Quantumrun

КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ: Quantumrun

Сонячна енергія та розвиток енергетичного Інтернету: майбутнє енергетики P4

Девід Тал, видавець, футуролог
@DavidTalWrites
LinkedIn

Вт, 09 - 15:2020

Ми говорили про падіння брудна енергія. Ми говорили про кінець масла. А ми щойно говорили про піднесення електричних транспортних засобів. Далі ми поговоримо про рушійну силу всіх цих тенденцій — і вона має змінити світ, яким ми його знаємо, лише за два-три десятиліття.

Майже безкоштовна, необмежена, чиста, відновлювана енергія.

Це велика справа. І саме тому решта цієї серії охоплюватиме ті тенденції та технології, які переведуть людство від енергетично вразливого до енергетично надлишкового світу, охоплюючи вплив, який це матиме на нашу економіку, світову політику та ваше повсякденне життя. Я знаю, що це досить п’янка річ, але не хвилюйтеся, я не буду ходити надто швидко, проводячи вас через це.

Давайте почнемо з найочевиднішої форми майже безкоштовної, безмежної, чистої, відновлюваної енергії: сонячної енергії.

Сонячна енергія: чому вона неймовірна і чому вона неминуча

Зараз ми всі знайомі з тим, що таке сонячна енергія: ми, по суті, беремо великі панелі, що поглинають енергію, і спрямовуємо їх на найбільший термоядерний реактор нашої сонячної системи (сонце) з метою перетворення сонячного світла на корисну електроенергію. Безкоштовна, безмежна та чиста енергія. Звучить неймовірно! Тож чому сонячна енергія не злетіла десятиліття тому після винаходу технології?

Якщо залишити політику та наш роман із дешевою нафтою, головним каменем спотикання стала вартість. Раніше виробництво великої кількості електроенергії за допомогою сонця було дуже дорогим, особливо порівняно зі спалюванням вугілля чи нафти. Але, як завжди, все змінюється, і в цьому випадку на краще.

Розумієте, ключова різниця між сонячними та вуглецевими джерелами енергії (як-от вугілля та нафта) полягає в тому, що одні є технологією, а інші — викопним паливом. Технологія вдосконалюється, стає дешевшою та забезпечує більшу віддачу з часом; тоді як у випадку з викопним паливом у більшості випадків їхня вартість зростає, стагнує, стає мінливою і, нарешті, з часом знижується.

З початку 2000-х цей зв’язок проявився надто чітко. Сонячна технологія призвела до стрімкого зростання кількості електроенергії, яку вона ефективно генерує, у той час як витрати на неї впали (75 відсотків лише за останні п’ять років). До 2020 року сонячна енергія стане конкурентоспроможною за ціною з викопним паливом навіть без субсидій. До 2030 року сонячна енергія буде коштувати незначну частку того, що викопне паливо, і працюватиме більш ефективно. Тим часом вартість нафти різко зростала протягом більшої частини 2000-х років, поряд із витратами (фінансовими та екологічними) на будівництво та обслуговування електростанцій, які працюють на викопному паливі (наприклад, на вугіллі).

Якщо ми стежимо за сонячними трендами, футуролог Рей Курцвейл передбачив, що сонячна енергія зможе задовольнити 100 відсотків сьогоднішніх потреб в енергії трохи менше ніж за два десятиліття. Протягом останніх 30 років виробництво сонячної енергії подвоюється кожні два роки. Так само, Прогнозує Міжнародне енергетичне агентство що сонце (сонячна) стане найбільшим у світі джерелом електроенергії до 2050 року, набагато випереджаючи всі інші форми викопного та відновлюваного палива разом узяті.

Ми вступаємо в епоху, коли незалежно від того, скільки енергії з викопного палива доступно, відновлювана енергія все одно буде дешевшою. Отже, що це означає в реальному світі?

Інвестиції та впровадження сонячної енергії досягають точки кипіння

Зміни спочатку відбуватимуться повільно, потім раптом усе зміниться.

Коли деякі люди думають про виробництво сонячної енергії, вони все ще думають про автономні сонячні електростанції, де сотні, можливо, тисячі сонячних панелей покривають величезну смугу пустелі в якійсь віддаленій частині країни. Чесно кажучи, такі установки безумовно відіграватимуть важливу роль у нашому майбутньому енергетичному балансі, особливо з інноваціями, які надходять у хід.

