Elon Musk Peaks Ehitama Pumbaga Hüdroenergiat Tesla Energy, The Boring Co Ja Söekaevuritega

2023 Autor: Isabella Ferguson | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-11-26 12:47

Hiljuti tehti pealkirju, kui Austraalia meeskond avaldas uuringu, milles leiti, et 100% taastuvvõrgus kõigi tulevaste ladustamisvajaduste rahuldamiseks on rohkem kui piisavalt pumbatud hüdroakumulaatorite asukohti. Nagu öeldakse Austraalia rahvusmuuseumis hostitud ülemaailmsel ressursside kaardil:

„Leidsime geograafilise infosüsteemi (GIS) analüüsi abil umbes 616 000 potentsiaalselt teostatavat PHES-i saiti, mille salvestuspotentsiaal on umbes 23 miljonit gigavatt-tundi (GWh). See on umbes sada korda suurem kui 100% ülemaailmse taastuvenergia toetamiseks vajalik elektrisüsteem.”

Teisisõnu, peame oma vajaduste rahuldamiseks kasutama ainult umbes 1% ülemaailmselt pumpatavate hüdroenergiaallikate asukohtadest. Lisaks suudab pumbatud hüdroenergia energiat nädalaid salvestada ja edasi-tagasi elektrilt kõrgendatud veele elektrini on 80–90% tõhus. See on juba kaugelt suurim kommunaalhoidla maailmas, kus 2016. aasta lõpu seisuga töötab üle 160 GW pumpatava hüdroenergia nimivõimsust.

NREL avaldas 2018. aastal pumbatud hüdroenergia väärtuse aruande, millest tasub tsiteerida paari bitti:

"PSH on väga paindlik, madala marginaalse kuluga ja kiiresti toimiv tootmise vara ning turusimulatsioonides näitas see, et see vähendab kogu süsteemi hõlmavaid tegevuskulusid nii järgmisel päeval kui ka reaalajas"

„Kõigis turusimulatsioonides vähendas PSH lisamine testisüsteemi aastaseid tegevuskulusid märkimisväärselt. Kulude kokkuhoid varieerus eeloleva päeva turusimulatsioonides 1,2–2,8% ja reaalajas toimuvate simulatsioonide puhul 3,9–10%.”

Tundub, et meil on võitja. See on kaljukindel tehnoloogia, mis võeti esmakordselt kasutusele 1890. aastatel. See võib olla igav, kuid töötab, on lihtne ja tõhus. See säästab võrgu pealt raha. Ja nagu näitas Austraalia uuring, on ressurssi absurdselt rohkem, kui me vajame.

Miks siis regulaarselt väidetakse, et pumbatavast hüdroenergiast ei piisa?

Avaldasin lühikese nimekirja toimivatest kliimameetmetest ja osutasin pumbatud hüdroenergiale kui esmase ladustamismehhanismile, mis tuleb välja töötada. Kommentaarid selle tüki kohta sisaldasid halvustavaid märkusi pumpatava hüdroenergia kohta. Samamoodi ei nõua minu hinnang demokraatia juhtivate kandidaatide kliimameetmete tegevuskavade jaoks hüdroenergia pumpamist, vaid rohkem teadus- ja arendustegevust ladustamiseks, eesmärgiga vähendada kulusid alla aku ladustamise. Kuna pumbatud hüdroenergia on juba aku ladustamiskuludest madalam, on see kriimustav olukord.

Hiljuti pöördus minus oma teose, Joi Scientifici püsiva vesiniku illusioon tuleb kukkudes põhjal, innovatiivse ettevõtte kosmoses Lõuna-Aafrika Vabariigis. Nagu paljude minu klientide puhul, soovis ettevõte ka oma tehnoloogia iseseisvat lugemist, et mõista, kuidas see sobib ja kas neil on analüüsis midagi puudu.

Pilti kasutatakse raskusjõu loal

Nende innovatsiooni eeldus on otsene. Kui kasutate vedelikku täis šahtis suurt kivi- või betoonpistikut, võite pumba hüdrotehnikat kasutada pistiku üles ja alla liigutamiseks. Kujutage ette raketisilo, mis toodab elektrit, selle asemel, et varjata ICBM-i. See võimaldab palju suuremat kaalu vähemate mehaaniliste ehitusprobleemidega. Tegin veidi hoolsust, et näha, kas saaksin kuidagi väärtust lisada. Vaatasin üle nende materjali, patendi, esitasin mõned küsimused ja sain aru, et nende lahendus oli kindel.

