พลังงานและสิ่งแวดล้อม

พลังงานทดแทน: ความผิดพลาดของพลังงานพื้นฐาน

พลังงานทดแทน: ความผิดพลาดของพลังงานพื้นฐาน

การให้พลังงานพื้นฐานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนเพื่อเพิ่มพลังงานหมุนเวียนเป็นสิ่งที่ท้าทาย แต่ก็สามารถทำได้ นี่คือวิธีการ

ข้อวิจารณ์ทั่วไปเกี่ยวกับพลังงานหมุนเวียนคือเนื่องจากมีการใช้พลังงานสำรองเป็นระยะ ๆ จึงต้องใช้พลังงานสำรองจากเทคโนโลยีพลังงานทั่วไปที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นก๊าซธรรมชาติ นักวิจารณ์เมื่อเร็ว ๆ นี้โพสต์ความคิดเห็นในบทความอื่นเกี่ยวกับวิศวกรรมที่น่าสนใจถามว่าสหราชอาณาจักรสามารถครอบคลุมความต้องการโหลดพื้นฐานในฤดูหนาวได้อย่างไรโดยอ้างถึงตัวเลขประมาณ 32 GW และความต้องการสูงสุดประมาณ 47 GW เมื่อลมไม่พัดและดวงอาทิตย์ไม่ได้ ไม่ส่องแสง

เริ่มต้นด้วยสมมติฐานนี้ขึ้นอยู่กับความผิดพลาดหลายประการหนึ่งในนั้นคือเรามีระบบไฟฟ้าที่เชื่อถือได้อย่างสมบูรณ์อยู่แล้ว อันที่จริงเราไม่ทำด้วยเหตุผลง่ายๆว่าไม่มีสิ่งนั้น นอกจากนี้เทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนบางอย่างเช่นก๊าซชีวภาพและความร้อนใต้พิภพสามารถจ่ายพลังงานพื้นฐานได้แล้ว

ประสบการณ์ของเยอรมนี

Malte Jansen เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานที่ทำงานร่วมกับ Fraunhofer Institute ของเยอรมนี คุณ Jansen กล่าวในงานเมื่อเดือนกรกฎาคมปีนี้ซึ่งจัดโดย Energy & Climate Intelligence Unit (ECIU) ซึ่งเป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรที่สนับสนุนการอภิปรายอย่างมีข้อมูลเกี่ยวกับปัญหาพลังงานและสภาพภูมิอากาศในสหราชอาณาจักร Jansen ดำเนินโครงการในเยอรมนีชื่อ Kombikraftwerk ซึ่งจำลองการใช้เครือข่ายพลังงานหมุนเวียน 100 เปอร์เซ็นต์ ในสถานการณ์ของเยอรมันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนเวียนที่สำคัญที่สุดคือลมแสงอาทิตย์และชีวมวล รูปแบบที่สำคัญที่สุดของการจัดเก็บพลังงานถือว่าเป็นการเปลี่ยนไฟฟ้าหมุนเวียนเป็นก๊าซมีเทนควบคู่ไปกับสถานีพลังงานที่สูบน้ำแบตเตอรี่และพลังงานเป็นก๊าซ สถานี CHP ที่กระจายอำนาจและสถานีไฟฟ้าก๊าซส่วนกลางโดยใช้ก๊าซชีวภาพ (มีเทน) สามารถเปลี่ยนก๊าซชีวภาพเป็นไฟฟ้าได้จึงทำหน้าที่เป็นสถานีพลังงานสำรองในช่วงเวลาที่มีลมหรือแสงแดดน้อย ในชั่วโมงที่มีภาระงานสูงโดยมีการผลิตเพียงเล็กน้อยจากลมและแสงอาทิตย์สถานีไฟฟ้ามีเธนสร้างมูลค่าสูงสุด 43 GW

