Cos'è un giorno senza un provocatorio grafico a quadranti che fa urlare di indignazione molte persone (o almeno borbottare davanti allo schermo)? Beh, non oggi. Presso il LinkedIn, Pietro Clarkson di Woodside Energy in Australia mi ha dato l'idea di un modo per classificare varie soluzioni di decarbonizzazione, un grafico a quadrante standard con opzioni sexy/poco sexy e pratico/poco pratico. Mi ha dato l'okay per avergli rubato l'idea, dicendo che poiché in realtà non aveva fatto nulla con l'idea, non poteva rivendicarla come capitale intellettuale. Grazie, Pietro.
Per coloro che sono interessati ad altre aree in cui ho trascorso del tempo, come il trasporto terrestre, l'aviazione e la navigazione marittima, sarai felice o scontento di sapere che ho già in mano delle carte su questi argomenti e altre due in mente, e i prossimi articoli affronteranno questi domini.
Cosa definisce sexy? Molta stampa. Titoli frequenti. Teste parlanti che dovrebbero saperlo meglio. Promesse di massiccio dispiegamento e profitti. SPAC o ICO. VC. Rendering scintillanti di Photoshop. Curve. Molti fanbois e fangrrrl che fanno proselitismo per suo conto.
Poco sexy? Pochi titoli sui media. Affari come al solito. Bloccato in riviste ristrette e specifiche del settore. Tanti, tanti numeri e poche esagerazioni. Molti investimenti istituzionali.
Poco pratico? Ignorare le leggi della termodinamica. Ignora il piccolo potenziale di mercato. Ignora la storia dei fallimenti esattamente della stessa cosa. Ignora i forti venti contrari. Enormi esagerazioni del potenziale. Differenza regolare della consegna. Molto più Powerpoint che produzione.
Pratico? Molti schieramenti. Molte offerte. Molta crescita semplice. Economicamente sostenibile. Non dare per scontato che le leggi della fisica siano mutevoli. Non dare per scontato che la natura umana cambierà magicamente.
Cominciamo con le cose sexy ma pratiche, che sono piuttosto limitate in termini di elettricità e stoccaggio dell'energia. C'è una ragione per cui utilitario dopo tutto, non è un aggettivo che si usa per descrivere cose che ti fanno scorrere il sangue. Immagina di dire a una persona con cui vorresti uscire o con cui stai uscendo che è utilitaristica.
Ma se qualcosa rientra in questa strana categoria, sono le batterie a griglia agli ioni di litio, così come batterie simili in formato cellulare come il fosfato di litio. Due dei più grandi sviluppatori di storage del settore UK ed US, con cui ho parlato a lungo, hanno progetti di batterie su scala GW in fase di sviluppo e, naturalmente, il Megapack di Tesla continua a mangiare curve di papera in California e Australia. Mi piacciono molto le batterie basate su celle e progetto che diventeranno le migliori terza più grande forma di stoccaggio in rete alla fine. Hanno il vantaggio di essere costruiti in grandi numeri e di avere una risposta rapida, ma hanno limitazioni significative in termini di stretto accoppiamento tra potenza ed energia.
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Proiezione della capacità di stoccaggio della rete fino al 2060 per categorie principali per autore
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Proiezione della capacità di stoccaggio della rete fino al 2060 per categorie principali per autore
Le batterie a flusso Redox stanno iniziando ad attirare l'attenzione, soprattutto con La batteria cinese a flusso redox da 100 MW/400 MWh connessione alla rete di recente. La tecnologia del flusso Redox è meno matura di quella agli ioni di litio, presenta diversi vincoli sui materiali chiave, ma soprattutto disaccoppia potenza ed energia.
E l’energia nucleare da fissione sta vivendo un altro momento di gloria, passando dai noiosi bollitori a vapore su scala GW che semplicemente stanno lì e forniscono energia a basse emissioni di carbonio – con occasionali momenti di panico globale – all’essere messi in supporto vitale in più paesi, essendo riconsiderato in L'Europa, data l'invasione russa dell'impatto dell'Ucraina sulle forniture di gas naturale, ed in fase di costruzione ragionevolmente bene in Cina. La tecnologia presenta ancora problemi che ne rendono lenta e costosa la costruzione nella maggior parte delle giurisdizioni del mondo, e questi problemi non scompariranno mentre l’energia eolica, solare, di trasmissione e di stoccaggio stanno guadagnando velocità, quindi sospetto che quest’ultima rinascita nucleare lo farà. finire come l'ultimo, almeno fuori dalla Cina.