Arutelu ajendas mind mõtlema Boring Company ja Tesla Energy peale ning Tesla Powerpacki akulahenduse omadustele. See on suurepärane sama päeva lahendus kiire reageerimisenergia saamiseks, kuid omadused, mis muudavad selle päikesekardiga pardikõverate jaoks heaks, ei tee seda kauem kestva ladustamise jaoks. See muutub odavamaks, kuid pole siiski suuremahulise ladustamise odav vorm. Kui hindasin sel aastal kliendi jaoks Kanadas mastaapse, süsinikuneutraalse ja turvalise kasvuhoone elujõulisust, oli lahenduse Powerpacki komponent kõige kallim osa, kui lahus pidi võrku jääma, ja et lahendus sisaldas 100 000 ruutjalga kõrgtehnoloogilist kasvuhoonet, 3 MW LED-e, paar aakrit päikesepaneele ja väga suurt maasoojuspumpa, mis kõik on iseenesest kapitalimahukad komponendid. Powerpacki 4-tunnine kasutegur on 85%, kuid see pole nii hea 72 tunni pärast.

Uurisin Tesla-ühenduse kohta ettevõtte Gravity Power asutajalt ja tegevjuhilt ning inimeselt, kelle nimel patendid on, Jim Fiskelt. Nad olid Muskiga sellest vestelnud, kuid muu hulgas on Boring Company puuritud võlli läbimõõt majanduslikult tasuvate mudelite jaoks liiga väike.

„Kõigi nende kaalutluste tulemuseks on see, et väga suured gravitatsioonielektrijaamad (mitu gigavatt-tundi) on äärmiselt kulutõhusad, samas kui väga väikesed ei ole tavaliselt kulukonkurentsivõimelised. Kui ütlen „kulutõhus”, pean ma silmas GPP-de salvestamise tasandatud kulusid umbes viis korda madalamat kui liitiumioonakude tehastes.”

Vestluste ja väljaannete vahel otsustasin, et on aeg süveneda hiljuti Austraaliast välja tulnud globaalsesse uuringusse. Muuhulgas oli mul uudishimulik näha, kas see oli veel üks näide masinõppest kliima lahenduste ruumis, millest ma uurin sarjana, mis viib ametliku CleanTechnica aruandeni. Globaalse uuringu eelretsenseeritud dokument pole veel välja antud, kuid see on 2018. aastal avaldatud Austraaliale suunatud uuringu laiendus. See uuring on geograafilise infosüsteemi algoritmid, et leida potentsiaalsed saidid pumbatava hüdroenergia salvestamiseks Lu, Stocks, jt ajakirjas Applied Energy.

Sain kiiresti aru, et enamik inimesi arvab pumbatavast hüdroenergiast ja uuringus öeldust, mis katkestab ühenduse, mis võib viia pumbatud hüdro kui mahuka lahendusena kõrvale jätmisele.

Lisaks huvitavatele uuendustele, nagu Gravity Power, on pumbatud hüdroelektri kolme tüüpi. Ühel neist on omadused, mis tähendavad, et kinnituste saamiseks ja ehitamiseks võib kuluda 15 aastat. Kaks neist ei jaga neid omadusi ning nende kinnitamine ja ehitamine on palju kiirem. Uuring keskendus konkreetselt kahele viimasele, see tähendab, et 100x rohkem ressurssi kui vaja, on spetsiaalselt hõlpsam leida ja kiiremini arendada ressurssi. See on väga hea uudislugu.

Vaatame väljakutsetest arusaamise saamiseks esimest tüüpi avatud hüdroisolatsiooniga hüdroenergiat. See pumbatava hüdroenergia vorm on pidevalt ühendatud looduslikult voolava veega. See tähendab tammi ehitamist, suure veehoidla loomist ja keskkonna kaudu voolanud vee suunamist elektritootmisele. Sellel on suur arv keskkonnamõjusid ning seda mõjutab ka avalikkuse tugev tagasilöök rajatise allavoolu ja ülesvoolu, kellele tavaliselt ja mõistlikult meeldib, kuidas vesi voolab, ja maa, mis on veealune. Suurem osa täna olemasolevast 160 GW pumbatud hüdroelektrijaamast on avatud ahelaga.

See on vorm, mille ehitamine võtab 15 aastat, kui selle ehitamine üldse õnnestub.

Uuringu autorid keskendusid aga kahte tüüpi suletud ahelaga pumbatavatele hüdro-, kuiv- ja kalkunipesadele.

