Καλύτερες μπαταρίες σημαίνει καλύτερος κόσμος
Γιατί η βελτιωμένη αποθήκευση ενέργειας έχει μεγαλύτερη σημασία από το σχιστολιθικό αέριο και τις ΑΠΕ
James Manyika και Michael Chui
(Πηγή : http://foreignaffairs.gr)
Είτε το πιστεύετε είτε όχι, η μπαταρία αποθήκευσης ηλεκτρισμού - μια τεχνολογία που υπάρχει από τον 18ο αιώνα - θα μπορούσε να αλλάξει την οικονομική πορεία τού 21ου αιώνα.
Χάρη σε σημαντικές ανακαλύψεις που τοποθετούνται στο ορατό μέλλον, οι μπαταρίες χαρακτηρίζονται ως μια από τις 12 επαναστατικές τεχνολογίες που το McKinsey Global Institute έχει προσδιορίσει ως τμήμα μιας πρόσφατης έκθεσης [1] σχετικά με τις καινοτομίες που θα αλλάξουν τον τρόπο που λειτουργεί ο κόσμος. Κάθε τεχνολογία που «αλλάζει το παιχνίδι», θα μπορούσε να επηρεάσει εκατοντάδες εκατομμύρια ανθρώπους, να δημιουργήσει εκατοντάδες δισεκατομμύρια δολάρια το χρόνο σε οικονομική αξία και να αναμορφώσει μεγάλους τομείς τής παγκόσμιας οικονομίας. Οι προηγμένες μπαταρίες, από την πλευρά τους, έχουν τη δυνατότητα να διαμορφώσουν την παγκόσμια ζήτηση για ορυκτά καύσιμα, να αυξήσουν την χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο, να φέρουν αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια σε επιχειρήσεις στις αναπτυσσόμενες οικονομίες, και να προσφέρουν ηλεκτρική ενέργεια - και ως εκ τούτου πρόσβαση στον σύγχρονο κόσμο - σε εκατομμύρια φτωχών σε όλο τον κόσμο.
Τούτων λεχθέντων, η αποθήκευση ενέργειας θα μπορούσε να έχει οικονομικό αντίκτυπο περί τα 635 δισεκατομμύρια αμερικανικά δολάρια ετησίως, ποσό το οποίο αποτελεί μια μέτρηση της αξίας που δημιουργείται από τη χρήση της τεχνολογίας, καθώς και τα έσοδα που φέρνει στις εταιρείες που την παράγουν. Η αξία για τους χρήστες περιλαμβάνει βελτιωμένη απόδοση, καλύτερα κόστη, μεγαλύτερη ευκολία, εξοικονόμηση χρόνου και άλλα οφέλη. Η συνολική αξία που εκτιμούμε ότι θα μπορούσε να δημιουργηθεί σε ετήσια βάση το 2025 από την αποθήκευση της ενέργειας - ως επί το πλείστον επιτευχθείσα μέσω της εξοικονόμησης καυσίμων - είναι σχεδόν ισοδύναμη με το ΑΕΠ της Σαουδικής Αραβίας και μεγαλύτερη από τις εκτιμώμενες πιθανές επιπτώσεις από υψηλού προφίλ εξελίξεις όπως η «τρισδιάστατη εκτύπωση», η υδραυλική ρηγμάτωση (στμ: hydraulic fracturing, με την οποία αντλούνται ορυκτά καύσιμα από σχιστολιθικά πετρώματα) και τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Καθόλου άσχημα για μια τεχνολογία που έχει εξελιχθεί για περισσότερο από 200 χρόνια και μπορεί να βρεθεί οπουδήποτε στις αναπτυσσόμενες και τις ανεπτυγμένες οικονομίες.