กลไกที่แตกต่างกันสองแบบได้รับการออกแบบมาเพื่อการรักษาเสถียรภาพความถี่ หนึ่งในข้อกังวลเหล่านี้คือการเปลี่ยนแปลงความถี่หลักในระยะสั้นอันเป็นผลมาจากความล้มเหลวอย่างกะทันหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ ในกรณีนี้พลังงานที่หายไปจะถูกนำมาจากมวลหมุนของสถานีไฟฟ้าพลังความร้อนและพลังน้ำ หลังจากกลไกการรักษาเสถียรภาพแบบพาสซีฟนี้พลังสมดุลหลักจะมาจากสถานีพลังงานที่ตั้งใจไว้ซึ่งให้มาภายในไม่กี่วินาที สิ่งเหล่านี้ให้พลังงานมากขึ้นจึงทำให้ความถี่มีเสถียรภาพอีกครั้ง อย่างไรก็ตามหากระยะเวลาในการจัดสมดุลพลังงานเต็มรูปแบบยังคงอยู่ที่ 30 วินาทีความถี่หลังจากความล้มเหลวดังกล่าวต่ำเกินไปสำหรับการป้อนพลังงานหมุนเวียนสูงเนื่องจากโรงงานพลังงานลมและแสงอาทิตย์ไม่สามารถให้มวลหมุนสำหรับกริดได้ ด้วยเหตุนี้แบบจำลองจึงจำลองเวลาในการตอบสนองที่เร็วกว่ามากสำหรับระบบที่ผสมผสานพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมพลังงานไปยังก๊าซและแบตเตอรี่จึงช่วยแก้ปัญหาได้

การดึงออกจากระบบเหล่านี้อย่างรวดเร็วเช่นนี้เป็นไปได้แล้วซึ่งจะช่วยให้พลังงานหมุนเวียนสามารถชดเชยการขาดมวลหมุนได้ ระบบต้องการความจุในการจัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่สำหรับการจัดหาเต็มรูปแบบและระบบกระจายอำนาจต่างๆจะต้องเชื่อมต่อกับเครือข่ายเพื่อชดเชยความถี่และความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในพื้นที่

นอกจากนี้ยังมีการทดสอบภาคสนามควบคู่ไปกับการจำลองเพื่อพิสูจน์ความสามารถของระบบดังกล่าวในการสำรองการควบคุม ระบบพลังงานหมุนเวียนต่างๆไม่ว่าจะเป็นลมแสงอาทิตย์ชีวมวลความร้อนใต้พิภพพลังน้ำแหล่งกักเก็บพลังงานและสถานีไฟฟ้าสำรอง - สามารถรวมกันเพื่อสร้างโรงไฟฟ้าเสมือนซึ่งไม่เพียง แต่ผลิตกระแสไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังให้พลังงานที่สมดุลอีกด้วย ความสมดุลทางภูมิศาสตร์เกี่ยวกับพลังงานลมเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเนื่องจากไม่ค่อยมีสถานการณ์เมื่อ "ไม่มีลม" ฟาร์มกังหันลมทั่วภูมิภาคต่างๆจึงต้องมีเครือข่าย นอกจากนี้การพยากรณ์อากาศสำหรับภูมิภาคขนาดใหญ่ยังแม่นยำกว่า การคาดการณ์ที่ใช้ในการทำนายพลังงานที่สร้างขึ้นจากระบบพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์มีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและนั่นหมายความว่าพลังงานจากระบบเหล่านี้สามารถคาดการณ์ได้มากขึ้นเรื่อย ๆ จึงทำให้สามารถมีส่วนช่วยในการรักษาความถี่ได้

ปัญหาหลักในขณะนี้คือกรอบเงื่อนไขของตลาดที่สมดุลป้องกันไม่ให้แหล่งพลังงานหมุนเวียนให้บริการเหล่านี้ ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงของระบบพลังงานที่กำลังดำเนินการอยู่แล้วควรรวมถึงการสร้างสมดุลของตลาดการเปิดโอกาสให้แหล่งพลังงานหมุนเวียนเข้าร่วม ซึ่งสามารถทำได้โดยการให้ระยะเวลาการประกาศการประกวดราคาที่สั้นลงและระยะเวลารอ นอกจากนี้ยังช่วยให้ระบบพลังงานหมุนเวียนบนพื้นฐานของการเปลี่ยนก๊าซหมุนเวียนเป็นไฟฟ้าเพื่อเข้าถึงตลาด

