Næste skridt i bekæmpelsen af ​​klimaændringer? Massive batterier, der udnytter solens kraft

Mindre end en kilometer fra en flodmunding fyldt med havodder, der er populær blandt kajakroere, står række på række af høje, hvide stålskabe placeret på lave betonplatforme, mellemrummet mellem dem krydset af grusstier. Alt er stille, bortset fra den svage lejlighedsvise brummen fra fans og mågerens kablende over hovedet.

En forbipasserende kan forveksle stedet med en selvopbevaringsfacilitet, men gamle møbler og souvenirs opbevares ikke her. Solens energi er.

Hele dagen lang strømmer elektricitet fra solpaneler ind i det californiske elnet, for meget til at blive brugt i dagslystimer, hvor efterspørgslen er lavere. Overskuddet opbevares her hos Pacific Gas &Electrics 182,5 megawatt Moss Landing Elkhorn Battery System.

Elkhorn, der engang var stedet for statens største kraftværk, der fyrede med fossilt brændstof, er et af snesevis af lithium-ion-batterisystemer i brugsskala rundt om i landet, der leverer vedvarende energi tilbage til nettet, når det er nødvendigt.

"Dette er en fremtid hinsides fossile brændstoffer, en fremtid med ren luft og et stabilt klima," sagde David Hochschild, formand for California Energy Commission.

Elkhorns rækker af hvide kasser, som kaldes forbrugsbatterier, kan holde solenergi i op til fire timer. Det hjælper med at dække det afgørende vindue, når solen går ned, ligesom titusinder af californiere kommer hjem, tænder deres klimaanlæg og fyrer op for at lave aftensmad, en periode kaldet "aftenrampen."

Fuldt opladet rummer Elkhorn-anlægget nok elektricitet til de øjeblikkelige krav fra PG&E-kunder i næsten 275.000 hjem.

Lageret gør det muligt for forsyningsvirksomheden at undgå at hente strøm fra dyrere naturgaskraftværker, der kun er nødvendige for spidsbelastning. Blot 10 dage efter, at batterisystemet blev certificeret til drift, den 17. april, beviste det sit værd.

"Vi fyldte batterierne til en pris af $10 pr. megawatt-time. Da vi begyndte at bruge den strøm på spidsbelastning, var den værd $100 pr. megawatt-time," fortalte PG&E's administrerende direktør Patti Poppe til et publikum ved sidste uges afsløring af systemet.

I løbet af dette og sidste år tog PG&E seks store anlæg i staten i brug, der tilsammen har kapacitet til at lagre næsten 1.000 megawatt energi. Det har kontrakter på yderligere 2.374,5 megawatt frem til 2024.

PG&E trækker også strøm fra en installation ved siden af ​​Elkhorn ejet af Vistra Corp. i Texas. Den har en kapacitet på 400 megawatt og er planlagt til at tilføje yderligere 350 megawatt i de kommende år.

Sidste år installerede Californien mere end 2 gigawatt batterilagring, sagde Hochschild, og har nu mere end noget andet sted i verden.

"Det er en utrolig succeshistorie," sagde han. "Det er klart, at vi er trådt ind i en guldalder med energilagring."

Opbevaring finder sted overalt

Sådanne batteristeder er ikke unikke for Californien. Otte stater har sat mål for energilagring for at udligne vind- og solenergi-genereret strøm, ifølge American Clean Power Association, og flere forventes at gøre det samme, når priserne falder.

Uden evnen til at lagre energi er solenergi ikke så nyttig, som den måske er. Og efterhånden som mere vedvarende energi føjes til landets elnet, vokser behovet for lagring.

I Oregon har Wheatridge Renewable Energy Facility, der ejes af Portland General Electric, et 30 megawatt batterisæt forbundet til en 350 megawatt vind- og solinstallation.

Florida Power &Light Company bygger et 409 megawatt solcelledrevet batterilager, "nok til at drive Disney World i cirka syv timer," sagde virksomheden.

Batterianlægget, der er under opførelse i Manatee Energy Storage Center i Parrish, Florida, har nok kapacitet til at forsyne cirka 329.000 hjem i mere end to timer og svarer til 100 millioner iPhone-batterier.

Staten New York annoncerede i denne måned seks parrede sol- og batteriopbevaringsprojekter, der vil lagre 159 megawatt elektricitet.

Tilsammen betyder disse faciliteter hundredtusindvis af hjem, der ikke har brug for strøm fra et naturgaskraftværk i den spidsbelastningsperiode, hvor solen går ned.

"Batteriet kan erstatte det," Paul Denholm, en energianalytiker ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado.

Et typisk hus bruger i gennemsnit omkring 1,25 kilowatt elektricitet i timen, sagde Jason Burwen, vicepræsident for energilagring hos American Clean Power Association.

Et batteri på 1 megawatt kan drive omkring 330 hjem, og mange batterier, der installeres, har fire timers energi, nok til at transportere disse hjem gennem perioder med spidsbelastning, sagde Denholm.

