Tenaga surya dan angin bersaing dengan pembangkit listrik tenaga batu bara dalam hal sistem penyimpanan energi. Foto AP / Mel Evans

Energi bebas karbon: Apakah jawabannya tertiup angin? Mungkin, tetapi angin tidak selalu bertiup, matahari juga tidak selalu bersinar. Energi yang dihasilkan oleh angin dan tenaga surya adalah terputus-putus, artinya listrik yang dihasilkan naik dan turun sesuai dengan cuaca.

Tetapi output dari jaringan listrik harus dapat dikontrol agar sesuai dengan perubahan permintaan dari detik ke detik dari konsumen. Jadi intermittency tenaga angin dan matahari merupakan tantangan operasional untuk sistem kelistrikan.

Penyimpanan energi adalah solusi yang diakui secara luas untuk masalah energi terbarukan yang berselang. Idenya adalah bahwa penyimpanan naik ketika angin bertiup, atau matahari bersinar, kemudian dibuang ketika energi dibutuhkan. Penyimpanan untuk grid dapat a baterai kimia seperti yang kami gunakan dalam perangkat elektronik, tetapi juga dapat berbentuk memompa air ke atas bukit ke reservoir dan menghasilkan listrik ketika membiarkannya mengalir kembali, atau menyimpan dan mengeluarkan udara mampat di gua bawah tanah.

Bentuk penyimpanan energi yang paling banyak digunakan pada jaringan listrik adalah memompa air ke atas bukit dan kemudian melepaskannya pada jam-jam sibuk untuk menjalankan turbin listrik. Vattenfall, CC BY-NC-ND

Termotivasi oleh pandangan bahwa penyimpanan adalah teknologi "hijau", pemerintah semakin mempromosikan skala utilitas dan penyimpanan energi yang didistribusikan. Misalnya, pada November 2017, Gubernur New York Andrew Cuomo menandatangani undang-undang yang mewajibkan target untuk adopsi penyimpanan oleh 2030. Negara bagian lain dengan kebijakan serupa adalah Oregon, Massachusetts, California, dan Maryland. Perusahaan seperti Tesla juga telah menyebut sistem penyimpanan branding sebagai teknologi bersih.

Tetapi apakah sistem penyimpanan besar menurunkan emisi di jaringan kita saat ini? Di sebuah Studi terbaru, kami menemukan ini belum tentu demikian - sebuah refleksi betapa rumitnya sistem kelistrikan.

Peran batubara

Karena penyimpanan dapat memungkinkan energi terbarukan untuk memenuhi permintaan yang berubah, kami sering menganggap bahwa teknologi itu pada dasarnya hijau - yaitu, dengan menambahkan penyimpanan dan energi terbarukan ke jaringan, kami mengurangi emisi gas rumah kaca. Ini mirip dengan memperhatikan bahwa komputer dapat memberikan manfaat pendidikan dan produktivitas, dan kemudian mengasumsikan bahwa segala sesuatu yang dilakukan seseorang pada komputer adalah pendidikan atau produktif. Untuk penyimpanan energi dan komputer, itu tergantung pada bagaimana Anda menggunakannya.

Dalam analisis kami, kami menemukan bahwa menambahkan penyimpanan dapat, untuk beberapa grid, meningkatkan emisi karbon. Sekilas berlawanan dengan intuisi, hasil ini masuk akal ketika orang mempertimbangkan bagaimana jaringan listrik dioperasikan. Secara umum, seluruh jaringan AS dioperasikan sebagai mengatur sub-grid regional yang menutupi AS seperti selimut tambal sulam.

CEO Tesla Elon Musk memperkenalkan baterai perusahaan untuk jaringan listrik di 2015. Foto AP / Ringo HW Chiu

Penyimpanan energi tidak memiliki emisi cerobong asap seperti batubara atau pembangkit listrik gas alam. Tetapi penyimpanan baru memengaruhi operasi pembangkit listrik lain di jaringan, menghasilkan peningkatan atau penurunan emisi karbon tergantung pada jenis pembangkit listrik yang memasok listrik untuk wilayah itu.