Nella categoria attraente ma poco pratica, l’idrogeno occupa un posto d’onore. Abbiamo bisogno dell’idrogeno verde per decarbonizzare i circa 90 milioni di tonnellate di consumo annuo saremo ancora partiti nel 2100, e dobbiamo iniziare adesso, ma l’idrogeno per produrre energia è un errore esagerato promosso dall’industria dei combustibili fossili e da persone che non riescono a immaginare energia da cose che non bruciano.
In questa categoria rientra anche la tecnologia dell'energia di fusione che sempre più retrocede nel futuro. Come ho notato l'anno scorso, la tecnologia più promettente, la ITER Tokamak con i suoi milioni di componenti e un prezzo probabilmente di 45 miliardi di dollari, si aspetta di riuscire a fondere l’energia termica netta per cinque minuti alla volta senza generazione elettrica nel 2040. E se l’energia termica fosse trasformata in elettricità, sarebbe energeticamente neutrale, richiedendo per funzionare tanta energia quanta ne è stata generata.
Anche i piccoli reattori nucleari modulari sono molto richiesti in questo momento, ma rinunceranno all'espansione, non saranno in grado di scalare numericamente fino a volumi sufficienti per ottenere riduzioni dei costi, richiederanno comunque tutti i costi di sicurezza e di smantellamento e avranno ancora quella fastidiosa gestione dei rifiuti problema. È improbabile che siano una cosa reale a meno che un paese grande e ricco non scelga un singolo progetto tra i circa 18 esistenti e ne dia una priorità assoluta a costruirlo.
Tecnologie Vehicle-to-Grid ignorare tante realtà di come le persone vivono effettivamente al di fuori delle case unifamiliari suburbane degli Stati Uniti - oltre il 99% della popolazione mondiale, in altre parole - e così tanto sulla natura umana che è notevole quanta attenzione la tecnologia continui a ricevere. L'energia solare a concentrazione sembra interessante e continua ad essere utilizzata per decorare articoli sull'energia solare, ma è stata persa in modo così completo e totale a favore del solare fotovoltaico che è notevole che il DOE degli Stati Uniti e il Cile continuino a finanziare gli sforzi in tal senso. E poi c'è Quello di Heliogen Ovviamente CSP pieno di intelligenza artificiale, uno dei fallimenti della SPAC di Bill Gross. Imbuti eolici come il ora defunto Sheerwind Invelox e le loro tecnologie sorelle di steli vibranti, torri energetiche, VAWT, e i ricostruiti Savonius sono una fonte inesauribile di pubblicità senza senso.
Noterai anche che l'energia di fissione ha una gamba nel quadrante sexy ma poco pratico. Questo perché viene pubblicizzato per luoghi che non sono in grado di costruirlo di nuovo a buon mercato e in tempo per una serie di ragioni, come il Regno Unito, l'Ontario e gli Stati Uniti.
E poi ci sono tecnologie così pessime che non meritano nemmeno di essere definite poco pratiche. Accumulo di energia in blocchi di cemento di Energy Vault è una priorità, ma c'è anche la fusione fredda. Totale e completa sciocchezza speciosa.
Proseguendo in senso orario attorno ai quadranti non arriviamo né al sexy né al pratico. Sì, queste sono bestie piuttosto brutte.
Noterai che anche la fissione ha una gamba qui. Sì, il nucleare su larga scala è una tecnologia noiosa e ben compresa che nella stragrande maggioranza delle giurisdizioni non rappresenta nemmeno lontanamente un’alternativa. È praticamente limitato ai 30 paesi che già lo hanno, e piccole cose del genere Il prezzo da trilioni di dollari di Fukushima, le Zona di esclusione di Chernobyl, le 30 dei 56 reattori francesi offline per manutenzioni e problemi programmati e non programmati, e il Militarizzazione russa della centrale nucleare di Zaporizhzhia in Ucraina non stanno aumentando la sua attrattiva per gli strateghi energetici razionali.
Molte persone reagiranno negativamente al fatto che la produzione di gas e carbone si trovi nel quadrante brutto e poco pratico, non a causa delle virtù estetiche delle miniere di carbone a cielo aperto o dei tramonti migliorati dovuti all’inquinamento atmosferico, ma perché sono la spina dorsale di molta energia a livello globale. Tuttavia, si tratta di una situazione temporanea, date le enormi esternalità negative del riscaldamento globale che richiedono la nostra eliminazione il più rapidamente possibile. E per coloro che considerano ancora la produzione di gas naturale un combustibile ponte, se si aggiunge la perdita media di metano a monte dell’1.5% a livello globale, le emissioni di CO2e per MWh sono pari alla produzione di carbone di alta qualità, quindi non una vittoria sul clima.