Denne slags hybride solcellebatterianlæg kan være en af ​​de vigtigste strømtrends i 2020'erne, sagde Joachim Seel, en videnskabelig ingeniørmedarbejder i elektricitetsmarkeds- og politikafdelingen i Lawrence Berkeley National Laboratory.

Næsten halvdelen af ​​landets planlagte solcelleanlæg, i alt 675 gigawatt, bliver foreslået som en del af en solcellebatterihybrid, sagde han.

Udfordringerne ved vedvarende energi

Et almindeligt argument imod at bruge vedvarende energi er, at solen ikke altid skinner, og vinden ikke altid blæser, når der er brug for strøm. Uden lagring kan vedvarende energi kun levere omkring 50 % af landets energibehov.

Tilføj batterilagring til nettet, og det er pludselig muligt at forestille sig at få 80 % eller 90 % af landets strøm fra kulstoffrie kilder som vind, sol, atomkraft og vandkraft, sagde Denholm.

Men opbevaring er kun en brik i puslespillet, erkendte han. For at nå de 80 % eller 90 % skal det amerikanske elnet moderniseres, så det nemt kan flytte strøm fra det sted, hvor det er opbevaret, til det sted, hvor det er nødvendigt. Ifølge nogle skøn skal eltransmissionssystemet udvides med 60 % inden for det næste årti.

Andre vejspærringer truer. Opbygning af tilstrækkelig lagerkapacitet vil betyde, at man overvinder forsinkelser i forsyningskæden og takler stigende priser på råmaterialer som nikkel, kobolt og lithium, der bruges til at skabe batterierne.

Elkhorn-batterierne blev lavet af Tesla, som har fabrikker i Californien og Nevada. Men de fleste batterier i brugsstørrelse kommer fra Korea, Japan og Kina. COVID-19-lockdowns dér har bremset produktionen og sammenfiltret skibsfart.

USA arbejder på at flytte produktionen hertil, men det vil tage tid. Sidste måned annoncerede Biden-administrationen en investering på 3 milliarder dollars i batteriproduktion og -genbrugsfaciliteter for at booste den indenlandske forsyningskæde.

En anden bekymring er, at lithium-ion-batterier under de forkerte forhold kan overophedes og forårsage brand.

Vistras Moss Landing-anlæg har haft to sådanne hændelser, en i februar og en i september sidste år. Et defekt leje i et luftbehandlingsaggregat producerede røg, der udløste sprinklersystemet. Vandet beskadigede batterierne, hvilket fik nogle til at overophede, hvilket skabte mere røg og afgav mere vand. Omtrent 7 % af modulerne blev ødelagt, sagde virksomheden i en rapport om hændelsen.

Ingen kom til skade i begge tilfælde, men anlægget blev lukket ned efter hændelsen i februar. Virksomheden siger, at det planlægger at bringe det online igen inden udgangen af ​​sommeren.

En brand i en batteriinstallation i brugsskala i Arizona i april lukkede den også ned i flere måneder.

Intet energisystem er helt sikkert, påpeger fortalere. I 2017 overbelastede kraftig regn Californiens Oroville-dæmning, hvilket krævede, at 180.000 mennesker blev evakueret, mens fundamenterosionen blev repareret. I 1979 led Pennsylvanias Three Mile Island-atomkraftværk en delvis nedsmeltning.

Der var 680 alvorlige hændelser i rørledninger af naturgas, farlige væsker og flydende naturgas mellem 2002 og 2021, med 260 dræbte og 1.109 kvæstede, ifølge US Department of Transportation's Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration.

Fremtiden for energilagring

I dag er omkring seks gigawatt batteriopbevaring på plads i hele USA, og yderligere 14 gigawatts projekter er i pipelinen, siger John Hensley, vicepræsident for forskning hos American Clean Power Association.

Ved udgangen af ​​årtiet anslås det, at der vil være nok batterier på det nationale net til at rumme 75 gigawatt vedvarende energi. Det er nok elektricitet til at drive næsten 50 millioner hjem i en time – eller til at køre klimaanlæg i 38 millioner hjem, efter solen er gået ned, sagde Denholm.

National Renewable Energy Laboratory anslår, at lagerkapaciteten kan vokse til så meget som 650 gigawatt i 2050, og omkostningerne forventes at falde med så meget som 88%. I det sidste årti er de allerede faldet mere end 90 %.

"Disse projekter bliver bygget, fordi de er økonomiske," sagde Denholm. "Dette bliver ikke drevet af, at politikere siger:'Du skal bygge lager.' Det bliver drevet af modellering, der viser forsyningsselskaber, at dette er den mest økonomiske ressource."

Når energiomstillingen er fuldført, vil lysene tænde, som de altid har gjort, men elektriciteten, der driver dem, vil komme fra andre steder, end den gør i dag.

Med et mere smidigt elnet kan overskydende strøm i ét område straks gå derhen, hvor det er nødvendigt, med batterier, der udfylder hullerne, sagde Burwen.

"Bare fordi solen er ved at gå ned i Utah, skinner den stadig i Californien," sagde han. "Og når solen går ned i Californien, brøler vinden på Great Plains."