen el till en lägre kostnad än att få den elen från sitt lokala elnät. Faktum är att detta redan händer.

I Queensland, Australien, elpriserna sjönk till nästan noll i juli 2014. Normalt varierar priserna runt $40-$50 per megawattimme, så vad hände?

Solar hände. Solel på taket, för att vara exakt. 350,000 1,100 byggnader i Queensland har solpaneler på taket som tillsammans genererar XNUMX XNUMX megawatt el.

Samtidigt händer samma sak i stora regioner i Europa (särskilt Tyskland, Spanien och Portugal), där solenergi i bostadsskala har nått "nätparitet" (kostar lika mycket) med genomsnittliga elpriser för bostäder som drivs av traditionella kraftverk. Frankrike har till och med lagstiftat att alla nya byggnader i kommersiella zoner byggs med anläggnings- eller soltak. Vem vet, kanske kommer liknande lagstiftning en dag att se fönstren i hela byggnader och skyskrapor ersättas med genomskinliga solpaneler – ja, solpanelsfönster!

Men även efter allt detta är solenergi fortfarande bara en tredjedel av denna revolution.

Batterier, inte bara för din leksaksbil längre

Precis som solpaneler har fått en renässans i utveckling och storskaliga investeringar, så har batterier också. En mängd olika innovationer (ex. ett, två, tre) kommer online för att göra dem billigare, mindre, mer miljövänliga, och viktigast av allt, tillåta dem att lagra stora mängder ström mycket längre. Anledningen bakom dessa FoU-investeringar är uppenbar: batterier hjälper till att lagra den energi som solenergin samlar in för användning när solen inte skiner.

Faktum är att du kanske har hört talas om att Tesla gjorde ett stort plask nyligen när de debuterade Tesla powerwall, ett prisvärt hushållsbatteri som kan lagra upp till 10 kilowattimmar energi. Batterier som dessa ger hushållen möjlighet att gå helt från elnätet (ska de också investera i solenergi på taket) eller helt enkelt förse dem med reservkraft under nätavbrott.

Andra batterifördelar för det dagliga hushållet inkluderar en mycket lägre energiräkning för de hushåll som väljer att vara anslutna till det lokala elnätet, särskilt de med dynamisk elprissättning. Det beror på att du kan anpassa din energianvändning för att samla in och lagra energi under dagen när elpriserna är låga, och sedan gå från nätet genom att dra hushållsström från ditt batteri på natten när elpriserna går upp. Att göra detta gör också ditt hem så mycket grönare eftersom att minska ditt energiavtryck under natten tränger undan energi som normalt genereras av smutsiga bränslen, som kol.

Men batterier kommer inte bara att vara en game changer för den genomsnittlige husägaren; stora företag och allmännyttiga företag börjar också installera egna batterier av industristorlek. Faktum är att de står för 90 procent av alla batteriinstallationer. Deras anledning till att använda batterier är i stort sett densamma som den genomsnittliga husägaren: det gör att de kan samla in energi från förnybara källor som sol, vind och tidvatten, och sedan släppa ut den energin under kvällen, vilket förbättrar energinätets tillförlitlighet i processen.

Det är där vi kommer till den tredje delen av vår energirevolution.

Uppkomsten av energiinternet

Det finns detta argument som ständigt drivs av motståndare till förnybar energi som säger att eftersom förnybara energikällor (särskilt solenergi) inte kan producera energi 24/7, kan de inte lita på storskaliga investeringar. Det är därför vi behöver traditionella "baslast" energikällor som kol, gas eller kärnkraft när solen inte skiner.

Vad samma experter och politiker misslyckas med att nämna är dock att kol-, gas- eller kärnkraftverk hela tiden stängs av på grund av felaktiga delar eller planerat underhåll. Men när de gör det, stänger de inte nödvändigtvis av ljusen för städerna de tjänar. Vi har något som kallas ett nationellt energinät. Om en anläggning stängs, tar energin från en angränsande anläggning upp slacket omedelbart, vilket backar upp stadens energibehov.

Med några mindre uppgraderingar är samma nät vad förnybara energikällor kommer att använda så att när solen inte skiner eller vinden inte blåser i en region, kan strömförlusten kompenseras från andra regioner där förnybar energi genererar el. Och genom att använda batterierna i industristorlek som nämns ovan, kunde vi billigt lagra stora mängder förnybar energi under dagen för frisläppning under kvällen. Dessa två punkter innebär att vind och sol kan ge tillförlitliga mängder kraft i nivå med traditionella baslastenergikällor.

Detta nya nätverk av handel i inhemsk och industriell skala med förnybar energi kommer att utgöra ett framtida "energiinternet" - ett dynamiskt och självreglerande system som (liksom Internet självt) är immunt mot de flesta naturkatastrofer och terroristattacker, men inte heller kontrollerat av vem som helst monopol.

I slutet av dagen kommer förnybar kraft att hända, men det betyder inte att egenintressen inte kommer att försvinna utan kamp.

Solar äter energibolagens lunch

Lustigt nog, även om det var gratis att elda kol för elektricitet (vilket till stor del är fallet i Australien, en av världens största kolexportörer), kostar det fortfarande pengar att underhålla och driva kraftverket, och sedan transportera dess el över hundratals miles av kraftledningar för att nå ditt hem. All den infrastrukturen utgör en stor del av din elräkning. Och det är därför så många av Queenslandborna du läste om ovan valde att kringgå dessa kostnader genom att generera sin egen el hemma—det är bara det billigare alternativet.

