Tantangan untuk Energi Hijau: Bagaimana Menyimpan Kelebihan Listrik


Selama bertahun-tahun, batu sandungan untuk membuat energi terbarukan praktis dan bisa diandalkan adalah bagaimana untuk menyimpan listrik selama berhari-hari ketika matahari tidak bersinar dan angin tidak bertiup. Tapi teknologi baru menunjukkan bahwa menyimpan energi terbarukan akhirnya mungkin dalam jangkauan.


Energi hijau merupakan dambaan banyak orang, tapi bagaimana menyimpannya?
(sumber foto : http://www.techbu.com/)


"Mengapa kita mengabaikan hal yang kita tahu? Kita tahu bahwa matahari tidak selalu bersinar dan bahwa angin tidak selalu bertiup "Jadi menurut  mantan Menteri Energi AS James Schlesinger dan Robert L. Hirsch pada musim semi lalu di The Washington Post (2009), menunjukkan bahwa karena energi terbarukan menghasilkan daya hanya sesekali. , "matahari dan angin mungkin hanya memberikan persentase sederhana dari Energi AS di masa depan."

Tak peduli bahwa Schlesinger gagal untuk mengungkapkan bahwa dia duduk di dewan direksi dari Peabody Energy, perusahaan batubara swasta terbesar di dunia- sebuah bisnis dengan kehilangan yang besar jika masa depan Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin. Tapi setidaknya ia dan penulis mendapatkan sebagian yang diungkapannya benar. Manfaat dari angin dan matahari sebagian besar hanya sekali- sejauh ini. Tapi entah bagaimana kedua orang tersebut melewatkan fakta bahwa pencarian yang massif untuk penyimpanan listrik yang terjangkau untuk mengatasi masalah tersebut berjalan dengan baik.


Selama beberapa dekade, "paritas grid" telah menjadi kuburan untuk energi alternatif. Ocehan dari kritikus adalah bahwa teknologi seperti angin dan matahari tidak bisa bersaing, dengan sumber listrik konvensional, seperti batubara dan nuklir, tanpa potongan pajak pemerintah besar atau subsidi langsung. Tapi tiba-tiba, dengan kemajuan teknologi yang cepat dan pertumbuhan ekonomi dari manufaktur, tenaga angin sekarang hampir berada pada paritas grid - yang berarti harganya kurang lebih sama untuk menghasilkan listrik dari angin seperti halnya dari batubara. Dan hari-hari dimana tenaga surya mencapai paritas grid mungkin hanya setengah dekade lagi.

Jadi dengan paritas grid sekarang menjulang, menemukan cara untuk menyimpan jutaan watt listrik berlebih untuk saat-saat angin tidak bertiup dan matahari tidak bersinar adalah tujuan yang suci. Dan ada tanda-tanda bahwa tujuan ini - hari ketika skala besar penyimpanan energi menjadi praktis dan hemat biaya - mungkin akan segera tiba. Beberapa teknologi yang dapat menyimpan jumlah energi yang cukup besar sudah dikerahkan. Lainnya, termasuk setidaknya beberapa dengan janji besar, terletak di atas cakrawala teknologi.

Pendekatan penyimpanan baru termasuk perbaikan baterai lithium ion yang ada dan skema untuk menyimpan energi sebagai udara terkompresi volume besar di kubah geologi yang luas. Ide lain adalah untuk menciptakan sebuah jaringan baterai padat energi kecil ke dalam puluhan juta rumah. Dalam skema seperti " penyimpanan terdistribusi ", utilitas komputer bisa mengkoordinasikan arus listrik melalui "smart grid" yang terus berkomunikasi dengan - dan menyesuaikan aliran listrik dari dan - baterai lokal. Hal ini bahkan akan mencakup baterai kendaraan plug-in hybrid atau  kendaraan listrik di masa depan.

Dan satu terobosan pada Tahun 2008 bahkan bisa memenuhi mimpi lama ahli kimia untuk memproduksi bahan bakar yang sangat bersih dan dapat disimpan dengan menggunakan kelebihan listrik yang dihasilkan dari sumber terbarukan untuk menghasilkan hidrogen murah, yang kemudian dapat digunakan dalam sel bahan bakar untuk listrik rumah dan mobil.