Pilti kasutatakse Austraalia riikliku ülikooli RE100 Groupi loal

Ülemisel diagrammil on kujutatud kuivkaevuga pumbatud hüdroasukoht. Nagu nimigi ütleb, on see maaomadus, mis sobib tammimiseks, kuid millest vett läbi ei jookse. Sellisena saab ülemise ja alumise veehoidla luua ja täita ilma veevoolu takistamata, ojade kahjustamata või voolavast veest sõltuvat elupaika ja elusloodust kahjustamata.

Alumine skeem näitab Türgi pesast pumbatud hüdrolõiget. Seda nimetatakse seetõttu, et kalkunid teevad pesa maapinnale, ehitades küljed üles. Türgi pesa variant sobib tasasema maa jaoks, kus kuiva süvendit pole. Lamem ei tähenda muidugi tasast kui pannkooki, kuid selline, mis langeb kergelt kõrgemalt madalamale, nii et saab välja kaevata kaks kalkunipesa reservuaari, maad kasutatakse seinte ehitamiseks ja ühendatud igavaga tunnel vee kahesuunaliseks voolamiseks.

Uuringu autorid nimetavad seda tüüpi pumbatavat hüdroenergiat lühiajaliseks jõeväliseks energiasalvestiks (STORES) ja nende modelleerimine põhineb sellel. Nad otsisid selgesõnaliselt kiireks arenguks suurepäraste omadustega ressursse.

POED asuvad jõgedest eemal ja sellel on vähe mõju keskkonnale ja loodusmaastikule, kuna: (1) puudub suhtlus põhivarre jõgede ökosüsteemiga, (2) pole konflikte ega konkurentsi looduskaitsealade ja intensiivse maakasutusega ning (3) keskmise suurusega veehoidlad, mis asuvad elektritaristu ja taastuvate energiaallikate vahetus läheduses.”

Olles Briti Columbias, tunnen ma hüdroelektrijaamade reservuaaride suurusi ja tean, et need on tõepoolest väga suured. Näiteks 800 km võimsusega C-pais, mis ehitatakse välja Kirde eKr, rahujõel Alberta piiri lähedal, on reservuaariga 93 ruutkilomeetrit ehk 36 ruut miili. See on piirkond, mis kataks suurema osa San Franciscost ja on perspektiivi mõttes Manhattanist veidi suurem. See on Tahoe järve suurune viiendik.

Veehoidla peab olema nii suur, et võimaldada tõhusaks genereerimiseks piisavat pead - vertikaalset vahekaugust sisselaske ja väljalaske vahel. Kui enamik inimesi mõtleb hüdroelektrijaamale, mõtlevadki nad sellest, tohututest veehoidlatest, mis uputavad palju maad, millel olid sageli inimesed, kultuuriliselt olulised elemendid või põllumajandus, palju betooni ja allavoolu, mis on radikaalselt muutunud. Kuid see pole STORES.

„PHES-süsteem koos kahe 100 hektari (ha) ja 1 gigalitrise (GL) reservuaariga, mis on eraldatud 500 m kõrgusevahega, suudab anda 1 gigavatt-tund (GWh) mälumahtu (eeldades, et kasutatav osa on 85% ja efektiivsus) 90%) või 200 MW võimsust 5-tunnise elektrisüsteemi salvestamise korral - võrdne suure gaasiküttel töötava elektrijaamaga.

Nad otsisid väga kõrgel asuvaid saite, kus vertikaalne pea muudab salvestatava energia hulga suurt vahet. Lõppude lõpuks on see gravitatsioonisüsteem ja mida kõrgem on pea, seda suurem on vee potentsiaalne energia. Kilogrammi 10 meetri kui 1 meetri tõstmiseks kulub rohkem energiat ja saate rohkem energiat tagasi.

Pilti kasutatakse Austraalia riikliku ülikooli RE100 Groupi loal

See uuringu näitaja on Presenzano hüdroelektrijaama ülemise ja alumise veehoidla, Itaalia.

Minimaalne pea, mida nad uuringus otsisid, oli 300 meetrit. Võrdluseks on saidil C 50-meetrine pea. See tähendab, et veehoidlad võivad olla palju väiksemad. Ülaltoodud näide, mille suurus on 100 hektarit iga veehoidla kohta, on ainult ruutkilomeeter või umbes 0,4 ruut miili. See on kümnendik protsenti Site C tammi veehoidla suurusest. See on vähem kui kolmandik NYC Central Parki suurusest või veerand San Francisco Francisco Golden Gate'i pargist. Tammiseinad modelleeriti kuivkaevukohtade jaoks maksimaalselt 40 meetrit (130 jalga) ja kalkuni pesapaiku 20 meetrit (65 jalga). Need ei ole tühised ehitised, kuid võrdluseks on Californias asuv Oroville'i tamm 234 meetrit (770 jalga). Hüdroelektri standardite järgi on nad tagasihoidlikud.

