Kwa kuoanisha nishati ya jua na hifadhi ya betri, mahuluti yanaweza kuendelea kutoa umeme baada ya giza kuingia. Petmal kupitia Getty Images

Mfumo wa nishati ya umeme wa Amerika unapitia mabadiliko makubwa unapobadilika kutoka kwa mafuta hadi nishati mbadala. Ingawa muongo wa kwanza wa miaka ya 2000 ulishuhudia ukuaji mkubwa katika uzalishaji wa gesi asilia, na miaka ya 2010 ilikuwa muongo wa upepo na jua, dalili za awali zinaonyesha kuwa uvumbuzi wa miaka ya 2020 unaweza kuwa mafanikio katika mitambo ya "mseto".

Kiwanda cha nguvu cha mseto cha kawaida huchanganya uzalishaji wa umeme na hifadhi ya betri katika eneo moja. Hiyo mara nyingi inamaanisha shamba la jua au upepo lililounganishwa na betri za kiwango kikubwa. Kwa kufanya kazi pamoja, paneli za miale ya jua na hifadhi ya betri zinaweza kutoa nishati mbadala wakati nishati ya jua iko kilele chake wakati wa mchana na kisha kuifungua inavyohitajika baada ya jua kutua.

Mtazamo wa miradi ya nishati na uhifadhi katika bomba la utayarishaji hutoa taswira ya mustakabali wa nishati mseto.

Timu yetu katika Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Berkeley iligundua kuwa jambo la kushangaza Gigawati za 1,400 ya miradi inayopendekezwa ya kuzalisha na kuhifadhi imetuma maombi ya kuunganisha kwenye gridi ya taifa - zaidi ya mitambo yote ya umeme iliyopo ya Marekani kwa pamoja. Nyingi sasa ni miradi ya nishati ya jua, na zaidi ya theluthi moja ya miradi hiyo inahusisha mitambo ya kuhifadhi nishati ya jua na mseto.

Wakati mimea hii ya nguvu ya siku zijazo inatoa faida nyingi, wao pia kuibua maswali kuhusu jinsi gridi ya umeme inapaswa kuendeshwa vyema.

Kwa nini mahuluti ni moto

Upepo na jua zinapokua, zinaanza kuwa na athari kubwa kwenye gridi ya taifa.

Nishati ya jua tayari inazidi 25% ya uzalishaji wa umeme wa kila mwaka huko California na inaenea kwa kasi katika majimbo mengine kama vile Texas, Florida na Georgia. "Ukanda wa upepo" inasema, kutoka Dakotas hadi Texas, wameona upelekaji mkubwa wa mitambo ya upepo, huku Iowa sasa ikipata nguvu nyingi kutoka kwa upepo.

Asilimia hii kubwa ya nishati inayoweza kurejeshwa inazua swali: Je, tunaunganishaje vyanzo vinavyoweza kutumika tena vinavyozalisha kiasi kikubwa lakini tofauti cha nishati siku nzima?

Joshua Rhodes/Chuo Kikuu cha Texas huko Austin.

Hapo ndipo uhifadhi unapoingia. Bei za betri za Lithium-ion zina bei kuanguka haraka kwani uzalishaji umeongezeka kwa soko la magari ya umeme katika miaka ya hivi karibuni. Ingawa kuna wasiwasi juu ya siku zijazo changamoto za ugavi, muundo wa betri pia una uwezekano wa kubadilika.

Mchanganyiko wa nishati ya jua na betri huruhusu waendeshaji mitambo mseto kutoa nishati kupitia saa zenye thamani zaidi wakati uhitaji ni mkubwa zaidi, kama vile majira ya mchana na jioni wakati viyoyozi vinawaka sana. Betri pia husaidia kulainisha uzalishaji kutoka kwa nishati ya upepo na jua, kuhifadhi nishati ya ziada ambayo vinginevyo inaweza kupunguzwa, na kupunguza msongamano kwenye gridi ya taifa.

Mseto hutawala bomba la mradi

Mwishoni mwa 2020, kulikuwa na miradi 73 ya jua na 16 ya mseto wa upepo inayofanya kazi nchini Merika, ambayo ni jumla ya gigawati 2.5 za uzalishaji na gigawati 0.45 za uhifadhi.

