lượng tử

TÍN DỤNG HÌNH ẢNH: lượng tử

Năng lượng mặt trời và sự trỗi dậy của Internet năng lượng: Tương lai của Năng lượng P4

David Tal, Nhà xuất bản, Người theo chủ nghĩa vị lai
@DavidTalWrites
LinkedIn

Thứ Ba, 09/15/2020 - 10:00

Chúng tôi đã nói về sự sụp đổ của năng lượng bẩn. Chúng tôi đã nói về hết dầu. Và chúng tôi vừa nói về sự trỗi dậy của xe điện. Tiếp theo, chúng ta sẽ nói về động lực đằng sau tất cả những xu hướng này — và nó được thiết lập để thay đổi thế giới như chúng ta biết chỉ trong khoảng thời gian từ hai đến ba thập kỷ.

Năng lượng gần như miễn phí, vô hạn, sạch, tái tạo.

Đó là một vấn đề lớn. Và đó là lý do tại sao phần còn lại của loạt bài này sẽ đề cập đến những xu hướng và công nghệ sẽ chuyển nhân loại từ một thế giới dễ bị tổn thương về năng lượng sang một thế giới dồi dào năng lượng, đồng thời đề cập đến những ảnh hưởng mà điều này sẽ có đối với nền kinh tế của chúng ta, chính trị thế giới và cuộc sống hàng ngày của bạn. Đây là một số thứ khá khó hiểu, tôi biết, nhưng đừng lo lắng, tôi sẽ không đi quá nhanh khi tôi hướng dẫn bạn qua nó.

Hãy bắt đầu với dạng năng lượng tái tạo gần như miễn phí, vô hạn, sạch, rõ ràng nhất: năng lượng mặt trời.

Solar: tại sao nó lại đá và tại sao nó không thể tránh khỏi

Bây giờ, tất cả chúng ta đều quen thuộc với tất cả những gì về năng lượng mặt trời: về cơ bản chúng ta lấy các tấm hấp thụ năng lượng lớn và hướng chúng về phía lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất trong hệ mặt trời của chúng ta (mặt trời) với mục tiêu chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng sử dụng được. Năng lượng miễn phí, vô hạn và sạch. Nghe có vẻ tuyệt vời! Vậy tại sao năng lượng mặt trời không cất cánh cách đây nhiều thập kỷ sau khi công nghệ này được phát minh?

Chà, bỏ chính trị và mối tình của chúng ta với dầu rẻ, thì trở ngại chính là cái giá phải trả. Việc tạo ra một lượng lớn điện năng bằng năng lượng mặt trời từng rất tốn kém, đặc biệt là so với đốt than hoặc dầu. Nhưng như họ luôn làm, mọi thứ thay đổi và trong trường hợp này là tốt hơn.

Bạn thấy đấy, sự khác biệt chính giữa các nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng dựa trên carbon (như than và dầu) là một thứ là công nghệ, trong khi nguồn kia là nhiên liệu hóa thạch. Một công nghệ được cải thiện, nó trở nên rẻ hơn và mang lại lợi nhuận lớn hơn theo thời gian; trong khi với nhiên liệu hóa thạch, trong hầu hết các trường hợp, giá trị của chúng tăng lên, trì trệ, dễ bay hơi và cuối cùng là giảm theo thời gian.

Mối quan hệ này đã diễn ra quá rõ ràng kể từ đầu những năm 2000. Công nghệ năng lượng mặt trời đã chứng kiến lượng điện năng mà nó tạo ra một cách hiệu quả tăng vọt, trong khi chi phí của nó đã giảm xuống (75% chỉ trong 2020 năm qua). Đến năm 2030, năng lượng mặt trời sẽ trở nên cạnh tranh về giá với nhiên liệu hóa thạch, ngay cả khi không có trợ cấp. Đến năm 2000, năng lượng mặt trời sẽ tiêu tốn một phần rất nhỏ so với năng lượng hóa thạch và hoạt động hiệu quả hơn. Trong khi đó, dầu đã bùng nổ về chi phí trong phần lớn những năm XNUMX, cùng với chi phí (tài chính và môi trường) của việc xây dựng và bảo trì các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch (như than).