Dalam dunia yang mengutamakan bahan bakar fosil, mencari cara untuk menyimpan listrik memang tidak menjadi perhatian uatama : Pembangkit tenaga listrik di seluruh jaringan listrik regional tinggal membakar lebih banyak bahan bakar saat permintaan tinggi. Tapi skala besar penyimpanan listrik menjanjikan perubahan dalam industri energi, membebaskan energi alternatif dari batasan intermittence. Ini berarti bahwa jika pembangkit angin atau surya merupakan cara termurah dan paling bersih untuk menghasilkan tenaga, maka tidak akan peduli ketika matahari bersinar atau angin bertiup.

Salah satu pendekatan penyimpanan yang tampak tampaknya jelas: untuk meningkatkan teknologi baterai. Gambaran yang efisien adalah baterai besar yang dapat menyimpan puluhan juta watt-jam. Hari ini, sebagian besar panel surya baru fotovoltaik tersambung ke grid, menggunakannya sebagai baterai raksasa, mendorong kelebihan daya ke grid ketika panel surya memberikan listrik yang berlebih. Bangunan ini kemudian menarik daya dari grid ketika matahari tidak bersinar, dengan meteran yang berputar ke belakang dan ke depan dengan pasang surut dan aliran listrik. Dengan atap surya relatif sedikit namun dalam bermain, utilitas mengelola setiap pasang surut dengan menarik ke bawah dan kesamping pembangkitan pada pembangkit listrik konvensional yang dirancang untuk menyeimbangkan penawaran dan permintaan berfluktuasi.


Sebuah dunia tenaga surya dan angin yang lebih kuat mungkin lebih baik dilayani oleh semacam baterai raksasa - atau, lebih mungkin, banyak dari mereka, didistribusikan secara luas. Konsep dasar telah terbukti. Sejak tahun 2003, cadangan baterai terbesar di dunia telah menyimpan energi untuk seluruh kota: Fairbanks, Alaska. Terisolasi seperti itu, dan bukan bagian dari setiap grid listrik regional, wilayah metropolitan dari sekitar 100.000 penduduk memerlukan suplai listrik terus menerus lebih daripada kebanyakan: Di musim dingin suhu dibawah nol derajat dapat membekukan benda dalam waktu dua jam. Enam tahun lalu, kota ini memasang baterai nikel-kadmium besar, teknologi yang sama digunakan selama bertahun-tahun di komputer laptop dan perangkat portable lainnya.

Bertempat di sebuah gudang raksasa, baterai seberat 1.300 ton – lebih besar dari lapangan sepak bola, dan dapat mennghasilkan 40 juta watt. Namun, baterai Fairbanks hanya menyediakan listrik yang cukup untuk sekitar 12.000 penduduk selama tujuh menit. Itu sudah cukup untuk mencegah pemadaman di 81 kota di dua tahun pertama baterai beroperasi.

Namun penyimpanan yang efektif listrik dari surya atau angin menunjukkan bahwa untuk menghasilkan kekuatan setara salah satu PLTU besar memerlukan baterai yang lebih banyak ratusan kali lebih besar dari Fairbanks.

Satu kemungkinan jawaban? Di Jepang, apa yang disebut baterai "aliran" telah digunakan selama bertahun-tahun untuk menyimpan listrik cadangan di pabrik industri. Baterai Konvensional menyimpan energi dalam bentuk kimia. Dengan baterai aliran, bahan kimia bermuatan dipompa ke tangki penyimpanan, memungkinkan masih banyak bahan kimia yang dapat diisi dan dipompa pergi, lalu dipompa kembali ke bagian aktif dari baterai dan ditarik sesuai kebutuhan. Salah satu keuntungan besar: Baterai "ukuran" dapat diperluas dengan hanya menambahkan lebih banyak bahan kimia dan tangki penyimpanan lebih. Pada tahun 2003, utilitas lokal di Pulau Raja kecil, di lepas pantai Australia, memasang baterai aliran besar untuk menyerap dan kemudian melepaskan listrik berlebih dari sebuah pembangkit listrik tenaga angin (PLTB).

Sebagai teknologi pembangkitan energi alternatif, biaya akan menjadi kunci untuk menentukan mana baterai atau teknologi penyimpanan yang dapat digunakan. Selain kekhawatiran ekonomi seperti bahan baku dan biaya pemeliharaan dan daya tahan, teknologi penyimpanan menghadapi beberapa kerugian dalam “efisiensi round trip". Tak pelak lagi, beberapa energi hilang karena masuk ke dalam penyimpanan, dan hilang lagi karena keluar.