Два коротких приклади: протягом наступного десятиліття ми побачимо, що технологія сонячних батарей збільшить свою здатність перетворювати сонячне світло в енергію від 25 відсотків до майже 50 відсотків. Тим часом більші гравці, такі як IBM, вийдуть на ринок із сонячними колекторами, які могли б збільшити силу 2,000 сонць.

Незважаючи на те, що ці інновації є багатообіцяючими, вони представляють лише частину того, у що перетвориться наша енергетична система. Майбутнє енергетики — це децентралізація, демократизація, влада для людей. (Так, я усвідомлюю, як нерозумно це прозвучало. Змиріться з цим.)

Це означає, що замість того, щоб виробництво електроенергії було централізовано комунальними підприємствами, все більше електроенергії почне вироблятися там, де вона використовується: вдома. У майбутньому сонячна енергія дозволить людям виробляти власну електроенергію за нижчою ціною, ніж отримувати її від місцевих комунальних служб. Насправді це вже відбувається.

У Квінсленді, Австралія, ціни на електроенергію впали майже до нуля у липні 2014 року. Зазвичай ціни коливаються в межах 40-50 доларів США за мегават-годину, тож що сталося?

Сонячна сталася. Сонячна батарея на даху, якщо бути точним. 350,000 1,100 будівель у Квінсленді мають сонячні батареї на даху, які разом виробляють XNUMX мегават електроенергії.

Тим часом те ж саме відбувається у великих регіонах Європи (особливо в Німеччині, Іспанії та Португалії), де сонячна енергетика побутового масштабу досягла «паритету мережі» (вартість однакова) із середніми цінами на електроенергію для населення, що живиться від традиційних комунальних послуг. Франція навіть прийняла закон що всі нові будівлі в комерційних зонах будуються з рослинами або сонячними дахами. Хто знає, можливо, через подібне законодавство одного дня вікна цілих будівель і хмарочосів замінять на прозорі сонячні батареї — так, вікна сонячних панелей!

Але навіть після всього цього сонячна енергія все ще становить лише одну третину цієї революції.

Акумулятори більше не тільки для вашої іграшкової машинки

Подібно до того, як сонячні панелі пережили ренесанс у розвитку та широкомасштабних інвестиціях, батареї також. Різноманітність інновацій (напр. один, два, три) з’являються в Інтернеті, щоб зробити їх дешевшими, меншими, екологічнішими та, що найголовніше, дозволити зберігати величезну кількість енергії набагато довше. Причина цих інвестицій у дослідження та розробки очевидна: батареї допомагають зберігати енергію, яку збирає сонячне світло, щоб використовувати її, коли сонце не світить.

Насправді, ви, можливо, чули про те, що компанія Tesla нещодавно справила великий фурор, коли вони дебютували Стіна Tesla Power, доступна побутова батарея, яка може зберігати до 10 кіловат годин енергії. Такі батареї дозволяють домогосподарствам повністю відключатися від електромережі (якщо вони також інвестують у сонячну енергію на даху) або просто забезпечувати їх резервним живленням під час збоїв у мережі.

Інші переваги акумуляторів для повсякденного домогосподарства включають значно нижчий рахунок за електроенергію для тих домогосподарств, які вирішили залишатися підключеними до місцевої електромережі, особливо для тих, у яких динамічні ціни на електроенергію. Це тому, що ви можете регулювати споживання енергії, щоб збирати та накопичувати енергію вдень, коли ціни на електроенергію низькі, а потім відключатися від мережі, споживаючи електроенергію від акумулятора вночі, коли ціни на електроенергію зростають. Це також зробить ваш дім набагато екологічнішим, оскільки зменшення вашого енергетичного сліду вночі витісняє енергію, яка зазвичай виробляється брудним паливом, таким як вугілля.

Але батареї не просто змінять правила гри для пересічного домовласника; Великі підприємства та комунальні підприємства також починають встановлювати власні батареї промислового розміру. Насправді вони становлять 90 відсотків усіх акумуляторних установок. Вони використовують батареї в основному ті ж самі причини, що й у пересічного власника будинку: це дозволяє їм збирати енергію з відновлюваних джерел, таких як сонце, вітер і припливи, а потім вивільняти цю енергію ввечері, підвищуючи надійність енергетичної мережі в процесі.