Nếu chúng ta đi theo các đường xu hướng của năng lượng mặt trời, nhà tương lai học Ray Kurzweil đã dự đoán rằng năng lượng mặt trời có thể đáp ứng 100% nhu cầu năng lượng hiện nay chỉ trong vòng chưa đầy hai thập kỷ. Sản lượng điện mặt trời đã tăng gấp đôi hai năm một lần trong 30 năm qua. Tương tự như vậy, Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự đoán rằng mặt trời (mặt trời) sẽ trở thành nguồn điện lớn nhất thế giới vào năm 2050, vượt xa tất cả các dạng nhiên liệu hóa thạch và tái tạo khác cộng lại.

Chúng ta đang bước vào thời đại mà dù có bao nhiêu năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch, thì năng lượng tái tạo vẫn sẽ rẻ hơn. Vậy điều này có nghĩa gì trong thế giới thực?

Đầu tư và áp dụng năng lượng mặt trời đạt đến điểm sôi

Lúc đầu, sự thay đổi sẽ đến từ từ, sau đó đột ngột, mọi thứ sẽ khác.

Khi một số người nghĩ đến sản xuất điện mặt trời, họ vẫn nghĩ đến các nhà máy điện mặt trời độc lập, nơi hàng trăm, có thể hàng nghìn tấm pin mặt trời trải thảm một vùng sa mạc rộng lớn ở một số vùng xa xôi của đất nước. Công bằng mà nói, những hệ thống lắp đặt như vậy sẽ hoàn toàn đóng một vai trò quan trọng trong hỗn hợp năng lượng trong tương lai của chúng ta, đặc biệt là với những loại đổi mới đang được triển khai.

Hai ví dụ nhanh: Trong thập kỷ tới, chúng ta sẽ thấy công nghệ pin mặt trời tăng khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng từ 25 phần trăm đến gần 50 phần trăm. Trong khi đó, những công ty lớn hơn như IBM sẽ tham gia thị trường với các bộ thu năng lượng mặt trời có thể phóng đại sức mạnh của 2,000 mặt trời.

Trong khi những đổi mới này đầy hứa hẹn, chúng chỉ thể hiện một phần nhỏ những gì hệ thống năng lượng của chúng ta sẽ phát triển thành. Tương lai của năng lượng là về phân quyền, về dân chủ hóa, là về quyền lực cho người dân. (Vâng, tôi nhận ra điều đó nghe có vẻ khập khiễng như thế nào. Hãy đối phó với nó.)

Điều này có nghĩa là thay vì việc sản xuất điện được tập trung giữa các tiện ích, ngày càng nhiều điện sẽ bắt đầu được tạo ra ở nơi nó được sử dụng: tại nhà. Trong tương lai, năng lượng mặt trời sẽ cho phép mọi người tự tạo ra điện với chi phí thấp hơn so với việc lấy điện từ tiện ích địa phương của họ. Trên thực tế, điều này đã xảy ra.

Ở Queensland, Úc, giá điện giảm gần bằng không vào tháng 2014 năm 40. Thông thường, giá dao động khoảng $ 50- $ XNUMX mỗi megawatt giờ, vậy điều gì đã xảy ra?

Solar đã xảy ra. Chính xác là năng lượng mặt trời trên mái nhà. 350,000 tòa nhà ở Queensland có các tấm pin mặt trời trên mái nhà, cùng nhau tạo ra 1,100 Megawatt điện.

Trong khi đó, điều tương tự cũng đang xảy ra trên các khu vực rộng lớn của châu Âu (đặc biệt là Đức, Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha), nơi năng lượng mặt trời quy mô dân cư đã đạt đến mức “ngang bằng lưới điện” (chi phí như nhau) với giá điện dân dụng trung bình được cung cấp bởi các tiện ích truyền thống. Pháp thậm chí còn lập pháp rằng tất cả các tòa nhà mới trong các khu thương mại được xây dựng bằng các mái nhà bằng thực vật hoặc năng lượng mặt trời. Ai biết được, có thể một ngày nào đó luật pháp tương tự sẽ thấy các cửa sổ của toàn bộ các tòa nhà và tòa nhà chọc trời được thay thế bằng các tấm pin mặt trời trong suốt — vâng, cửa sổ bảng điều khiển năng lượng mặt trời!

Nhưng ngay cả sau tất cả những điều này, điện mặt trời vẫn chỉ là một phần ba của cuộc cách mạng này.

Pin, không chỉ dành cho ô tô đồ chơi của bạn nữa

Cũng giống như các tấm pin mặt trời đã trải qua thời kỳ phục hưng trong quá trình phát triển và đầu tư trên quy mô rộng, pin cũng vậy. Một loạt các đổi mới (ví dụ: một, hai, số ba) được đưa lên mạng để làm cho chúng rẻ hơn, nhỏ hơn, thân thiện hơn với môi trường và quan trọng nhất là cho phép chúng lưu trữ lượng điện năng khổng lồ trong thời gian dài hơn nữa. Lý do đằng sau những khoản đầu tư R&D này là rõ ràng: pin giúp lưu trữ năng lượng mà mặt trời thu được để sử dụng khi mặt trời không chiếu sáng.