“ เมื่ออุปสงค์มีมากเกินอุปทานอุปสงค์ที่ไม่จำเป็นจะลดลงและระบบจัดเก็บข้อมูลสำรองเปิดใช้งาน” ผู้อำนวยการ Richard Black อธิบายในเว็บไซต์ ECIU “ เมื่ออุปทานเกินความต้องการพลังงานสำรองจะถูกใช้สำหรับสิ่งต่างๆเช่นการผลิตไฮโดรเจนเพื่อใช้ในภายหลังหรือเพื่อให้ความร้อนหรือส่งออก วิธีแก้ปัญหาที่แน่นอนสำหรับสถานการณ์ใด ๆ ก็ตามส่วนใหญ่ได้ผลโดยตลาด: พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์มีความสำคัญเหนือกว่าเมื่อผลิตไฟฟ้าเนื่องจากผลิตไฟฟ้าฟรีโดยทั่วไปและมาตรการด้านอุปทานหรืออุปสงค์อื่น ๆ ขึ้นอยู่กับราคา เทคโนโลยีอันชาญฉลาดขับเคลื่อนล้อในการตัดสินใจ”

“ แต่ลมไม่พัดและดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสงตลอดเวลา”

“ แน่นอน” Richard Black กล่าว“ แต่ก็ไม่มีความต้องการสูงสุดตลอดเวลาด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าดีมานด์ "สูงสุด" "

เพื่อให้งานนี้กริดต้องมีความยืดหยุ่น กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือต้องได้รับการแก้ไขเพื่อให้สามารถปรับให้เข้ากับระบบพลังงานหมุนเวียนใหม่ ๆ ที่กำลังจะเข้ามาจากผู้บรรยายอีกคนหนึ่งของ ECIU ศาสตราจารย์แคทเธอรีนมิตเชลล์แห่งมหาวิทยาลัย Exeter ความต้องการโดยรวมจะต้องลดลงด้วยการทำให้การใช้พลังงานมีประสิทธิภาพ จากนั้นภาระสูงสุดจะต้องเปลี่ยนไปเป็นช่วงเวลาอื่นของวันโดยใช้การจัดเก็บพลังงาน ในที่สุดจำเป็นต้องมีความยืดหยุ่นในระยะสั้นเพื่อที่จะจับความผันผวนแบบสุ่ม

การใช้ก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

อีกวิธีหนึ่งคือการเผาก๊าซชีวภาพ สามารถผลิตได้โดยการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนจากฟาร์มและจากการแปรรูปเศษอาหารซึ่งเป็นปัญหาสำคัญในหลาย ๆ ประเทศโดยส่วนใหญ่ถูกกำจัดในหลุมฝังกลบ ก๊าซสามารถเก็บไว้ใต้ดิน น่าเสียดายที่ภาคโฆษณาในสหราชอาณาจักรมีการพัฒนาที่ดีน้อยกว่าเยอรมนีในปัจจุบัน แต่จากการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดพบว่ามีศักยภาพมหาศาล