Ось де ми підходимо до третьої частини нашої енергетичної революції.

Розвиток енергетичного Інтернету

Є такий аргумент, який постійно наполягають противники відновлюваної енергетики, які кажуть, що оскільки відновлювані джерела енергії (особливо сонячна) не можуть виробляти енергію 24/7, їм не можна довіряти масштабні інвестиції. Ось чому нам потрібні традиційні «базові» джерела енергії, такі як вугілля, газ або атомна енергія, коли сонце не світить.

Однак ті самі експерти та політики не згадують, що вугільні, газові чи атомні станції постійно зупиняються через несправні деталі чи планове технічне обслуговування. Але коли вони це роблять, вони не обов’язково вимикають світло в містах, які вони обслуговують. У нас є те, що називається національною енергетичною системою. Якщо одна станція зупиняється, енергія з сусідньої станції миттєво компенсує слабину, забезпечуючи потреби міста в електроенергії.

З деякими незначними оновленнями цю ж мережу використовуватимуть відновлювані джерела енергії, щоб, коли в одному регіоні не світить сонце або не дме вітер, втрату електроенергії можна було компенсувати з інших регіонів, де відновлювані джерела енергії виробляють електроенергію. І використовуючи згадані вище батареї промислового розміру, ми могли б дешево зберігати величезну кількість відновлюваної енергії протягом дня для вивільнення ввечері. Ці два пункти означають, що вітер і сонце можуть забезпечити надійну кількість електроенергії нарівні з традиційними джерелами енергії базового навантаження.

Ця нова мережа домашнього та промислового масштабу торгівлі відновлюваною енергією становитиме майбутній «енергетичний Інтернет» — динамічну та саморегульовану систему, яка (як і сам Інтернет) захищена від більшості стихійних лих і терористичних атак, а також неконтрольована. будь-якою монополією.

Зрештою, відновлювана енергетика станеться, але це не означає, що зацікавлені особи не пропадуть без боротьби.

Сонячна енергетика з'їдає обід комунальників

Досить смішно, але навіть якби спалювання вугілля для виробництва електроенергії було безкоштовним (що в основному стосується Австралії, одного з найбільших експортерів вугілля в світі), утримання та експлуатація електростанції, а потім транспортування її електроенергії на сотні миль, все одно коштує грошей. лінії електропередач, щоб дістатися до вашого будинку. Уся ця інфраструктура становить значну частину вашого рахунку за електроенергію. І ось чому так багато жителів Квінсленда, про яких ви читали вище, вирішили уникнути цих витрат, виробляючи власну електроенергію вдома...це просто дешевший варіант.

У міру того, як ця економічна перевага на сонячній енергії поширюється на приміські та міські райони по всьому світу, все більше людей частково або повністю відмовляться від своїх місцевих енергетичних мереж. Це означає, що витрати на підтримку існуючої комунальної інфраструктури будуть нести все менше і менше людей, потенційно підвищуючи щомісячні рахунки за електроенергію та створюючи ще більший фінансовий стимул для «пізніх користувачів сонячної енергії» нарешті інвестувати в сонячну енергію. Це майбутня спіраль смерті, яка не дає спати комунальним компаніям ночами.

Спостерігаючи за цим вантажним поїздом, деякі з відсталих комунальних компаній вирішили боротися з цією тенденцією до кінця. Вони лобіювали зміну або припинення політики «чистого вимірювання», яка дозволяє власникам будинків продавати надлишок сонячної енергії назад в мережу. Інші працюють над тим, щоб змусити законодавців затвердити надбавки до сонячних установок, тоді як інші працюють над цим заморозити або зменшити вимоги до відновлюваної та ефективної енергії їм було дозволено зустрічатися.

По суті, комунальні компанії намагаються змусити уряди субсидувати їх діяльність і, в деяких випадках, законодавчо закріпити свої монополії на місцеві енергетичні мережі. Це точно не капіталізм. І уряди не повинні займатися захистом галузей промисловості від руйнівних і кращих нових технологій (тобто сонячних та інших відновлюваних джерел енергії), які мають потенціал замінити їх (і принести користь громадськості).