Trên thực tế, bạn có thể đã nghe nói về việc Tesla tạo được tiếng vang lớn gần đây khi họ ra mắt Tường điện Tesla, một loại pin gia dụng giá cả phải chăng có thể lưu trữ năng lượng lên đến 10 kilowatt giờ. Những loại pin như thế này cho phép các hộ gia đình lựa chọn hoàn toàn không sử dụng điện lưới (nếu họ cũng đầu tư vào năng lượng mặt trời trên mái nhà) hoặc chỉ đơn giản là cung cấp cho họ nguồn điện dự phòng khi mất điện lưới.

Các lợi thế khác của pin đối với hộ gia đình hàng ngày bao gồm hóa đơn năng lượng thấp hơn nhiều cho những hộ gia đình chọn duy trì kết nối với lưới điện địa phương, đặc biệt là những hộ có giá điện năng động. Đó là bởi vì bạn có thể điều chỉnh mức sử dụng năng lượng của mình để thu thập và lưu trữ năng lượng vào ban ngày khi giá điện thấp, sau đó ngắt điện bằng cách rút điện gia dụng từ pin vào ban đêm khi giá điện tăng. Làm điều này cũng làm cho ngôi nhà của bạn trở nên xanh hơn rất nhiều vì giảm lượng năng lượng tiêu thụ vào ban đêm, thay thế năng lượng thường được tạo ra từ nhiên liệu bẩn, như than đá.

Nhưng pin sẽ không chỉ là một công cụ thay đổi cuộc chơi đối với những người chủ nhà bình thường; các doanh nghiệp lớn và các công ty tiện ích cũng đang bắt đầu lắp đặt các loại pin cỡ công nghiệp của riêng họ. Trên thực tế, chúng đại diện cho 90% tất cả các cài đặt pin. Lý do sử dụng pin của họ phần lớn giống với các chủ nhà bình thường: nó cho phép họ thu thập năng lượng từ các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và thủy triều, sau đó giải phóng năng lượng đó vào buổi tối, cải thiện độ tin cậy của lưới điện trong quá trình này.

Đó là nơi chúng tôi đến với phần thứ ba của cuộc cách mạng năng lượng của chúng tôi.

Sự trỗi dậy của Internet Năng lượng

Lập luận này tiếp tục bị thúc đẩy bởi những người phản đối năng lượng tái tạo, những người nói rằng vì năng lượng tái tạo (đặc biệt là năng lượng mặt trời) không thể sản xuất năng lượng 24/7 nên chúng không thể được tin tưởng khi đầu tư quy mô lớn. Đó là lý do tại sao chúng ta cần các nguồn năng lượng “cơ bản” truyền thống như than, khí đốt hoặc hạt nhân khi mặt trời không chiếu sáng.

Tuy nhiên, điều mà các chuyên gia và chính trị gia đó không đề cập đến là các nhà máy than, khí đốt hoặc hạt nhân đóng cửa liên tục do các bộ phận bị lỗi hoặc bảo trì theo kế hoạch. Nhưng khi họ làm vậy, họ không nhất thiết phải tắt đèn cho những thành phố mà họ phục vụ. Chúng tôi có một thứ gọi là lưới điện quốc gia. Nếu một nhà máy ngừng hoạt động, năng lượng từ một nhà máy lân cận sẽ thu hút sự trì trệ ngay lập tức, hỗ trợ nhu cầu điện năng của thành phố.

Với một số nâng cấp nhỏ, cùng một hệ thống lưới điện đó là nguồn năng lượng tái tạo sẽ sử dụng để khi mặt trời không chiếu sáng hoặc gió không thổi ở một vùng, tổn thất điện năng có thể được bù đắp từ các vùng khác nơi năng lượng tái tạo đang tạo ra điện. Và bằng cách sử dụng các loại pin công nghiệp được đề cập ở trên, chúng ta có thể dự trữ một lượng lớn năng lượng tái tạo trong ngày để giải phóng vào buổi tối. Hai điểm này có nghĩa là gió và mặt trời có thể cung cấp lượng điện đáng tin cậy ngang bằng với các nguồn năng lượng tải cơ sở truyền thống.

