क्या ग्रिड स्तरीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के नुकसान मौजूद हैं?
जब हम नवीकरणीय ऊर्जा के बारे में बात करते हैं, तो कमरे में हमेशा यह हाथी रहता है कि हर कोई - भंडारण के आसपास नृत्य करता हुआ प्रतीत होता है। ग्रिड स्तर का ऊर्जा भंडारण कागज पर शानदार लगता है, और अगर हम बड़े पैमाने पर पवन और सौर ऊर्जा का काम करने जा रहे हैं तो यह निश्चित रूप से आवश्यक है। लेकिन जैसे ही आप मार्केटिंग ब्रोशर और सरकारी सब्सिडी के बारे में पता लगाते हैं तो ग्रिड स्तर की ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के नुकसान बहुत तेजी से सामने आने लगते हैं।
पहली चीज़ जो आप पर असर डालती है वह है लागत। न केवल अग्रिम पूंजीगत व्यय, जो काफी मददगार है, बल्कि परिचालन लागत भी है, जो साल-दर-साल बर्बाद होती रहती है। दक्षिण ऑस्ट्रेलिया में हॉर्न्सडेल पावर रिज़र्व को लें - टेस्ला की 2017 की बड़ी बैटरी परियोजना जिसे हर कोई सफलता की कहानी के रूप में उद्धृत करना पसंद करता है। निश्चित रूप से, यह आवृत्ति घटनाओं के दौरान ग्रिड को स्थिर करता है, लेकिन 150 मेगावाट/194 मेगावाट सिस्टम की लागत लगभग $90 मिलियन AUD (www.abc.net.au) है। यह कुछ हद तक $600,000 प्रति मेगावाट-घंटे की भंडारण क्षमता के बराबर बैठता है। एक ऐसी प्रणाली के लिए जो हर एक चार्ज चक्र को ख़राब कर देती है।
लिथियम आयन बैटरियां, जो इस समय ग्रिड भंडारण बाजार पर हावी हैं, कैलेंडर उम्र बढ़ने के कारण हर साल अपनी क्षमता का लगभग 2-3% खो देती हैं, भले ही आप उनका अधिक उपयोग न करें। फिर उसके ऊपर चक्रीय गिरावट है। अधिकांश वाणिज्यिक बैटरी सिस्टम पर 10 वर्षों के बाद लगभग 80% क्षमता की वारंटी दी जाती है, जिसका अर्थ है कि आप अनिवार्य रूप से उस भंडारण के लिए भुगतान कर रहे हैं जो धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है। अर्थशास्त्र केवल आवृत्ति विनियमन जैसे विशिष्ट उपयोग के मामलों में ही समझ में आता है जहां आपको मिलीसेकंड प्रतिक्रिया समय के लिए प्रीमियम दरों का भुगतान किया जा रहा है।
सुरक्षा संबंधी चिंताओं पर भी पर्याप्त ध्यान नहीं दिया जाता है। हर किसी को याद है जब 2021 में कैलिफ़ोर्निया में मॉस लैंडिंग बैटरी सुविधा में आग लग गई थी। वह 300 मेगावाट / 1,200 मेगावाटएच इंस्टॉलेशन - उस समय दुनिया के सबसे बड़े इंस्टॉलेशन में से एक था - और इसे महीनों तक बंद करना पड़ा था। फिर 2022 में इसमें फिर से आग लग गई (www.energy-storage.news)। ये कोई छोटी रसोई की आग नहीं है जिसके बारे में हम बात कर रहे हैं। लिथियम आयन थर्मल रनवे की घटनाओं को बुझाना और जहरीली गैसों को छोड़ना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। अग्निशमन विभाग को मूलतः इसे स्वयं जलने देना होता है और बाकी सब चीजों को फैलने से बचाना होता है।