Saat ini, harapan yang naik tinggi pada baterai lithium ion, karena mereka memiliki efisiensi round trip yang mengesankan, dapat dikemas dalam kepadatan energi yang tinggi, dan dapat mengisi dan diisi ribuan kali sebelum menjadi rusak. Karena sifat-sifat tersebut, teknologi baterai lithium-ion telah menjadi semakin dominan dalam komputer laptop dan ponsel. Pada skala yang jauh lebih besar, baterai ion lithium yang kuat mensuplai energi pada Roadster-listrik Tesla yang mahal, dan dijadwalkan untuk menjadi energi Chevy Volt plug-in hybrida tahun depan.

Di grid, percobaan lithium ion sudah berlangsung. Satu perusahaan, General Electric yang didukung A123 Systems, mengumumkan akhir tahun 2008 bahwa ia telah dikontrak untuk menginstal dua megawatt lithium ion Unit penyimpanan pada pembangkit listrik California yang dimiliki oleh raksasa utilitas global AES.

Namun, lithium ion tetap menjadi teknologi yang relatif mahal - 10 kali lebih mahal daripada baterai asam timbal dengan kapasitas setara. Peningkatan teknologi dan skala manufaktur harus menurunkan biaya lithium dari waktu ke waktu, tetapi pada saat itu terjadi, dunia harus menunggu jalan ke pintu dimana seseorang menemukan cara untuk membangun sebuah baterai yang lebih baik.

Awal tahun ini, IBM mengungkapkan bahwa pihaknya meluncurkan program penelitian besar ke dalam apa yang tampak seperti teknologi yang lebih menjanjikan - baterai lithium logam-udara. Bulan lalu, sebuah perusahaan bernama PolyPlus mengumumkan bahwa mereka telah berhasil mengembangkannya.

Baterai PolyPlus dan teknologi IBM memberikan kepadatan energi 10 kali lebih menakjubkan daripada teknologi ion terbaik bahkan dibandingkan dengan lithium. Itu berarti bahwa, untuk pon per pon, mereka menawarkan kepadatan energi dari bensin. Alasan utama mereka dapat menyimpan begitu banyak energi adalah bahwa mereka menggunakan oksigen, yang diambil dari udara, di tempat dari beberapa reaktan kimia yang digunakan juga oleh sepupu mereka, baterai ion lithium.

Ada satu ganjalan besar: Air bukan hanya mengandung oksigen, tetapi juga mengandung kelembaban, dan lithium memiliki kebiasaan buruk bertindak seperti bensin tersulut bila terkena uap air, menciptakan resiko nyata dari kebakaran dan ledakan. Chandrasekhar Narayan, manajer ilmu pengetahuan dan teknologi di IBM Almaden Research Center dekat San Jose, California, telah menyarankan bahwa ia akan mengambil lima sampai 10 tahun untuk mengembangkan membran efektif yang akan melewatkan oksigen ke dalam baterai sekaligus menjaga kelembaban tetap diluar.

Masih diawang-awang, ada "kendaraan untuk grid" penyimpanan, atau "carbitrage." Gagasan menarik ini menjadi gantungan dari jutaan baterai mobil plug-in hybrid atau mobil listrik yang akan digunakan di masa depan. Ada alasan untuk percaya skema ini bisa bekerja. Lebih dari 90 persen dari mobil menunggu, dan selain dari hari mereka digunakan untuk perjalanan jauh, sebagian besar kapasitas penyimpanan energi penuh mereka pergi tidak terpakai.

Sebuah mobil yang menganggur dapat menghasilkan sebanyak 10 kilowatt listrik, cukup untuk memenuhi permintaan rata-rata 10 rumah, menurut Willett Kempton, direktur dari Pusat Karbon bebas Integrasi Daya di University of Delaware. Dengan kendaraan teknologi grid, dikendalikan oleh sebuah array meter cerdas, pemilik mobil terpasang di rumah atau bekerja dapat memungkinkan grid untuk mengalirkan daya yang tidak terpakai pada saat-saat permintaan tinggi jangka pendek. Sebaliknya, mobil bisa diisi ulang ketika permintaan rendah.

Kekuatan yang tersimpan dalam mobil-mobil listrik, atau di mana saja di grid, tidak mungkin berasal dari baterai saja. Pada bulan Maret, yang berbasis di Texas EEStor mengumumkan bahwa mereka telah menerima verifikasi dari pihak ketiga dengan teknologi "ultracapacitor". Perusahaan tersebut mengklaim memiliki perangkat ringan, yang dianugerahi paten AS Desember lalu, bisa menyimpan listrik dalam jumlah besar jauh lebih cepat dari baterai apapun dan dapat melakukannya dengan biaya lebih rendah.