ตามที่สมาคมการย่อยสลายทางชีวภาพและแหล่งทางชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ADBA) จากโรงงานย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (AD) สามารถตอบสนองความต้องการก๊าซหรือไฟฟ้าในประเทศของสหราชอาณาจักรได้ถึง 30 เปอร์เซ็นต์หรือเกิน 80 Terrawatt ชั่วโมง (TWh) ในปี 2014 ตามรายงานของ สำนักงานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีรัฐสภา (POST) ก๊าซชีวภาพคิดเป็นร้อยละ 7 ของแหล่งจ่ายก๊าซในสหราชอาณาจักรซึ่งจัดหาโดยโรงงาน AD และก๊าซฝังกลบ ตัวเลขแสดงให้เห็นว่าภาคโฆษณาของสกอตแลนด์สามารถเติบโตได้ถึง 200 เปอร์เซ็นต์ในอีก 2 ปีข้างหน้าในขณะที่ก๊าซชีวภาพที่ผลิตโดยภาคเกษตรกรรมของสหราชอาณาจักรได้นำไปสู่การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพเพิ่มขึ้น 40 เปอร์เซ็นต์ ตามที่ NNFCC ที่ปรึกษาด้านชีวเศรษฐศาสตร์ของสหราชอาณาจักรในพอร์ทัล AD ของพวกเขาขยะอาหาร 1 ตันสามารถสร้างพลังงานได้ประมาณ 300 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง สมาคมพลังงานทดแทน (REA) เชื่อว่าหากเศษอาหารในประเทศของสหราชอาณาจักรทั้งหมดสามารถผลิตไฟฟ้าได้เพียงพอสำหรับ 350,000 ครัวเรือน

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือก๊าซชีวภาพจากอุจจาระของมนุษย์ UN เพิ่งเปิดเผยรายงานที่อ้างว่าก๊าซชีวภาพจากขยะมนุษย์ทั่วโลกสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับ 138 ล้านครัวเรือน

ตัวเชื่อมต่อ

นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกในการนำเข้าพลังงานหมุนเวียนจากต่างประเทศผ่านตัวเชื่อมต่อสายเคเบิลใต้ทะเล HVDC จากสถานที่ต่างๆเช่นเดนมาร์กเยอรมนีและนอร์เวย์ สหราชอาณาจักรมีอุปกรณ์เชื่อมต่อระหว่างประเทศดังกล่าวที่ดำเนินการจากไอร์แลนด์ฝรั่งเศสและเนเธอร์แลนด์อยู่แล้วและการเคลื่อนไหวเพื่อพัฒนาระบบเชื่อมต่อระหว่างสหราชอาณาจักรและนอร์เวย์ได้ริเริ่มโดยข้อตกลงในเดือนพฤษภาคมปีนี้ นอกจากนี้สหภาพยุโรปกำลังดำเนินไปอย่างรวดเร็วโดยมีแผนจะพัฒนาสหภาพพลังงานทั่วยุโรป หากสิ่งนี้ประสบความสำเร็จยุโรปโดยรวมจะก้าวไปไกลกว่านี้เพื่อไปสู่เป้าหมายของการผลิตไฟฟ้าหมุนเวียน 100 เปอร์เซ็นต์ซึ่งทำให้นักวิจารณ์เงียบลง

สรุป

มีรายงานมากมายที่มีอยู่ในรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการที่ประเทศต่างๆทั่วโลกสามารถดำเนินการด้วยพลังงานหมุนเวียนได้ทั้งหมดหรือเกือบทั้งหมดภายในปี 2593 ตัวอย่างเช่นเมื่อต้นปีนี้ความเท่าเทียมกันด้านพลังงานได้รับมอบหมายจากกรีนพีซให้ตรวจสอบคำถามนี้ว่า ใช้กับสหราชอาณาจักรและพบว่าประเทศนี้สามารถจัดหาพลังงานหมุนเวียนได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ซึ่งรวมถึงการผลิตไฟฟ้าจากลมแสงอาทิตย์และกระแสน้ำมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์

ดังนั้นอำนาจพื้นฐานจึงไม่ใช่ปัญหา แต่อย่างใดเนื่องจากเจตจำนงทางการเมืองที่จะบรรลุ ดังนั้นปัญหาที่แท้จริงจึงเป็นผลประโยชน์ทั้งหมดที่ต้องการยึดติดกับระบบพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ล้าสมัยและสกปรกแม้ว่าความจริงแล้ววิธีการทำสิ่งต่างๆที่ล้าสมัยนี้กำลังเป็นอันตรายต่อโลกอย่างรวดเร็วและทุกสิ่งที่อาศัยอยู่บนโลกนี้


ดูวิดีโอ: Renewable Energy Explained in 2 12 Minutes (พฤศจิกายน 2021).