Mi sento quasi in colpa a inserire lo stoccaggio dell'energia dell'aria compressa in questa categoria. È serio, ha buone intenzioni e come tecnologia puoi immaginarlo svolgere attività di beneficenza e aiutare le vecchie signore dall'altra parte della strada. Ma presenta enormi problemi di gestione termica che portano ad avere un'efficienza di andata e ritorno <40% nelle attuali implementazioni che utilizzano gas naturale per riscaldare l'aria non appena viene rilasciata, l'accumulo di energia termica ha un'efficienza ipotetica massima <70% in modelli che fanno una serie di ipotesi dubbie, ha siti limitati in cui esistono caverne preesistenti adatte allo scopo e lo stoccaggio dell’energia termica crea nuovi problemi di ridimensionamento. È una tecnologia di nicchia e senza dubbio sembra inoffensiva sotto un maglione.
Arriviamo infine alla categoria poco sexy ma pratica, quella utilitaristica. Alcune delle tecnologie in questo spazio susciteranno urla da parte di persone che conosco semplicemente perché le vogliono nel quadrante sexy, o le considerano nel quadrante sexy.
Ma cominciamo con la generazione della fissione nucleare, che qui ha la sua ultima tappa. È una buona tecnologia. L’utilizzo del calore proveniente dal materiale radioattivo in decomposizione per riscaldare i fluidi e produrre vapore per far girare le turbine funziona perfettamente su circa 30 reti in tutto il mondo. Non inquina né l'aria né l'acqua e non emette CO2e. Continuare a farlo dove esiste ha perfettamente senso per me finché non diventa troppo costoso ristrutturarlo, in genere intorno ai 40 anni, e costruire strategicamente energia eolica e solare su larga scala per far fronte a questa chiara eventualità è la soluzione ovvia. E continuo ad essere felice per ognuno nuove centrali nucleari commissioni cinesi, pur continuando a notare che stanno costruendo molto più energia eolica, solare, trasmissione e stoccaggio che nucleare.
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Generazione in TWh aggiunta ogni anno da eolico, solare e nucleare in Cina 2010-2021 per autore
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Generazione in TWh aggiunta ogni anno dall'energia eolica, solare e nucleare in Cina 2010-2021 per autore
Poi ci sono le risorse energetiche distribuite (DER), che si trovano principalmente nel campo pratico. A proposito, questa categoria non è quella eolica e solare su larga scala, ma le microreti e il solare su tetto. Il motivo per cui diventano poco pratici è perché molte persone hanno questa fantasia che saranno sufficienti a alimentare il mondo. Anche Mark Z. Jacobson, uno dei maggiori sostenitori del solare su tetto, lo ritiene adatto a soddisfare solo il 15% della domanda totale di energia nel 2050, e lui ed io abbiamo discusso perché penso che sia più probabile dal 5% all'8%. Bill Nussey è anche più ottimista di me sul DER, ma come nel caso di Jacobson, è una questione di grado, non se sia un contributo prezioso e pratico alla decarbonizzazione.
Le centrali elettriche virtuali (VPP) stanno ricevendo una certa attenzione in questo momento e ci sono proposte di valore. Si tratta del coordinamento centralizzato di un insieme disperso di risorse di generazione, domanda e stoccaggio più piccole per fornire resilienza della rete, stabilità ed energia controllabile. Semplicemente non li considero una cosa così nuova, o così probabile che costituiscano un grosso cuneo. Da molto tempo disponiamo di una gestione della domanda controllata da SCADA dei principali consumatori, con sistemi di gestione dell'energia a schermo verde (EMS) nelle utility in grado di spegnere cose come gli impianti di pasta di legno e carta per risparmiare energia. Questa è un po' un'estensione di esso, ma come V2G, c'è semplicemente troppa aspettativa di superare le barriere di proprietà e pregiudizi cognitivi, e troppi piccoli contratti di valore troppo basso da considerare.
Ciò che penso abbia molto senso è la ricarica intelligente dei veicoli elettrici. Mentre le residenze con più unità e altri edifici commerciali elettrizzano i loro parcheggi, terranno d'occhio i picchi di domanda e si assicureranno di non essere colpiti da massicci superamenti dei costi. La bolletta elettrica del mio condominio prevede già un sovrapprezzo del 25%, quindi distribuire la ricarica dei veicoli elettrici durante la notte sarà semplicemente una strategia automatica ed economicamente interessante. La ricarica intelligente lo consente. E le grandi reti di ricarica intelligenti possono vendere una riduzione della domanda in blocchi di 5 MW una volta che avranno forse 10,000 auto collegate, quindi collegheranno le interfacce SCADA dei servizi di pubblica utilità come flusso di entrate secondario e gestiranno i singoli proprietari di veicoli elettrici e i gestori degli edifici separatamente .