Seperti baterai, kapasitor bank. Kapasitor konvensional kecil telah di mana-mana dalam perangkat elektronik sejak awal ditemukannya Radio. Tapi kapasitor, sejauh ini, belum mampu untuk menyimpan listrik cukup lama untuk bersaing dengan baterai. Mereka telah digunakan sebagai perangkat dengan tingkat fluktuasi tegangan keluar atau menyimpan power sebentar yang mendekati keluaran sesaat.

EEStor mengklaim bahwa perangkatnya, yang seperempat berat dari baterai lithium ion, dapat menyimpan muatan besar selama beberapa hari. Patennya menggambarkan perangkat seberat 281 pon yang akan memiliki biaya yang sama dengan paket seberat setengah ton lithium ion baterai yang terpasang pada Tesla Roadster. Perusahaan Ultracapacitors belum membuktikan diri dalam produk komersial. Tapi raksasa industri Lockheed Martin telah mendaftar dengan EEStor menggunakan ultra kapasitor masa depan dalam aplikasi pertahanan, dan Zenn Motors berbasis di Toronto juga telah mengambil hak milik di EEStor, mengatakan akan memiliki mobil listrik di jalan menggunakan teknologi tersebut pada Tahun 2010.

Jika baterai yang maju atau ultracapacitors bukan jawaban akhir, mungkin menggunakan kelebihan listrik untuk membuat hidrogen yang dapat disimpan akan menjadi pilihan. Hidrogen dapat dihasilkan melalui elektrolisis sederhana, tetapi kendala teknis dan biaya telah membuat elektrolisis tidak praktis. Hari ini, skala industri hidrogen diproduksi menggunakan gas alam sebagai bahan baku yang tidak terlalu bersih.

Tapi itu mungkin telah mulai berubah musim panas lalu ketika MIT mengumumkan bahwa tim yang dipimpin oleh ahli kimia Daniel Nocera telah membuat suatu "penemuan besar" yang menggunakan jenis baru katalis menggunakan kobalt dan fosfat - bahan yang melimpah dan tidak beracun - untuk memulai elektrolisis.

Pengamat luar mengatakan proses bisa menjadi revolusioner: membuka kemungkinan bahwa listrik dilakukan setiap saat dengan sinar matahari atau angin dapat disimpan dengan hanya membelah (dan kemudian mengkombinasikan) molekul air yang berlimpah, bahkan mungkin air laut bisa diminum. Terobosan ini telah dikatakan oleh ilmuwan ilmuwan Inggris James Barber dari Imperial College London dalam laporannya "implikasi besar untuk kesejahteraan masa depan umat manusia." Para Xconomy situs web pada bulan April bahwa Nocera diam-diam membentuk sebuah perusahaan startup bernama Sun Catalytics. Upaya untuk mencapai Nocera atas tanggapan tidak berhasil.


Dan ada kemajuan yang dibuat pada bagian depan yang sama sekali berbeda - dengan menggunakan kelebihan listrik untuk memompa udara yang dikompresi ke dalam gua-gua, kubah garam, dan sumur gas alam tua, dan kemudian melepaskan udara untuk memutar turbin PLTU, menurunkan jumlah bahan bakar yang dikonsumsi sebanyak 70 persen. Sebuah konsorsium utilitas di Iowa, Minnesota, dan Dakota sudah bekerja sama dengan AS Nasional Sandia Laboratories mengembangkan sistem kompresi udara raksasa sebesar 268 megawatt. Disebut Taman Energi Iowa Stored yang akan menyimpan kelebihan energi dari angin industri berkembang di kawasan itu.

Sumber :
The Challenge for Green Energy: How to Store Excess Electricity (Jon R Louma)

Share on Google Plus

About Redaksi

Satu Blog Untuk Energi, Berisi Artikel, Data, Tips, Skema, Gambar, Makalah di Bidang Energi . Artikel yang ditayangkan terdiri dari Teori Dasar, Penemuan, Aplikasi Ilmu, Kebijakan Pemerintah, Layanan Perusahaan Energi, Tips-tips mudah sebagai konsumen, Isu Tekini di bidang Energi, Pengetahuan Praktis, Skema Dasar dan Makalah di bidang Energi seperti Kelistrikan, PLN, dan Sumber energi Primer (Air, Angin, Laut, Panas Bumi, Nuklir, Batubara, Minyak, Gas).

0 comments:

Post a Comment