Leo, jua na mahuluti hutawala bomba la maendeleo. Kufikia mwisho wa 2021, zaidi ya gigawati 675 za sola inayopendekezwa mimea ilikuwa imetuma maombi ya kuidhinishwa kwa kuunganisha gridi ya taifa, na zaidi ya theluthi moja yao ikiwa imeunganishwa na hifadhi. Gigawati nyingine 247 za mashamba ya upepo ziliambatana, na gigawati 19, au takriban 8% ya hizo, kama mahuluti.

 Kiasi cha mapendekezo ya nishati ya jua, hifadhi na nishati ya upepo inayosubiri kuunganishwa kwenye gridi ya taifa imeongezeka kwa kasi katika miaka ya hivi karibuni, wakati makaa ya mawe, gesi na nyuklia zimefifia. Lawrence Berkeley National Laboratory

Bila shaka, kuomba uunganisho ni hatua moja tu katika kuendeleza mtambo wa nguvu. Msanidi programu pia anahitaji makubaliano ya ardhi na jumuiya, mkataba wa mauzo, ufadhili na vibali. Takriban kiwanda kimoja tu kati ya vinne vipya vilivyopendekezwa kati ya 2010 na 2016 kilifanikiwa kufanya kazi kibiashara. Lakini kina cha kupendezwa na mimea ya mseto huonyesha ukuaji wa nguvu.

Katika masoko kama vile California, betri ni lazima kwa watengenezaji wapya wa sola. Kwa kuwa jua mara nyingi huchangia wengi wa madaraka katika soko la mchana, kujenga zaidi huongeza thamani ndogo. Kwa sasa 95% ya uwezo wote wa nishati ya jua unaopendekezwa kwenye foleni ya California huja na betri.

Masomo 5 juu ya mahuluti na maswali ya siku zijazo

Fursa ya ukuaji wa mahuluti inayoweza kurejeshwa ni kubwa wazi, lakini inazua maswali ambayo kikundi chetu katika Berkeley Lab imekuwa ikichunguza.

Hapa kuna baadhi yetu matokeo ya juu:

• Uwekezaji huo unalipa katika mikoa mingi. Tuligundua kuwa ingawa kuongeza betri kwenye mtambo wa nishati ya jua huongeza bei, pia huongeza thamani ya nishati. Kuweka uzalishaji na uhifadhi katika eneo moja kunaweza kupata manufaa kutoka kwa mikopo ya kodi, uokoaji wa gharama ya ujenzi na kubadilika kwa uendeshaji. Ukiangalia uwezekano wa mapato katika miaka ya hivi karibuni, na kwa usaidizi wa mikopo ya kodi ya shirikisho, thamani iliyoongezwa inaonekana kuhalalisha bei ya juu.

• Mahali pa pamoja pia inamaanisha biashara. Upepo na jua hufanya kazi vizuri zaidi ambapo nguvu za upepo na jua zina nguvu zaidi, lakini betri hutoa thamani kubwa zaidi ambapo zinaweza kutoa manufaa makubwa zaidi ya gridi ya taifa, kama vile kuondoa msongamano. Hiyo ina maana kwamba kuna ubadilishanaji wakati wa kubainisha eneo bora lenye thamani ya juu zaidi. Rekodi za ushuru za serikali ambazo zinaweza kupatikana tu wakati betri ziko pamoja na sola zinaweza kuhimiza maamuzi ya chini katika visa vingine.

• Hakuna mchanganyiko bora zaidi. Thamani ya mmea wa mseto imedhamiriwa kwa sehemu na usanidi wa vifaa. Kwa mfano, saizi ya betri inayohusiana na jenereta ya jua inaweza kuamua ni saa ngapi jioni mmea unaweza kutoa nguvu. Lakini thamani ya nishati ya usiku inategemea hali ya soko la ndani, ambayo inabadilika mwaka mzima.