Εξ ορισμού, η αποθήκευση ενέργειας είναι κάθε σύστημα ή τεχνολογία που σας επιτρέπει να παράγετε ενέργεια κάποια στιγμή και να την χρησιμοποιήσετε σε μια άλλη. Μια από τις πιο κοινές μορφές αποθήκευσης ενέργειας είναι τα αντλούμενα υδροηλεκτρικά αποθέματα (pumped hydroelectric storage, PHES), η οποία περιλαμβάνει την άντληση νερού σε μια δεξαμενή σε υψηλότερη περιοχή και την αποδέσμευσή του αργότερα ώστε να ρέει μέσω ενός στροβίλου και να παράγει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. Οι υδροηλεκτρικές εταιρείες χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια για την άντληση του νερού στις δεξαμενές όταν το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας είναι χαμηλό και παράγουν περισσότερη ενέργεια από το νερό όταν οι τιμές είναι υψηλές. Μια άλλη κοινή μορφή αποθήκευσης ενέργειας, βέβαια, είναι η συνηθισμένη μπαταρία σας.
Στην μελέτη μας, επικεντρωθήκαμε στην μπαταρία γιατί αυτή η τεχνολογία, σε αντίθεση με την υδροηλεκτρική, βιώνει μια ραγδαία εξέλιξη που θα μπορούσε να ταρακουνήσει το σύνολο του κλάδου. Στα επόμενα δέκα έως 15 χρόνια, οι εξελίξεις στα συστατικά που μπαίνουν σε μπαταρίες θα μπορούσαν να διπλασιάσουν την ικανότητα αποθήκευσης, να μειώσουν το κόστος και να επεκτείνουν τη ζωή των επαναφορτιζόμενων μπαταριών, γεγονός που καθιστά πιο πρακτικό για τους καταναλωτές να χρησιμοποιούν αποθηκευμένη ενέργεια σε περισσότερα μέρη. Η πρόοδος που επιτρέπει αυτά τα οφέλη σε απόδοση περιλαμβάνει νέα είδη καθόδων (ο θετικός πόλος σε μια μπαταρία) που εξαλείφουν τις νεκρές –ηλεκτρικές- ζώνες και βελτιώνουν τις επιδόσεις. Περιλαμβάνουν επίσης νέα είδη ανόδων (αρνητικούς πόλους) κατασκευασμένα από πυρίτιο που θα μπορούσαν να αυξήσουν την χωρητικότητα της μπαταρίας κατά 30% σε σύγκριση με εκείνες που χρησιμοποιούν σήμερα στοιχεία από γραφίτη. Λίγο πιο μετά, μπορεί να υπάρξει πρόσθετη πρόοδος μέσω της εισαγωγής νανοϋλικών που έχουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά αγωγιμότητας.
Τα περισσότερα από τα οικονομικά οφέλη από τις βελτιωμένες μπαταρίες θα έρθουν μέσα από τη χρήση τους στα οχήματα που κινούνται με ηλεκτροκινητήρα. Με την πρόοδο στην χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας, στη μείωση του κόστους για τα κατασκευαστικά στοιχεία, και την πιο αποτελεσματική κατασκευή μπαταριών, τα πλήρως ηλεκτρικά και μερικώς ηλεκτρικά (υβριδικά και επαναφορτιζόμενα υβριδικά) αυτοκίνητα θα μπορούσαν να γίνουν πιο ελκυστικά για τους καταναλωτές. Σήμερα, το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας για ένα υβριδικό αυτοκίνητο σε διάστημα πέντε ετών εκτιμάται από ιστοσελίδες της αυτοκινητοβιομηχανίας όπως το Edmunds.com ότι είναι περίπου 39% υψηλότερο από όσο για ένα αντίστοιχο μοντέλο με κινητήρα εσωτερικής καύσης. Μέχρι το 2025, το συνολικό κόστος από την ιδιοκτησία ενός υβριδικού ή ενός συμβατικού αυτοκίνητου θα μπορούσε να είναι περίπου ίδιο, με την προϋπόθεση οι τιμές της βενζίνης θα βρίσκονται στο επίπεδο των 2,85 δολαρίων το γαλόνι ή υψηλότερα (στμ: στις ΗΠΑ…). Με ίδιο το κόστος ιδιοκτησίας, το μερίδιο των υβριδικών οχημάτων στις ετήσιες παγκόσμιες πωλήσεις αυτοκινήτων θα μπορούσε να αυξηθεί από περίπου 3% σήμερα και να κυμαίνεται από 20% έως 40% το 2025. Η συνολική αξία της λιγότερης (ή καθόλου) χρήσης ορυκτών καυσίμων σε αυτά τα μερικώς ή πλήρως ηλεκτρικά οχήματα θα μπορούσε να φτάσει ως τα 415 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως το 2025.
