太陽エネルギーはクリーンで豊富な再生可能エネルギー源であり、温室効果ガスの排出量を削減し、気候変動と戦うのに役立ちます。ただし、太陽エネルギーは変化しやすく不確実でもあるため、天候や時間帯に依存します。これは、開発と人類の幸福のために信頼性が高く手頃な電力が不可欠である電力不足の地域にとって課題となっています。
エネルギー貯蔵技術: 重要な解決策
太陽エネルギーの変動性と不確実性を克服する 1 つの方法は、太陽エネルギーが豊富なときに貯蔵し、必要なときに使用することです。エネルギー貯蔵は、電力需要と供給のピークとディップを平滑化するのに役立つだけでなく、送電網の故障や緊急事態の場合にバックアップ電力を提供するのにも役立ちます。
太陽エネルギーで使用できるエネルギー貯蔵技術には、次のようなさまざまな種類があります。
電池: これらのデバイスは、蓄積された化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。これらは家庭から電力網レベルまでさまざまな規模で使用でき、近年はより安価で効率的になっています。たとえば、米国カリフォルニア州のモス ランディング エネルギー貯蔵施設は、これまでのところ世界最大のバッテリー エネルギー貯蔵システムであり、容量は 300 メガワットです。
揚水水力: この方法では、エネルギー需要が低いときに水を上流に汲み上げ、需要が高いときにタービンを通して水を放出して発電します。これは、特に大規模用途で最も広く使用されているエネルギー貯蔵形式です。揚水発電を含む水力発電は、2019 年も世界最大の再生可能発電源であり続けると予想されます。
熱エネルギー貯蔵: この技術には、水、溶融塩、氷、または相変化材料などの材料に熱または冷たさを蓄えることが含まれます。建物や産業プロセスに暖房や冷房を提供したり、蒸気タービンや熱エンジンを使用して発電したりするために使用できます。熱エネルギー貯蔵の規模は 2030 年までに 3 倍に増加すると予測されています。
機械エネルギー貯蔵: このアプローチでは、動きや重力を利用して電気を蓄えます。例としては、フライホイール、圧縮空気、重力ベースのシステムなどがあります。これらのテクノロジーは、送電網の変動や電力品質の問題に迅速かつ柔軟に対応できます。
エネルギー貯蔵技術: 重要な課題
エネルギー貯蔵は、電力不足の地域に太陽エネルギーを統合する上で多くの利点をもたらしますが、多くの課題にも直面しています。これらには次のようなものがあります。
料金：エネルギー貯蔵技術は、従来の化石燃料ベースの発電所に比べて依然として高価です。エネルギー貯蔵のコストは、技術の種類、サイズ、場所、用途などのさまざまな要因によって異なります。蓄電システムの耐用年数全体にわたって供給される電力の単位あたりの平均コストを測定する平準化蓄電コスト (LCOS) は、テクノロジーや地域によって大きく異なります。
パフォーマンス: エネルギー貯蔵技術には、電力容量、エネルギー容量、効率、寿命、環境への影響の点で異なる特性があります。これらは、さまざまな目的やシナリオへの適合性に影響します。たとえば、バッテリーは短時間であれば高出力を提供できますが、揚水水力は長時間であれば低出力を提供できます。さらに、一部のエネルギー貯蔵技術は時間の経過とともに劣化したり、サイクルや自己放電により効率が低下したりする可能性があります。
信頼性：エネルギー貯蔵技術は、電力不足の地域での電力需要を満たすのに十分な信頼性が必要です。停電は健康、教育、経済活動に重大な影響を与える可能性があります。ただし、エネルギー貯蔵の信頼性は、太陽資源の利用可能性と品質、およびシステムの設計と運用によって決まります。たとえば、トン らによる研究。完璧な送電と年間発電量が年間需要に等しくても、エネルギー貯蔵がない場合でも、太陽光発電システムは時間の 48–79% (風力発電システムの 72–91% と比較して)’ 年の電力需要しか満たせないことが判明しました。 ）。 12 時間のストレージを追加すると、この範囲は太陽光発電システムの場合は 65–88% (風力発電システムの場合は 83–94%) に増加しますが、それでも年間数百時間の需要が満たされていないままになります。
結論
太陽エネルギーとエネルギー貯蔵は、電力不足の地域にクリーンで持続可能な電力を供給する上で重要な役割を果たします。しかし、彼らは対処すべき多くの技術的、経済的、社会的課題にも直面しています。したがって、太陽光や風力資源だけでなく、水力発電、地熱、バイオマスなどの他の再生可能資源も考慮した、総合的かつ統合的なアプローチが必要です。需要管理、削減、地域集約などの他のソリューションも含まれます。さらに、エネルギー貯蔵の開発は、地域社会のニーズや好み、さらには技術が環境や社会に与える影響と調和する必要があります。