Eftersom denna kostnadsfördel för solenergi ökar till förorts- och stadsområden runt om i världen, kommer fler människor att välja bort sina lokala energinät helt eller delvis. Det betyder att kostnaderna för att underhålla den befintliga infrastrukturen kommer att bäras av färre och färre människor, vilket potentiellt kommer att höja månatliga elräkningar och skapa ett ännu större ekonomiskt incitament för "sena solenergianvändare" att äntligen investera i solenergi. Detta är den kommande dödsspiralen som håller elbolagen uppe på natten.

När man ser detta godståg ladda sin väg, har några av de mer efterblivna allmännyttiga företagen valt att bekämpa denna trend till det blodiga slutet. De har lobbat för att ändra eller avsluta policyn för "nettomätning" som tillåter husägare att sälja överskottssolenergi tillbaka till nätet. Andra arbetar för att få lagstiftare att godkänna tillägg på solcellsanläggningar, medan ytterligare andra jobbar på frysa eller minska kraven på förnybar energi och energieffektivitet de har lagstiftats för att mötas.

I grund och botten försöker elbolagen få regeringar att subventionera sin verksamhet och, i vissa fall, lagstifta sina monopol över lokala energinät. Det är definitivt inte kapitalism. Och regeringar bör inte ägna sig åt att skydda industrier från störande och överlägsen ny teknik (dvs solenergi och andra förnybara energikällor) som har potential att ersätta dem (och gynna allmänheten att starta).

Men medan enorma summor lobbyingsmedel spenderas på att försöka bromsa framgången för solenergi och andra förnybara energikällor, är de långsiktiga trendlinjerna fasta: solenergi och förnybar energi kommer att äta energiföretagens lunch. Det är därför framsynta allmännyttiga företag tar ett annat grepp.

Gamla världens verktyg hjälper till att leda den nya världsenergiordningen

Även om det är osannolikt att de flesta människor helt kommer att koppla ur nätet – vem vet, vad händer när din framtida son berusat kör in din Tesla i husbatteriet i ditt garage – KOMMER de flesta människor att börja använda sina lokala energinät mindre och mindre för varje decennium som går .

Med skriften på väggen har några företag bestämt sig för att bli ledande i framtidens förnybara och distribuerade energinät. Till exempel investerar ett antal europeiska företag en del av sina nuvarande vinster i ny infrastruktur för förnybar energi, som sol, vind och tidvatten. Dessa verktyg har redan dragit nytta av sina investeringar. Distribuerade förnybara energikällor bidrog till att minska belastningen på elnäten under varma sommardagar när efterfrågan var stor. Förnybar energi minskar också företagens behov av att investera i nya och dyra centraliserade kraftverk och transmissionsledningar.

Andra allmännyttiga företag ser ännu längre ner på vägen till övergången från att vara rena energileverantörer till att bli leverantörer av energitjänster. SolarCity, en startup som designar, finansierar och installerar solenergisystem, har börjat övergång till en tjänstebaserad modell där de äger, underhåller och driver människors hembatterier.

I det här systemet betalar kunderna en månadsavgift för att ha solpaneler och ett husbatteri installerade i sitt hem – potentiellt anslutna till ett hyperlokalt energinät (mikronät) – och sedan få sin hemenergi hanterad av elverket. Kunderna skulle bara betala för den energi de använder, och blygsamma energianvändare kommer att se sina energiräkningar sänkta. De kan till och med tjäna pengar på att använda överskottsenergin som deras hem genererar för att driva sina mer makthungriga grannar.

Vad nästan fri, gränslös, ren energi egentligen betyder

År 2050 kommer en stor del av världen att helt behöva byta ut sitt åldrande energinät och kraftverk. Att ersätta denna infrastruktur med billigare, renare och energimaximerande förnybara energikällor är bara ekonomiskt vettigt. Även om det kostar lika mycket att ersätta denna infrastruktur med förnybara energikällor som att ersätta den med traditionella kraftkällor, vinner fortfarande förnybar energi. Tänk på det: till skillnad från traditionella, centraliserade kraftkällor bär distribuerade förnybara energikällor inte samma negativa bagage som nationella säkerhetshot från terroristattacker, användning av smutsiga bränslen, höga ekonomiska kostnader, negativa klimat- och hälsoeffekter och sårbarhet för storskaliga strömavbrott

Investeringar i energieffektivitet och förnybara energikällor kan avvänja industrivärlden från kol och olja, spara regeringar biljoner dollar, växa ekonomin genom nya jobb inom förnybara och smarta nätinstallationer och minska våra koldioxidutsläpp med cirka 80 procent.

När vi går in i denna nya energiera är frågan vi måste ställa oss: Hur ser en värld med obegränsad energi ut egentligen? Hur kommer det att påverka vår ekonomi? Vår kultur? Vårt sätt att leva? Svaret är: mer än du tror.

Vi kommer att utforska hur denna nya värld kommer att se ut i slutet av vår Future of Energy-serie, men först måste vi nämna de andra former av förnybar och icke-förnybar energi som kan driva vår framtid. Nästa upp: Renewables vs the Thorium and Fusion Energy Wildcards: Future of Energy P5.