Στις αναπτυσσόμενες οικονομίες, η αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες θα μπορούσε να έχει τεράστιο αντίκτυπο στην οικονομική ανάπτυξη. Οι αναπτυσσόμενες οικονομίες υποφέρουν από δύο προβλήματα που οι βελτιωμένες μπαταρίες μπορούν να βοηθήσουν να αντιμετωπιστούν. Το πρώτο είναι η αναξιοπιστία των ηλεκτρικών παροχών. Στις χώρες αυτές, οι διακοπές του ηλεκτρικού ρεύματος είναι κατά μέσο όρο από δύο έως 70 ώρες μηνιαίως. Αυτό είναι αρκετά κακό για τους απλούς πολίτες, αλλά πραγματικά γονατίζει τη βιομηχανία, η οποία αντιπροσωπεύει το 43% της κατανάλωσης ενέργειας στις αναπτυσσόμενες οικονομίες. Σε μια πρόσφατη έρευνα της Παγκόσμιας Τράπεζας, το 55% των επιχειρήσεων στη Μέση Ανατολή και τη Βόρεια Αφρική, το 54% στη Νότια Ασία και το 49% στην υποσαχάρια Αφρική, είπαν ότι η έλλειψη πρόσβασης σε αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια βλάπτει την ικανότητά τους να επιχειρούν.
Σχεδόν όλες οι μεγάλες επιχειρήσεις στις αναπτυσσόμενες οικονομίες επενδύουν σε εφεδρική ηλεκτροπαραγωγή, αλλά τα εκατομμύρια των μικρών επιχειρήσεων που δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά να το πράξουν βρίσκονται στο έλεος των απρόσμενων διακοπών ηλεκτρικού. Οι μπαταρίες στο ηλεκτρικό σύστημα που θα παρέχουν ενέργεια όταν οι γεννήτριες σταματούν, επιτρέποντας στις επιχειρήσεις να συνεχίσουν να λειτουργούν, θα μπορούσαν να δημιουργήσουν έναν ετήσιο οικονομικό αντίκτυπο από 25 δισ. δολάρια ως 100 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2025.
Το δεύτερο πρόβλημα στις λιγότερο αναπτυγμένες οικονομίες είναι να φθάσει η ηλεκτρική ενέργεια σε απομακρυσμένες περιοχές και σε άλλους τομείς πέρα από εκεί που υπάρχει ήδη το ηλεκτρικό δίκτυο. Μόνο το 63% των αγροτικών πληθυσμών στις αναπτυσσόμενες οικονομίες έχουν πρόσβαση στην ηλεκτρική ενέργεια, κάτι που περιορίζει σημαντικά τις πιθανότητές τους στην ανάπτυξη και την πρόσβασή τους σε κρίσιμες υπηρεσίες. Με βάση τις τρέχουσες δημογραφικές προβολές, πάνω από ένα δισεκατομμύριο άνθρωποι σε όλο τον κόσμο θα μπορούσε να είναι χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα [2] το 2025. Η αξία της παροχής πρόσβασης σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω μπαταριών σε απομακρυσμένες περιοχές και μόνο, θα μπορούσε να ανέλθει σε οτιδήποτε από 2 δισ. έως 50 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως μέχρι το 2025. Η εκτίμηση υπολογίζει μόνο το 60 κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας ανά μήνα ανά νοικοκυριό, ενέργεια αρκετή για φωτισμό, κάποια τηλεόραση, φόρτιση κινητού τηλεφώνου, ραδιόφωνο και έναν ανεμιστήρα. Παρ’ όλα αυτά, με τη βελτίωση των μπαταριών και των ηλιακών φορτιστών - ένα κιτ που μπορεί να δοθεί με leasing σε πολύ χαμηλές τιμές - εκατομμύρια από τους φτωχότερους ανθρώπους του κόσμου μπορούν να αποκτήσουν τουλάχιστον μια θέση στην παγκόσμια οικονομία.