Mạng lưới kinh doanh năng lượng tái tạo quy mô công nghiệp và nội địa mới này sẽ tạo nên một “internet năng lượng” trong tương lai — một hệ thống năng động và tự điều chỉnh (giống như chính Internet), miễn nhiễm với hầu hết các thảm họa thiên nhiên và các cuộc tấn công khủng bố, đồng thời cũng không bị kiểm soát do ai độc quyền.

Vào cuối ngày, năng lượng tái tạo sẽ xảy ra, nhưng điều đó không có nghĩa là các lợi ích được trao sẽ không giảm đi nếu không có một cuộc chiến.

Solar ăn bữa trưa của các tiện ích

Thật nực cười, ngay cả khi việc đốt than để lấy điện là miễn phí (phần lớn là trường hợp của Úc, một trong những nước xuất khẩu than lớn nhất thế giới), vẫn tốn tiền để duy trì và vận hành nhà máy điện, sau đó vận chuyển điện của nó qua hàng trăm dặm. đường dây điện đến nhà của bạn. Tất cả cơ sở hạ tầng đó tạo nên một phần lớn hóa đơn tiền điện của bạn. Và đó là lý do tại sao rất nhiều người dân Queensland mà bạn đã đọc ở trên chọn cách bỏ qua những chi phí đó bằng cách tự sản xuất điện tại nhà—nó chỉ là lựa chọn rẻ hơn.

Khi lợi thế về chi phí năng lượng mặt trời này tăng tốc đến các khu vực ngoại ô và thành thị trên khắp thế giới, nhiều người sẽ chọn không tham gia một phần hoặc toàn bộ lưới năng lượng địa phương của họ. Điều đó có nghĩa là chi phí duy trì cơ sở hạ tầng tiện ích hiện có sẽ ngày càng ít người phải chịu, có khả năng tăng hóa đơn tiền điện hàng tháng và tạo ra động lực tài chính lớn hơn nữa cho những “người sử dụng năng lượng mặt trời muộn” cuối cùng đầu tư vào năng lượng mặt trời. Đây là vòng xoáy tử thần sắp tới khiến các công ty tiện ích luôn hoạt động vào ban đêm.

Chứng kiến chuyến tàu chở hàng này tính phí theo cách của họ, một số công ty dịch vụ tiện ích lạc hậu hơn đã chọn cách chống lại xu hướng này đến cùng. Họ đã vận động hành lang để thay đổi hoặc chấm dứt các chính sách “đo đếm ròng” cho phép các chủ nhà bán lại năng lượng mặt trời dư thừa vào lưới điện. Những người khác đang làm việc để khiến các nhà lập pháp phê duyệt phụ phí lắp đặt năng lượng mặt trời, trong khi những người khác đang làm việc để đóng băng hoặc giảm yêu cầu năng lượng tái tạo và hiệu quả họ đã được lập pháp để gặp nhau.

Về cơ bản, các công ty tiện ích đang cố gắng yêu cầu chính phủ trợ cấp cho hoạt động của họ và trong một số trường hợp, lập pháp hóa các độc quyền của họ đối với các mạng lưới năng lượng địa phương. Đó chắc chắn không phải là chủ nghĩa tư bản. Và các chính phủ không nên tham gia vào việc bảo vệ các ngành công nghiệp khỏi các công nghệ mới vượt trội và đột phá (tức là năng lượng mặt trời và các năng lượng tái tạo khác) có khả năng thay thế chúng (và mang lại lợi ích cho công chúng).

Nhưng trong khi những khoản tiền vận động hành lang khổng lồ được chi để làm chậm sự phát triển của năng lượng mặt trời và các loại năng lượng tái tạo khác, thì xu hướng dài hạn đã được cố định: năng lượng mặt trời và năng lượng tái tạo được thiết lập để ăn trưa của các tiện ích. Đó là lý do tại sao các công ty tiện ích có tư duy tương lai đang áp dụng một cách tiếp cận khác.

Các tiện ích thế giới cũ giúp dẫn đầu trật tự năng lượng thế giới mới

Mặc dù không chắc hầu hết mọi người sẽ hoàn toàn rút phích cắm khỏi lưới điện - ai biết được, điều gì sẽ xảy ra khi con trai tương lai của bạn say xỉn lái chiếc Tesla của bạn vào bình điện trong nhà trong ga ra của bạn - hầu hết mọi người SẼ bắt đầu sử dụng ngày càng ít lưới điện địa phương của họ sau mỗi thập kỷ trôi qua .