La persona che mi ha suggerito questo grafico a quadrante, Peter Clarkson, è stato spinto a commentarlo quando ho postato di recente su LinkedIn sull'HVDC. Quel post stava condividendo il eccellente podcast di Redefining Energy - una serie di podcast fortemente consigliata - con i professionisti della finanza energetica Laurent Segalen e Gerard Reid che ospitano. L'ospite era Simon Ludlam, uno dei principali attori nelle interconnessioni HVDC sottomarine europee, attualmente al lavoro sul suo terzo. L'HVDC è semplicemente la trasmissione di elettricità, ma come ho scritto prima, presenta enormi vantaggi. Può andare sott'acqua, sottoterra e per distanze molto lunghe con perdite di energia dal 3% al 3.5% ogni 1,000 km. È molto più efficiente come vettore di trasmissione dell'energia rispetto a gasdotti o navi e, come ho sottolineato nel mio LinkedIn post, è molto più difficile da far esplodere poiché è sepolto 1-2 metri sotto il fondo del mare invece che adagiato su di esso come lo sono i gasdotti Nord Stream. Molto più difficile da trovare, molto più difficile da danneggiare e, se tagliato, non emette enormi quantità di gas serra nell'atmosfera. Ma nessuno tranne me e una manciata di altri nerd dell'energia ne rimane entusiasta, così poco sexy.
La produzione eolica e solare su scala industriale continua ad accelerare, con una crescita annuale globale sorprendente. È stato appena rallentato dal COVID-19, con la Cina che di fatto non ha raggiunto i suoi obiettivi già ambiziosi. Gli Stati Uniti stanno finalmente superando lo stallo offshore imposto dagli oligarchi su entrambi i lati della barricata, con gli stati che si impegnano a superare l’obiettivo federale di 30 GW. Nel 2021 la Cina ha costruito una quantità di energia eolica offshore pari a quella costruita dal resto del mondo nei cinque anni precedenti, solo un ulteriore punto sulla rapidità con cui la Cina sta introducendo tecnologie pulite nella produzione. Ma nessuno si entusiasma per un altro parco eolico o solare. Fanno a malapena notizia. Ma è lì che si trovano i soldi della vera generazione.
E poi c'è lo spazio di archiviazione. Lo noterai batterie a flusso redox sono per lo più in questo quadrante. Non ricevono la stessa pubblicità dei Tesla Megapack o delle nuove scoperte sulle batterie cellulari, e non ricevono tanti soldi, ma ritengo che saranno la seconda più grande forma di stoccaggio in rete quando le acque si saranno calmate. E nuove chimiche, come Batteria a flusso redox basata su CO2 di Agora Energy Technologies, pluripremiata a livello mondiale, stanno emergendo, che aggirano la maggior parte delle restanti preoccupazioni relative ai materiali per la tecnologia. (Divulgazione completa: sono un osservatore del consiglio di amministrazione e uno stratega per Agora.)
Il che ci porta, infine, alla tecnologia che io chiamo la più grande tecnologia di stoccaggio sconosciuta al mondo, lo stoccaggio idroelettrico con pompaggio. Pompare l'acqua in salita e lasciarla scorrere più tardi è qualcosa che facciamo come stoccaggio energetico dal 1907. La stragrande maggioranza della rete di stoccaggio oggi è idroelettrica pompata, per lo più costruita per dare alle centrali nucleari e a carbone qualcosa da fare di notte, per bilanciare la loro inflessibilità e per fornire la massima potenza durante il giorno. La stragrande maggioranza della rete di stoccaggio in costruzione oggi, oltre 60 GW di capacità elettrica e probabilmente più di 600 GWh di capacità di stoccaggio, è idroelettrica mediante pompaggio. Pompare l'acqua in salita e poi lasciarla scorrere giù è sexy quanto guardare la vernice asciugarsi, ma è assurdamente pratico. E con siti a circuito chiuso, al largo dei fiumi, ad alta prevalenza, vicini alla trasmissione e fuori da terreni protetti che hanno un potenziale di risorse 100 volte superiore rispetto al fabbisogno energetico globale totale, sono davvero pratici. Oh, e i buoni siti idroelettrici di pompaggio si sovrappongono molto ai siti di estrazione del carbone e necessitano delle competenze dei minatori e degli ingegneri del carbone.
E così, eccolo. Il grafico a quadranti sexy/poco sexy, pratico/poco pratico per l'elettricità e lo stoccaggio dell'energia. Che abbiano inizio le urla di indignazione.
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