Ακόμη πιο ενδιαφέρον θέμα από τα αυτοκίνητα και τη χρήση ενέργειας στις αναπτυσσόμενες χώρες, είναι αυτό που είναι γνωστό ως δικτυακή αποθήκευση (grid storage) – η χρήση μπαταριών στο ηλεκτρικό δίκτυο για την αποθήκευση ενέργειας. Η αποθήκευση αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διάφορους τρόπους για να βελτιώσει την αξιοπιστία, την ποιότητα και να χαμηλώσει το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα ακόμα μεγαλύτερο όφελος θα μπορούσε να προέλθει από την ενσωμάτωση της ηλεκτρικής ενέργειας από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας στην παροχή ρεύματος. Σήμερα, ακόμη και αν μια τοπική ηλεκτρική εταιρεία είναι πλήρως αφοσιωμένη στη χρήση πράσινης ενέργειας, θα τα βρει «σκούρα», επειδή η αιολική και η ηλιακή ενέργεια είναι διακοπτόμενες: Όταν ο άνεμος δεν φυσά και ο ήλιος δεν λάμπει, οι ανεμογεννήτριες και οι ηλιακοί συλλέκτες δεν παράγουν ηλεκτρισμό. Με τις μπαταρίες, η ηλεκτρική ενέργεια από τις πηγές αυτές μπορεί να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί όποτε αυτό είναι αναγκαίο. Η αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες, όχι μόνο μπορεί να διευθετήσει την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον άνεμο και τα φωτοβολταϊκά πάρκα αλλά και από ηλιακούς συλλέκτες οροφής που χρησιμοποιούνται σε χιλιάδες σπίτια και κτίρια γραφείων.
Η αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες θα επιτρέψει στις κοινωφελείς επιχειρήσεις να υποδεχθούν το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας από αυτές τις πηγές, όποτε αυτό υπάρχει και να το δαπανούν όποτε χρειάζεται. Οι μπαταρίες θα μπορούσαν να επιτρέψουν επίσης στους καταναλωτές – τους πλούσιους, τουλάχιστον - να αποθηκεύουν την δική τους πλεονάζουσα ενέργεια και να ζουν εκτός δικτύου. Δεδομένων των ανησυχιών για την ασφάλεια του ηλεκτρικού εφοδιασμού, οι στρατιωτικοί και μεγάλοι βιομηχανικοί χρήστες μπορεί να υιοθετήσουν τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και την αποθήκευση της ενέργειας σε μπαταρίες για να βγουν από το δίκτυο, επίσης.
Ακόμη και τώρα, η αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες μπορεί να βελτιώσει τα οικονομικά της παραγωγής και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας σε όλο τον κόσμο. Σήμερα, οι ηλεκτρικές εταιρείες αναγκάζονται να δημιουργούν πλεονάζουσα παραγωγική ικανότητα, έτσι ώστε να μπορούν να ανταποκριθούν στις ώρες αιχμής της ζήτησης, η οποία μπορεί να προκύψει μόνο λίγες μέρες το χρόνο, όταν οι θερμοκρασίες ανεβαίνουν και τα κλιματιστικά δουλεύουν στο φουλ για μέρες. Με τις μπαταρίες, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται σε περιόδους χαμηλής ζήτησης και με χαμηλό κόστος μπορεί να αξιοποιηθεί κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλότερης ζήτησης και τιμών. Το πόσο γρήγορα οι εταιρείες κοινής ωφέλειας θα υιοθετήσουν την αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες ως έναν τρόπο αντιμετώπισης των φορτίων αιχμής είναι ένα αναπάντητο ερώτημα. Με βάση την τρέχουσα τιμή του φυσικού αερίου, κυρίως στη Βόρεια Αμερική, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας μπορεί να βρίσκουν φτηνότερο να χτίζουν και να λειτουργούν επιπλέον μονάδες φυσικού αερίου για τις ώρες αιχμής. Ακόμα κι έτσι, εκτιμούμε ότι ο οικονομικός αντίκτυπος από τη χρήση αποθήκευσης ενέργειας για την μετατόπιση του φορτίου αιχμής θα είναι μεταξύ 10 δισ. και 25 δισεκατομμυρίων δολαρίων ετησίως το 2025.