Але в той час як величезні суми грошей на лобіювання витрачаються на те, щоб уповільнити розвиток сонячної та інших відновлюваних джерел енергії, довгострокові лінії тренду є фіксованими: сонячна та відновлювана енергія збираються з’їсти обід комунальних підприємств. Тому далекоглядні комунальні компанії використовують інший підхід.

Комунальні підприємства старого світу допомагають вести новий світовий енергетичний порядок

Хоча малоймовірно, що більшість людей повністю відключаться від електромережі — хто знає, що трапиться, коли ваш майбутній син п’яним зажене вашу Tesla в домашню батарею у вашому гаражі — більшість людей з кожним десятиліттям почнуть використовувати свої місцеві енергетичні мережі все рідше. .

З написом на стіні кілька комунальних підприємств вирішили стати лідерами в майбутній мережі відновлюваної та розподіленої енергії. Наприклад, низка європейських комунальних підприємств інвестує частину своїх поточних прибутків у нову інфраструктуру відновлюваних джерел енергії, таку як сонячна, вітрова та припливна. Ці комунальні підприємства вже отримали вигоду від своїх інвестицій. Розподілені відновлювані джерела енергії допомогли знизити навантаження на електричні мережі в спекотні літні дні, коли попит був високим. Відновлювані джерела енергії також зменшують потребу комунальних підприємств інвестувати в нові та дорогі централізовані електростанції та лінії електропередач.

Інші комунальні компанії дивляться ще далі, щоб перейти від суто постачальників енергії до постачальників енергетичних послуг. SolarCity, стартап, який проектує, фінансує та встановлює системи сонячної енергії, почав це робити перейти до моделі, що базується на послугах де вони володіють, обслуговують і експлуатують домашні батареї людей.

У цій системі клієнти сплачують щомісячну плату за встановлення сонячних панелей і домашньої батареї у своєму домі — потенційно підключеного до гіперлокальної громадської енергетичної мережі (мікромережі), — а потім енергопостачанням їхнього будинку керує комунальне підприємство. Клієнти будуть платити лише за енергію, яку вони споживають, а скромні енергоспоживачі побачать, що їхні рахунки за електроенергію будуть скорочені. Вони можуть навіть отримувати прибуток, використовуючи надлишок енергії, яку виробляють їхні будинки, для живлення своїх більш енергоємних сусідів.

Що насправді означає майже безкоштовна, необмежена, чиста енергія

До 2050 року більшій частині світу доведеться повністю замінити старіючі енергетичні мережі та електростанції. Заміна цієї інфраструктури дешевшими, чистішими та енергоємними відновлюваними джерелами енергії має фінансовий сенс. Навіть якщо заміна цієї інфраструктури на відновлювані джерела енергії коштуватиме так само, як і заміна на традиційні джерела енергії, відновлювані джерела енергії все одно виграють. Подумайте про це: на відміну від традиційних централізованих джерел електроенергії, розподілені відновлювані джерела енергії не несуть такого негативного багажу, як загрози національній безпеці через терористичні атаки, використання брудного палива, високі фінансові витрати, несприятливий вплив на клімат і здоров’я та вразливість до широкомасштабних затемнення

Інвестиції в енергоефективність та відновлювані джерела енергії можуть відучити промисловий світ від вугілля та нафти, заощадити урядам трильйони доларів, розвивати економіку завдяки створенню нових робочих місць у відновлюваних джерелах енергії та інтелектуальних мережах, а також скоротити наші викиди вуглецю приблизно на 80 відсотків.

Поступаючи в цю нову енергетичну еру, ми повинні задати собі питання: як насправді виглядає світ з необмеженою енергією? Як це вплине на нашу економіку? Наша культура? Наш спосіб життя? Відповідь: більше, ніж ви думаєте.

Ми дослідимо, як виглядатиме цей новий світ наприкінці нашої серії «Майбутнє енергії», але спочатку нам потрібно згадати інші форми відновлюваної та невідновлюваної енергії, які можуть стати джерелом енергії нашого майбутнього. Далі: Відновлювані джерела енергії проти торію та термоядерної енергії підстановок: майбутнє енергетики P5.