• Sheria za soko la nguvu zinahitaji kubadilika. Mseto unaweza kushiriki katika soko la nishati kama kitengo kimoja au kama huluki tofauti, kwa zabuni ya nishati ya jua na hifadhi kwa kujitegemea. Mahuluti pia yanaweza kuwa wauzaji au wanunuzi wa nguvu, au zote mbili. Hiyo inaweza kuwa ngumu. Sheria za ushiriki wa soko za mahuluti bado zinaendelea kubadilika, na kuwaacha waendeshaji mimea kufanya majaribio ya jinsi wanavyouza huduma zao.

• Mahuluti madogo huunda fursa mpya: Mitambo ya umeme mseto inaweza pia kuwa ndogo, kama vile jua na betri katika nyumba au biashara. Vile mahuluti yamekuwa ya kawaida huko Hawaii kwani nishati ya jua inajaza gridi ya taifa. Huko California, wateja ambao wako chini ya kuzima kwa umeme ili kuzuia moto wa nyikani wanazidi kuongeza hifadhi kwenye mifumo yao ya jua. Haya mahuluti ya "nyuma ya mita". kuibua maswali kuhusu jinsi zinafaa kuthaminiwa, na jinsi zinavyoweza kuchangia utendakazi wa gridi ya taifa.

Mseto ndio kwanza unaanza, lakini mengi zaidi yapo njiani. Utafiti zaidi unahitajika kuhusu teknolojia, miundo ya soko na kanuni ili kuhakikisha bei ya gridi ya taifa na gridi ya taifa inabadilika nazo.

Ingawa maswali yanasalia, ni wazi kuwa mahuluti yanafafanua upya mitambo ya kuzalisha umeme. Na wanaweza kutengeneza tena mfumo wa nguvu wa Marekani katika mchakato huo.

kuhusu Waandishi

Joachim Seel, Mshirika Mwandamizi wa Uhandisi wa Sayansi, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulos, Ushirika, Masoko ya Umeme na Kikundi cha Sera, Lawrence Berkeley National Laboratory, na Je Gorman, Mtafiti Mwanafunzi aliyehitimu katika Masoko na Sera ya Umeme, Lawrence Berkeley National Laboratory

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.

Vitabu kuhusiana:

Baadaye Tunayochagua: Kuokoa Mgogoro wa Hali ya Hewa

na Christiana Figueres na Tom Rivett-Carnac

Waandishi, ambao walicheza majukumu muhimu katika Mkataba wa Paris juu ya mabadiliko ya hali ya hewa, wanatoa ufahamu na mikakati ya kushughulikia shida ya hali ya hewa, pamoja na hatua za mtu binafsi na za pamoja.

Bofya kwa maelezo zaidi au kuagiza

Dunia isiyokaliwa: Maisha Baada ya Joto

na David Wallace-Wells

Kitabu hiki kinachunguza matokeo yanayoweza kusababishwa na mabadiliko ya hali ya hewa ambayo hayajadhibitiwa, ikijumuisha kutoweka kwa watu wengi, uhaba wa chakula na maji, na ukosefu wa utulivu wa kisiasa.

Bofya kwa maelezo zaidi au kuagiza

Wizara ya Wakati Ujao: Riwaya

na Kim Stanley Robinson

Riwaya hii inawazia ulimwengu wa siku za usoni unaokabiliana na athari za mabadiliko ya hali ya hewa na inatoa maono ya jinsi jamii inaweza kubadilika kushughulikia shida hiyo.

Bofya kwa maelezo zaidi au kuagiza

Chini ya Anga Nyeupe: Hali ya Wakati Ujao

na Elizabeth Kolbert

Mwandishi anachunguza athari za binadamu kwa ulimwengu wa asili, ikiwa ni pamoja na mabadiliko ya hali ya hewa, na uwezekano wa ufumbuzi wa kiteknolojia wa kushughulikia changamoto za mazingira.

Bofya kwa maelezo zaidi au kuagiza

Upungufu: Mpango wa Kisiasa Zaidi Uliopendekezwa Kugeuza Upepo wa Ulimwenguni

imehaririwa na Paul Hawken

Kitabu hiki kinawasilisha mpango wa kina wa kushughulikia mabadiliko ya hali ya hewa, ikijumuisha masuluhisho kutoka kwa anuwai ya sekta kama vile nishati, kilimo, na usafirishaji.

Bofya kwa maelezo zaidi au kuagiza