Nii et need on väikesed veehoidlad, mis ei blokeeri jõgesid ega ojad, mis asuvad looduskaitsealadest ja parkidest eemal, mis asuvad ülekandeliinide lähedal, mis asuvad suure taastuvenergiaallikaga alade lähedal ja suudavad tagada GWh võimsuse ladustamist. Edasi-tagasi kasutegur on 80% kuni 90% ja ladustamine võib toimuda mitu päeva või nädalat, ehkki NRELi uuringu kohaselt on selle kõige ökonoomsem järgmise päeva võrgu tasakaalustamine. See on vastupidine Tesla Powerpackile, mis on praegu päevasel tasakaalustamisel väga efektiivne, leotades päeva keskel päikest päeva lõpu tippude jaoks.

On kaks tähelepanekut. Esimene on see, et selliste alade heakskiitmine peaks olema palju kiirem ja vähem vastuoluline kui hüdroelektrijaamade puhul üldiselt. Muuhulgas mõtlesin, kas ülemaailmsel asukoha uuringul on juurdepääs üksikasjalikele andmetele tundlike või säilinud looduslike alade kohta, mis on sama kvaliteediga kui Austraalia uuring. Pöördusin uuringu ühe peamise autori Matt Stocksi poole ja ta ütles mulle:

„Keskkonnaalaste väljaarvamiste jaoks kasutame ülemaailmset kaitstud ala andmebaasi. Meile pole sellega seoses probleeme pööratud. Maakasutus on keerulisem. Meie ainus maakasutuse väljajätmine on suure linnatihedusega piirkonnad. See ei ole täiuslik, kui kogu maailmas on hulgaliselt väiksemaid linnu üle ujutatud."

Mulle kinnitati, et väljaspool Austraalia keskkonnakinnitusi ei vaidlustata. Väiksemate linnade väljakutse peaks olema triviaalne, arvestades seda, et saite on 100x rohkem kui vaja, nii et kui ressursside andmebaasi hindavad riigid, saavad nad riigiandmete abil linnadega alad kõrvaldada. Veebikaardistamise ressursis on ka tingimus, et iga potentsiaalse saidi valideerimiseks tuleb veel teha geoloogilisi, tektoonilisi ja inseneritöid. Paljud ei ole nõlva stabiilsuse jms tõttu elujõulised.

Samuti oli mul uudishimulik, kas tal oli perspektiivi, kas STORESi abil on kinnituse saamine kiirem.

„Austraalia osariigid haldavad peamisi kinnitusi ja vastutavad elektrisüsteemi eest regulatiivselt. NSW on välja andnud pumbatava hüdraulilise teekaardi ja SA toetab seal mitmeid ettepanekuid. Tuule- ja päikeseenergia heakskiitmisprotsessid on heakskiitmisprotsessi vormistavate osariikide kaudu oluliselt sujuvamad ja see näib tekkivat Austraalias pumbatava hüdroenergia jaoks.

Teisisõnu jah. STORESi standardimine viib meid õigele teele ja võimaldab sujuvaid kinnitusi. Kuna meil on vaja 2030. aastaks palju liikuda, on see suurepärane uudis ja kõikides riikides paljundatav.

Kas sellest piisab USA-le? Millised on nõuded? ANU kohta:

"Austraalia analüüsi põhjal on ligikaudne juhend 100% taastuvenergia säilitamise nõuete kohta 1 gigavatt (GW) miljoni inimese kohta 20-tunnise ladustamisega, mis on 20 GWh miljoni inimese kohta. See on tugevalt ühendatud suure pindalaga võrgu jaoks (1 miljon km²) heade tuule- ja päikeseressurssidega riigis, kus energiat tarbitakse palju."

Ja milline on Ameerika Ühendriikide ressursside suurus? Uuring näitab, et USA-l on umbes 4 500 GWh potentsiaalseid Poodide saite miljoni inimese kohta, mis on eeldatavasti üle 200 korra suurem.

Pilti kasutatakse Austraalia riikliku ülikooli RE100 Groupi loal

Ja need kauplused asuvad enamasti suuremate rahvastikukeskuste lähedal. Kui mõni tasasematest olekutest sooviks pumbaga ladustamist, kohustub Gravity Power seda hea meelega. Need sobivad suurepäraselt tasasele maa-alale ja nende keskkonnamõju on veelgi väiksem kui STORES.

Mis on veel paljude nende asukohtade puhul tõsi?