Dalam kebanyakan kasus, sistem penyimpanan di AS beroperasi untuk memaksimalkan keuntungan. Untuk melakukan ini, penyimpanan "membeli rendah dan menjual tinggi." Listrik biasanya murah di malam hari ketika permintaan rendah, dan lebih mahal di siang hari, terutama ketika orang pulang dari kerja dan menyalakan banyak peralatan. Jadi operator sistem penyimpanan cenderung membeli di malam hari dan menjual di siang hari. Efek bersih penyimpanan terhadap emisi tergantung pada jenis generator apa yang digunakan untuk memenuhi permintaan baru di malam hari versus siang hari.

Dalam grid dengan banyak daya batubara - negara bagian Midwestern, Barat dan Selatan sangat bergantung pada batubara - Pembangkit batubara biasanya digunakan untuk memenuhi perubahan kecil dalam permintaan di malam hari. Pabrik gas alam cenderung bekerja pada siang hari untuk memenuhi permintaan puncak. Dalam jaringan listrik ini, penyimpanan cenderung diisi dengan daya batubara di malam hari, menggantikan tenaga gas alam di siang hari.

Tenaga batubara adalah sumber listrik yang lebih kotor daripada gas alam, dengan emisi karbon sekitar dua kali lipat untuk setiap unit listrik yang diproduksi. Oleh karena itu, di tempat-tempat penyimpanan baru berarti lebih banyak batubara dan lebih sedikit pembangkitan gas alam, penyimpanan akan meningkatkan total emisi karbon dari jaringan.

Di Midwest, kami menemukan bahwa menambahkan kapasitas penyimpanan 3 gigawatt, daya yang cukup untuk memasok sekitar 500,000 rumah AS, meningkatkan emisi karbon setara dengan menambahkan mobil 6,700 per tahun ke jalan. Dan semakin banyak penyimpanan ditambahkan, emisi karbon meningkat.

Di sisi lain, kami menemukan bahwa di New York, negara dengan tenaga batu bara yang sangat sedikit, menambahkan penyimpanan mengurangi emisi karbon. Midwest saat ini adalah jaringan listrik paling kotor di AS, dan New York adalah salah satu yang paling bersih, sehingga daerah lain akan jatuh di antara keduanya.

Tidak selalu mudah menjadi hijau

Jadi, bagaimana para perencana grid dapat mencapai janji pernikahan yang bahagia antara penyimpanan dan energi terbarukan, dengan asumsi bahwa mereka harus tinggal di rumah yang sama dengan Paman Batubara tua yang kering?

Satu kemungkinan adalah bahwa, bahkan dengan penyimpanan yang beroperasi untuk memaksimalkan keuntungan, menambahkan cukup angin dan matahari ke jaringan listrik dapat menangkal efek batubara. Dengan kelebihan energi terbarukan yang cukup, penyimpanan dalam bentuk apa pun - baterai atau tempat penampungan air, misalnya - lebih disukai menggunakan tenaga surya dan angin karena merupakan sumber termurah ketika pasokan daya melebihi permintaan. Penyimpanan masih akan menggeser tenaga batubara dari malam ke hari, tetapi memungkinkan energi terbarukan lebih dari cukup untuk menebus emisi tambahan.

Peraturan dapat dirancang sehingga sistem penyimpanan energi mengisi dengan kelebihan listrik dari angin dan matahari, yang merupakan langkah menuju membuat penyimpanan lebih bersih. petrmalinak / Shutterstock.com

Kami mempelajari ini dan menemukan bahwa untuk jaringan Midwest ada titik balik ketika angin dan matahari mencapai sekitar 18 persen dari total kapasitas pembangkit: Pada saat itu, menambah penyimpanan mulai berkurang daripada meningkatkan emisi. Level adopsi saat ini adalah 10 persen, sehingga akan membutuhkan waktu sebelum penyimpanan di Midwest mengurangi emisi.

Pilihan lain adalah mengubah cara penyimpanan dioperasikan. Misalnya, dengan harga yang rendah untuk karbon, biaya generator yang berbeda akan bergeser sehingga biaya penyimpanan lebih jarang dari pembangkit batubara, mengurangi emisi bahkan di jaringan Midwest yang berat batubara.

Sementara pajak karbon nasional tidak terlihat kemungkinan dalam waktu dekat, ada jalan lain untuk memastikan hasil hijau dari penyimpanan. Sebagai contoh, negara dapat menerapkan kebijakan yang mendorong lebih banyak penggunaan sumber daya nol-karbon daripada batubara.