Τελικά, η αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες μπορεί να βοηθήσει τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να βελτιώσουν την ποιότητα της ηλεκτρικής ενέργειας. Όταν υπάρχουν ξαφνικές αιχμές ή πτώσεις της ζήτησης στο ηλεκτρικό δίκτυο, το φορτίο στο σύστημα μπορεί να βγει εκτός ισορροπίας, με αποτέλεσμα η τάση να πέσει. Για να αποτρέψουν αυτές τις διακυμάνσεις, οι οποίες μπορεί να σπείρουν τον όλεθρο σε βιομηχανικό εξοπλισμό και ηλεκτρονικές συσκευές, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας θα μπορούσαν να αποθηκεύσουν το 1% με 4% της πρόσθετης ικανότητας παραγωγής, η οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιείται όπως απαιτείται για τη ρύθμιση της μεταβλητότητας. Εάν η αποθήκευση σε μπαταρίες αντικαταστήσει το σύνολο του 4% της εφεδρικής δυναμικότητας, οι πιθανές οικονομικές επιπτώσεις θα μπορούσε να είναι 25 δισ. έως 35 δισ. δολάρια ετησίως το 2025, μετά την αφαίρεση του κόστους των μπαταριών.
Η επίτευξη της δυνητικής οικονομικής αξίας των προηγμένων μπαταριών θα εξαρτηθεί από την απάλειψη τεχνικών, οικονομικών και ρυθμιστικών εμποδίων. Για παράδειγμα, πριν να μπορέσουν να επιτευχθούν τα πλήρη οφέλη από τους νέους ανοδικούς πόλους πυριτίου, οι επιστήμονες θα πρέπει να εξαλείψουν την τάση των στοιχείων αυτών να σπάνε. Για να επιτευχθεί ένα μεγαλύτερο ποσοστό επί των παγκόσμιων πωλήσεων αυτοκινήτων, τα υβριδικά οχήματα θα πρέπει να πετύχουν ακόμη χαμηλότερο κόστος ιδιοκτησίας από ό, τι προβλέπουμε, δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος της αύξησης στις παγκόσμιες πωλήσεις αυτοκινήτων έως το 2025 θα συμβεί στις αναπτυσσόμενες οικονομίες. Τέλος, για να υλοποιηθούν τα οφέλη που παρέχονται από την αποθήκευση ηλεκτρισμού στο δίκτυο και την μετατόπιση του φορτίου αιχμής, οι κανονισμοί για τις εταιρείες κοινής ωφέλειας θα πρέπει να εξελιχθούν. Αν οι ρυθμιστικές αρχές συνεχίσουν να επιμένουν, όπως κάνουν σήμερα, ότι οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας πρέπει να έχουν ένα επιπλέον 4% της παραγωγικής τους ικανότητας ως απόθεμα για την κάλυψη της ζήτησης αιχμής, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας δεν έχουν κανένα κίνητρο να επενδύσουν στην αποθήκευση ενέργειας για την μετατόπιση του φορτίου αιχμής. Υποθέτοντας ότι οι προκλήσεις αυτές μπορούν να αντιμετωπιστούν, η παλιά καλή μπαταρία θα κερδίσει τη θέση της ανάμεσα στις μεγάλες τεχνολογίες της εποχής μας.
* Ο JAMES MANYIKA είναι Διευθυντής στο McKinsey Global Institute.
Ο MICHAEL CHUI είναι σχολάρχης στο MGI. Αμφότεροι έχουν έδρα στο Σαν Φρανσίσκο.
Copyright © 2002-2012 by the Council on Foreign Relations, Inc.
All rights reserved.
Στα αγγλικά: http://www.foreignaffairs.com/articles/139637/james-manyika-and-michael-...
Σύνδεσμοι:
[1] http://www.mckinsey.com/insights/business_technology/disruptive_technolo...
[2] http://www.worldenergyoutlook.org/media/weowebsite/2011/executive_summar...