कैलिफ़ोर्निया पागलों की तरह बैटरी भंडारण स्थापित कर रहा है, लेकिन वे इस मूलभूत समस्या का सामना कर रहे हैं, जहाँ बैटरी केवल रेटेड पावर पर लगभग 4 घंटे तक ही डिस्चार्ज हो सकती है। यह शाम की चरम शेविंग के लिए ठीक है जब सूरज की रोशनी कम हो जाती है, लेकिन यह कई दिनों की मौसमी घटनाओं या मौसमी बदलावों के लिए बेकार है। सर्दियों में सप्ताह भर के बादलों से निपटने के लिए आपको 50{5}}100 गुना अधिक भंडारण क्षमता की आवश्यकता होगी, जो पहले से ही संदिग्ध अर्थशास्त्र को पूरी तरह से बेतुका बना देता है।
आइए मैं आपको कुछ तकनीकी आंकड़े बता दूं। एक सामान्य यूटिलिटी -}स्केल लिथियम-आयन बैटरी सिस्टम में लगभग 85-90% राउंड-ट्रिप क्षमता होती है, जो तब तक अच्छी लगती है, जब तक आपको यह एहसास नहीं हो जाता कि आपकी ऊर्जा का 10-15% गर्मी में ही नष्ट हो रहा है। आपके द्वारा संग्रहीत प्रत्येक 100 मेगावाट के लिए, आपको केवल 85-90 मेगावाट वापस मिलता है। इसकी तुलना 70-80% दक्षता पर पंप किए गए हाइड्रो स्टोरेज से करें - हां यह कम है, लेकिन पंप किए गए हाइड्रो बिना महत्वपूर्ण नुकसान के महीनों तक ऊर्जा संग्रहीत कर सकते हैं, जबकि बैटरी लगभग 1-3% प्रति माह पर स्व-निर्वहन करती है।
पर्यावरण का पक्ष भी गड़बड़ा जाता है. लिथियम, कोबाल्ट, निकल - का खनन ये स्वच्छ प्रक्रियाएं नहीं हैं। 2020 की यह रिपोर्ट दिखाती है कि बैटरी विनिर्माण महत्वपूर्ण CO2 उत्सर्जन पैदा करता है, जो उत्पादन में उपयोग किए गए ऊर्जा मिश्रण के आधार पर बैटरी क्षमता के प्रति किलोवाट 60-150 किलोग्राम CO2 की सीमा में होता है। यदि आपका ग्रिड अभी भी कोयले पर चल रहा है, जबकि आप बैटरी भंडारण का निर्माण कर रहे हैं, तो आप मूल रूप से कार्बन उत्सर्जन को खत्म करने के बजाय उसे स्थानांतरित कर रहे हैं।
फिर सामग्री आपूर्ति श्रृंखला की समस्या है। हम पहले से ही लिथियम की कीमतों में बढ़ोतरी देख रहे हैं, और यह ईवी उत्पादन में बड़े पैमाने पर बढ़ोतरी से पहले था। ग्रिड स्टोरेज और इलेक्ट्रिक वाहन समान बैटरी सामग्री के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं, और चर्चा किए जा रहे पैमाने पर दोनों बाजारों को संतुष्ट करने के लिए पर्याप्त उत्पादन क्षमता नहीं है। कुछ विश्लेषक 2025 या 2026 तक लिथियम की कमी की भविष्यवाणी कर रहे हैं। जब आप सामग्री प्राप्त नहीं कर सकते तो टेरावॉट के {{6}घंटे के भंडारण के लिए शुभकामनाएं।
फ्लो बैटरियों को समाधान के रूप में प्रचारित किया जाता रहा है, लेकिन वे अब दशकों से "आसपास ही" हैं। ऊर्जा घनत्व भयानक है - वैनेडियम प्रवाह बैटरियां लिथियम-आयन के 200+ Wh/किग्रा की तुलना में लगभग 20{3}}30 Wh/kg का प्रबंधन करती हैं। इसका मतलब है इलेक्ट्रोलाइट समाधान के विशाल टैंक, बहुत सारी पाइपलाइन जो लीक हो सकती हैं, पंप जो बिजली की खपत करते हैं और रखरखाव की आवश्यकता होती है। और तमाम वादों के बावजूद, विश्व स्तर पर फ्लो बैटरियों का स्थापित आधार लिथियम-आयन की तुलना में अभी भी छोटा है। संभवतः इसका कोई कारण है.