Với chữ viết trên tường, một số tiện ích đã quyết định trở thành những nhà lãnh đạo trong mạng lưới năng lượng tái tạo và phân phối trong tương lai. Ví dụ, một số công ty tiện ích ở châu Âu đang đầu tư một phần lợi nhuận hiện tại của họ vào cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo mới, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, gió và thủy triều. Những tiện ích này đã được hưởng lợi từ khoản đầu tư của họ. Năng lượng tái tạo được phân phối đã giúp giảm bớt căng thẳng cho lưới điện trong những ngày hè nóng nực khi nhu cầu cao. Năng lượng tái tạo cũng làm giảm nhu cầu đầu tư vào các nhà máy điện và đường dây tải điện tập trung mới và tốn kém.

Các công ty tiện ích khác thậm chí còn đang tìm cách chuyển đổi từ việc đơn thuần là nhà cung cấp năng lượng sang trở thành nhà cung cấp dịch vụ năng lượng. SolarCity, một công ty khởi nghiệp thiết kế, tài trợ và lắp đặt các hệ thống năng lượng mặt trời, đã bắt đầu chuyển hướng sang mô hình dựa trên dịch vụ nơi họ sở hữu, bảo trì và vận hành pin gia đình của mọi người.

Trong hệ thống này, khách hàng phải trả một khoản phí hàng tháng để lắp đặt các tấm pin mặt trời và pin dự trữ trong nhà — có khả năng kết nối với lưới năng lượng cộng đồng siêu địa phương (microgrids) — và sau đó, năng lượng gia đình của họ được quản lý bởi tiện ích. Khách hàng sẽ chỉ trả tiền cho năng lượng họ sử dụng, và những người sử dụng năng lượng khiêm tốn sẽ thấy hóa đơn năng lượng của họ bị cắt giảm. Họ thậm chí có thể kiếm lợi nhuận bằng cách sử dụng năng lượng thặng dư mà ngôi nhà của họ tạo ra để cung cấp năng lượng cho những người hàng xóm đói điện hơn của họ.

Năng lượng sạch gần như miễn phí, vô hạn, thực sự có nghĩa là gì

Đến năm 2050, phần lớn thế giới sẽ phải thay thế hoàn toàn lưới điện và các nhà máy điện đã cũ kỹ. Việc thay thế cơ sở hạ tầng này bằng các loại năng lượng tái tạo rẻ hơn, sạch hơn và tối đa hóa năng lượng chỉ có ý nghĩa về mặt tài chính. Ngay cả khi việc thay thế cơ sở hạ tầng này bằng năng lượng tái tạo có chi phí tương đương với việc thay thế nó bằng các nguồn điện truyền thống, thì năng lượng tái tạo vẫn chiến thắng. Hãy suy nghĩ về điều đó: không giống như các nguồn điện truyền thống, tập trung, năng lượng tái tạo phân tán không mang theo những hành vi tiêu cực giống như các mối đe dọa an ninh quốc gia từ các cuộc tấn công khủng bố, sử dụng nhiên liệu bẩn, chi phí tài chính cao, khí hậu bất lợi và ảnh hưởng đến sức khỏe và tính dễ bị tổn thương trên diện rộng mất điện

Đầu tư vào hiệu quả năng lượng và năng lượng tái tạo có thể xóa bỏ thế giới công nghiệp khỏi than đá và dầu mỏ, tiết kiệm cho chính phủ hàng nghìn tỷ đô la, phát triển nền kinh tế thông qua việc làm mới trong việc lắp đặt lưới điện thông minh và tái tạo, và giảm lượng khí thải carbon của chúng ta khoảng 80%.

Khi chúng ta bước vào kỷ nguyên năng lượng mới này, câu hỏi chúng ta cần đặt ra là: Một thế giới với năng lượng vô hạn thực sự trông như thế nào? Nó sẽ tác động đến nền kinh tế của chúng ta như thế nào? Văn hóa của chúng tôi? Cách sống của chúng ta? Câu trả lời là: nhiều hơn bạn nghĩ.

Chúng ta sẽ khám phá thế giới mới này sẽ như thế nào ở phần cuối của loạt bài về Năng lượng Tương lai của chúng ta, nhưng trước tiên, chúng ta cần đề cập đến các dạng năng lượng tái tạo và không thể tái sinh khác có thể cung cấp năng lượng cho tương lai của chúng ta. Tiếp theo: Năng lượng tái tạo so với Thorium và Ký tự đại diện năng lượng nhiệt hạch: Tương lai của năng lượng P5.