Apapun itu, penyimpanan akan selalu membantu kita untuk menggunakan lebih banyak sumber listrik murah kita. Pertanyaannya adalah apakah itu batu bara, nuklir atau energi terbarukan.

Tentang Penulis

Naga Srujana Goteti, Mahasiswa PhD bidang Energi dan Keberlanjutan, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, Asisten Profesor Kebijakan Publik, Rochester Institute of Technology, dan Eric Williams, Associate Professor of Sustainability, Rochester Institute of Technology

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

Drawdown: Rencana Komprehensif yang Paling Sering Diusulkan untuk Menghilangkan Pemanasan Global

oleh Paul Hawken dan Tom Steyer
Dalam menghadapi ketakutan dan apati yang meluas, sebuah koalisi internasional para peneliti, profesional, dan ilmuwan telah berkumpul untuk menawarkan serangkaian solusi realistis dan berani untuk perubahan iklim. Seratus teknik dan praktik dijelaskan di sini — beberapa diketahui dengan baik; beberapa Anda mungkin belum pernah mendengarnya. Mulai dari energi bersih hingga mendidik anak perempuan di negara berpenghasilan rendah hingga praktik penggunaan lahan yang menarik karbon dari udara. Solusi yang ada, layak secara ekonomi, dan komunitas di seluruh dunia saat ini menerapkannya dengan keterampilan dan tekad. Tersedia di Amazon

Merancang Solusi Iklim: Panduan Kebijakan untuk Energi Karbon Rendah

oleh Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Dengan dampak perubahan iklim yang sudah menimpa kita, kebutuhan untuk mengurangi emisi gas rumah kaca global sangatlah mendesak. Ini tantangan yang menakutkan, tetapi teknologi dan strategi untuk menghadapinya ada saat ini. Seperangkat kecil kebijakan energi, yang dirancang dan diterapkan dengan baik, dapat membawa kita ke jalan menuju masa depan rendah karbon. Sistem energi itu besar dan kompleks, sehingga kebijakan energi harus fokus dan hemat biaya. Pendekatan satu ukuran untuk semua tidak akan menyelesaikan pekerjaan. Pembuat kebijakan membutuhkan sumber daya yang jelas dan komprehensif yang menguraikan kebijakan energi yang akan berdampak terbesar pada masa depan iklim kita, dan menjelaskan cara merancang kebijakan ini dengan baik. Tersedia di Amazon

Ini Semua Perubahan: Kapitalisme vs Iklim

oleh Naomi Klein
In Ini Semua Perubahan Naomi Klein berpendapat bahwa perubahan iklim bukan hanya masalah lain yang harus diajukan antara pajak dan perawatan kesehatan. Ini adalah alarm yang memanggil kita untuk memperbaiki sistem ekonomi yang sudah gagal dalam banyak hal. Klein dengan cermat membangun kasus tentang seberapa besar pengurangan emisi rumah kaca kita adalah kesempatan terbaik kita untuk secara bersamaan mengurangi kesenjangan yang menganga, membayangkan kembali demokrasi kita yang rusak, dan membangun kembali ekonomi lokal kita yang hancur. Dia mengungkap keputusasaan ideologis dari penyangkal perubahan iklim, delusi mesianis dari calon geoengineer, dan kekalahan tragis dari terlalu banyak inisiatif hijau mainstream. Dan dia menunjukkan dengan tepat mengapa pasar tidak — dan tidak bisa — memperbaiki krisis iklim tetapi malah akan memperburuk keadaan, dengan metode ekstraksi yang semakin ekstrem dan merusak secara ekologis, disertai dengan kapitalisme bencana yang merajalela. Tersedia di Amazon

Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon digunakan untuk membiayai biaya membawa Anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, serta ClimateImpactNews.com tanpa biaya dan tanpa pengiklan yang melacak kebiasaan browsing Anda. Sekalipun Anda mengeklik tautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa pun yang Anda beli dalam kunjungan yang sama di Amazon memberi kami komisi kecil. Tidak ada biaya tambahan untuk Anda, jadi silakan berkontribusi untuk upaya ini. Anda juga bisa menggunakan link ini untuk digunakan ke Amazon kapan saja sehingga Anda dapat membantu mendukung upaya kami.