Pildi viisakus USGS

Nendes piirkondades on palju kivisöetöötajaid, kes oskavad rocki töötada. Pumbatava hüdroenergia ehitamine on tugevalt kooskõlas nende tehniliste ja insenertehniliste oskustega. Ja neid on 60 000 või rohkem, kes soovivad head tööd ja eelistaksid, et see poleks liiga kaugel nende perekonna asukohast. Pakun jätkuvalt, et demokraatide kandidaadid peaksid selle kampaania planguks tegema, kuid ma pole veel näinud, et see oleks kasutusele võetud. Olen selle küsimuse esitanud doktor Ike Kirbyle ja Kamala Harrise keskkonnapoliitika nõunikule, kuid pole siiani vastust saanud.

Aga tagasi Elon Muski juurde. Nagu ma varem märkisin, ei sobi Boring Company hästi Gravity Poweri suure läbimõõduga võlli nõudeks. Aga kuidas on STORESi uuringus kindlaks tehtud suletud ahelaga pumbaga hüdroenergiaga? Pumbatav hüdro vajab tunneleid, mitte tohutut võlli. Tunnelid ulatuvad 4,5–8 meetrini olemasolevate objektide ja Springeri uuringu kohta.

Mida teeb Boring Company? See igab 4,3-meetriseid valmis šahte. Mida teeb Tesla Energy? See hoiab energiat. Alustage alt, suunake Line-Storm ülespoole ülemise veehoidla juurde, käivitage see ülespoole ja kasutage saadud tunnelikivimit ja pinnast reservuaaride savialustes. Mis on suletud ahelaga pumbatud hüdro jaoks veel hea? Mingisugune kattematerjal aurustumise vähendamiseks, nii et te ei pea neid nii sageli täiendama, mis on minu jaoks suurepärane Tesla kaubanduslike päikesepaneelide kasutusvõimalus, hõljudes ülemise ja alumise veehoidla rahulikus vees. Tundub, et pole mõtet. Niisiis jõudsin Eloni poole.

- Michael Barnard (@mbarnardca) 9. november 2019

Veel pole vastust tulnud, kuid sellest on möödunud vaid mõni tund. Kui ta vastab, olen kindel, et see tekitab huvitava arutelu.

Lõpetuseks olin üksikasjalikku uuringut lugedes uudishimulik, kas kasutatud lähenemisviis kasutas masinõppe eeliseid või mitte. Ja see pole nii. See on geograafiline algoritmiline otsinguprotsess, mis kõigepealt välistab hulga alasid, seejärel teeb konkreetsed arvutused potentsiaalselt elujõuliste kohtade kohta. See on arvutuslikult intensiivne, kuid kasutades klassikalisi tehnikaid, mitte närvivõrgu tehnikaid. See ei tähenda, et see ei kehastaks palju teadmisi ja uuendusi, lihtsalt mitte seda konkreetset tüüpi. Küsisin Matt Stocksilt, miks pole masinõpet selle konkreetse lahenduse jaoks kasutatud.

„Masinaõpe töötab tõesti hästi suurte andmekogumite puhul, kus masinõppe algoritmid saavad õppida ühest andmekogumist ja ekstrapoleerida teise. Ma arvan, et suletud ahelaga skeemide kohta pole piisavalt näiteid algoritmide koolitamiseks. Ja kui seal on veehoidla, ei saa me enam näha, milline maa selle all välja näeb, kuna kõrgusmõõtmised viitavad maapinna asemel veetasemele."

See sobib hästi võrreldes hiljuti käsitletud CoastalDEM-i masinõppe jõupingutustega, mille tulemusel leiti palju suurem rannikurisk ekstreemsete veetasemete tekkeks kui seni oli aru saadud. Sellel uuringul oli nii globaalne NASA SRTM andmekogum, mis on samaväärne Stocksi jt andmetega. kasutatud, kuid neil oli ka suure osa Ameerika Ühendriikide ja Austraalia rannajoonest lidari andmete lugemise komplekt, millega seda treenida. Olemasolevate kuivkaevu ja kalkunipesaga pumbatavate hüdroelektrijaamade arv on väike ning kõrguse parandamiseks ja mujalt sarnaste funktsioonide leidmiseks pole samaväärseid lidari andmetega.

Nii et meil on see olemas. Pumbatud hüdro on ülimalt elujõuline ladustamistehnoloogia, see kattub kenasti Tesla olemasoleva akutehnoloogia omadustega, Boring Company-l on kiirlaagritele sobivad kiiretunnelite seadmed ja seal on palju suurepäraseid söekaevureid, keda saaks kodu lähedal ümber paigutada Ameerika Ühendriikides. Mulle näib tõepoolest võitja.