पंप हाइड्रो अभी वैश्विक ग्रिड भंडारण क्षमता का लगभग 95% बनाता है, लेकिन आप इसे कहीं भी नहीं बना सकते हैं। आपको सही भूगोल की आवश्यकता है - अलग-अलग ऊंचाई पर दो बड़े जलाशय, अधिमानतः ट्रांसमिशन बुनियादी ढांचे के करीब। अकेले पर्यावरण की अनुमति में वर्षों लग जाते हैं। जब पैसिफ़िक गैस एंड इलेक्ट्रिक ने हाल ही में कैलिफ़ोर्निया में एक पंपयुक्त पनबिजली सुविधा का प्रस्ताव रखा, तो वे ज़मीन पर उतरने से पहले अनुमति देने और पर्यावरण अध्ययन के लिए 8-10 साल का समय चाह रहे थे। और यह मान लिया गया है कि मछली के आवास के बारे में चिंतित पर्यावरण समूहों की ओर से कोई मुकदमा नहीं किया जाएगा।
ग्रिड एकीकरण चुनौतियाँ अपनी चर्चा की पात्र हैं। बड़ी मात्रा में भंडारण जोड़ने के लिए ट्रांसफार्मर, सुरक्षा प्रणाली, नियंत्रण बुनियादी ढांचे को अपग्रेड करने की आवश्यकता होती है। यह प्लग-इन नहीं है और न ही प्ले है। जब बैटरियां तेजी से डिस्चार्ज होती हैं, तो वे बिजली की गुणवत्ता संबंधी समस्याएं - वोल्टेज में उतार-चढ़ाव, हार्मोनिक विकृतियां पैदा कर सकती हैं। ग्रिड को हजारों वितरित बैटरी प्रणालियों के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था, जो सौर उत्पादन और उपयोग मूल्य निर्धारण संकेतों के समय के आधार पर यादृच्छिक रूप से अर्ध-चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करती थीं।
कैलिफ़ोर्निया के CAISO ग्रिड ऑपरेटर को भंडारण को समायोजित करने के लिए पूरी तरह से नए बाज़ार नियम और बोली प्रणाली विकसित करनी पड़ी है, और वे अभी भी इसका पता लगा रहे हैं। भंडारण ऊर्जा बाज़ारों, क्षमता बाज़ारों, सहायक सेवा बाज़ारों - में भाग ले सकता है लेकिन प्रत्येक क्षेत्राधिकार में नियम अलग-अलग हैं और वे बदलते रहते हैं। नियामक अनिश्चितता के कारण परियोजनाओं को वित्तपोषित करना कठिन हो जाता है क्योंकि निवेशकों को पता नहीं होता कि वे किस राजस्व स्रोत पर भरोसा कर सकते हैं।
भंडारण और नवीकरणीय ऊर्जा परिनियोजन के साथ यह अजीब मुर्गी और {{1}अंडे की समस्या भी है। अधिक नवीकरणीय ऊर्जा को सक्षम करने के लिए आपको अधिक भंडारण की आवश्यकता है, लेकिन भंडारण महंगा है, जिससे संयुक्त प्रणाली अधिक महंगी हो जाती है, जो नवीकरणीय तैनाती को धीमा कर देती है। जर्मनी ने इसे बड़ी मुश्किल से खोजा है - उन्होंने भारी मात्रा में सौर और पवन स्थापित किए हैं लेकिन पर्याप्त भंडारण नहीं किया है, इसलिए जब उत्पादन मांग से अधिक हो जाता है तो वे नवीकरणीय उत्पादन में कटौती कर देते हैं, या जब हवा नहीं चल रही होती है तो जीवाश्म ईंधन संयंत्रों को चालू कर देते हैं।
जीवनकाल का मुद्दा मुझे अधिकांश अन्य कारकों की तुलना में अधिक परेशान करता है। एक प्राकृतिक गैस बिजली संयंत्र नियमित रखरखाव के साथ 30{5}}40 वर्षों तक चल सकता है। पंपयुक्त पनबिजली सुविधाएं 50-100 वर्षों तक चलती हैं। लिथियम आयन बैटरी? आप प्रतिस्थापन से पहले 10-15 साल देख रहे हैं, शायद 20 अगर आप उन्हें बेबी करते हैं और पूरी तरह से चार्ज/डिस्चार्ज नहीं करते हैं। इसका मतलब है कि सौर पैनलों या पवन टरबाइनों के जीवनकाल में संपूर्ण बैटरी इंस्टॉलेशन को कई बार बदलना, जिनका उन्हें समर्थन करना चाहिए। जीवनचक्र की लागत अनुकूल रूप से नहीं बढ़ती है।
और मैं भूमि उपयोग संबंधी आवश्यकताओं पर भी गौर नहीं कर पाया हूं। बैटरी स्थापना के लिए महत्वपूर्ण स्थान, जलवायु नियंत्रित भवन, अग्नि शमन प्रणाली, सुरक्षा बाड़ की आवश्यकता होती है। 100 मेगावाट की बैटरी सुविधा कई एकड़ में फैली हो सकती है। इसे गंभीर ग्रिड पैमाने पर भंडारण के लिए आवश्यक सैकड़ों या हजारों ऐसी सुविधाओं से गुणा करें और आप बहुत सारी भूमि के बारे में बात कर रहे हैं। जापान या सिंगापुर जैसी जगहों पर जहां ज़मीन महंगी है, यह एक बड़ी बाधा बन जाती है।
तो क्या ग्रिड स्तर की ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के नुकसान मौजूद हैं? हाँ, वे बिल्कुल ऐसा करते हैं। इसका मतलब यह नहीं है कि भंडारण आवश्यक नहीं है या हमें इसका निर्माण नहीं करना चाहिए। लेकिन यह दिखावा करना कि चुनौतियाँ मौजूद नहीं हैं या वे पर्याप्त सब्सिडी और आशावाद के साथ जादुई ढंग से खुद को हल कर लेंगी, मूर्खता है। ये वास्तविक इंजीनियरिंग, आर्थिक और भौतिक विज्ञान की समस्याएं हैं जिनके लिए वास्तविक समाधान की आवश्यकता है, न कि केवल उत्साहवर्धन की।