Ya tenemos una solución al cambio climático y no depende del gobierno. Algo así va a suceder, la única pregunta es qué tan rápido. La solución viene en tres partes:
- La generación de energía solar fotovoltaica es tan barata que supera cualquier otra opción de generación de energía a un costo nivelado
- Una solución de almacenamiento de energía rentable para resolver la intermitencia a corto plazo (horas y días): es decir, días nublados, durante la noche.
- Una solución de almacenamiento de energía rentable para resolver la intermitencia a largo plazo (semanas y meses), es decir, el invierno
Ninguno de estos requiere que el gobierno intervenga. Todo lo que necesitamos es tecnología existente, fuerzas del mercado y tiempo. Nuestra esperanza es que el tiempo que necesitamos no sea suficiente para cocinar el planeta con combustibles fósiles.
Vamos a repasar estas piezas una por una.
1. La energía solar fotovoltaica superará cualquier otro método de generación de energía en el costo para el año 2030 (sí, me refiero al costo no subsidiado):
- ¿Trabajar en una organización grande ayuda a comenzar su propia compañía en el futuro?
- ¿Cuál es el futuro realista más probable para Irak y Siria?
- ¿Cuánto tiempo tomará para que los humanos colonicen el espacio?
- ¿Podemos vivir en un futuro como Futurama?
- ¿Se considerará ISIS como una gran amenaza en el futuro (2020-2050)?
La energía solar fotovoltaica ya es mucho más barata de lo que crees. Incluso en países nublados, los países del norte como Alemania y Dinamarca están en paridad de red. En los condados más soleados como India, son la fuente de energía más barata disponible (que ofrecen las ofertas más bajas en las subastas estatales de Andra Pradesh, Telengana, Punjab y Madhya Pradesh en 2014 y 15, superando a las de carbón local e importado). Y en lugares ideales como Chile y Nigeria, se encuentran muy por debajo de las siguientes opciones más baratas, incluso si le quitan los subsidios y los igualan con las centrales eléctricas locales que queman el abundante carbón local.
¿Cómo se ven los costos no subsidiados en comparación con otras tecnologías de generación? En 2015, se veían así:
Fuente: Lazard – diamantes grises = estimaciones de 2017.
Mire las líneas de “escala de servicios públicos”: la fotovoltaica a escala es más barata que los combustibles fósiles (e incluso para los residenciales / comerciales es comparable con los costos de la red). Vamos a enfatizar nuevamente: esto es un costo nivelado sin subsidio .
Pero esta no es la parte sorprendente: la parte sorprendente es la tasa a la que se reduce el costo de la energía fotovoltaica.
Si bien este patrón se conoce desde hace un tiempo, recientemente se ha reconocido y se le ha denominado “Ley de Swanson”: con cada duplicación de la instalación solar, obtenemos una reducción de precio por vatio de aproximadamente el 20%.
Fuente: Wikimedia Commons
La ley de Swanson es solo un ejemplo específico de la familiar “curva de aprendizaje” exponencial, tal como fue estudiada por TP Wright en la década de 1930 y luego comercializada por BCG. Y mientras que una versión del 20% es un factor bastante alto, no es en modo alguno sin precedentes. Entonces, ¿por qué esto es tan emocionante?
Es emocionante debido a la frecuencia con que los volúmenes se duplican: cada 2.2 años, más o menos, más o menos. Dicho de otra manera, alrededor del 90% de la energía solar fotovoltaica generada hoy se instaló desde 2010.
Un factor de aprendizaje de costos del 20%, con un tiempo de duplicación de 2.2 años, tiene un efecto tan poderoso en los precios que es difícil de entender para los humanos. Si continúa, entonces para 2030, la energía solar fotovoltaica será de alrededor de un tercio del costo actual. No habrá nada que compita con la energía solar fotovoltaica en casi cualquier país del mundo; subsidiado o no subsidiado Ni carbón, ni gas, ni nuclear, ni nada. *
Además, la energía solar fotovoltaica, incluso en sus niveles de eficiencia actuales, es fácilmente capaz de satisfacer las demandas de energía a largo plazo del mundo (lo mejor, aproximadamente, 30TW) y puede hacerlo utilizando menos del 1% de la superficie terrestre que tenemos disponible.
Entonces, ¿por qué tenemos esta idea de que la energía solar tiene un costo punitivo? Sobre todo porque solo en los últimos años, la ley de Swanson ha empujado los precios a la zona de huelga por la paridad de la red. Incluso en 2010, las personas se sintieron cómodas descartando la fotovoltaica como demasiado costosa para todas las aplicaciones excepto para aplicaciones específicas, simplemente porque era aproximadamente el doble del precio de hoy. Y a la gente no le gusta cambiar sus creencias. Incluso ahora, aquellos que sí aceptan la ley de Swanson buscan las razones por las cuales esta posible reducción de costos no puede continuar. A los veteranos de la industria de la computación se les recordará la gran cantidad de análisis que predicen que la ley de Moore se rompería todos los años desde 1965.
Parece que estar cerca del efecto no ayuda: los expertos siguen siendo superados por el ritmo al que la energía solar se vuelve más barata. Veamos las proyecciones de la IEA (Autoridad Internacional de Energía) para el costo de la energía. En 2010 publicaron sus proyecciones de diez años, diciendo que en lugares sin mucho sol como el Reino Unido, entonces en 2020 podría obtener un costo total de $ 0.21 por KWh, llegando a alrededor de $ 0.105 por KWh en los países más soleados.
En 2015, el Reino Unido realizó una subasta competitiva y obtuvo bits de $ 0.12 por KWh. En los países más soleados recibían ofertas de $ 0.06. Es decir, cinco años antes de las fechas de la AIE, los precios ya eran un 40% más bajos que las estimaciones de la AIE. Ups.
Mientras tanto, la IEA notó que la caída del costo de la energía solar estaba superando sus predicciones, por lo que en 2014 revisaron un poco sus estimaciones. Esta vez salieron más lejos y proyectaron audazmente que en 2050, había un mejor escenario en el que la energía solar fotovoltaica podría producir un costo tan bajo como $ 0.05 por KWh.
Pero en mayo de 2016, Dubai aceptó una oferta de poco menos de $ 0.03 por KWh, y Chile aceptó una por $ 0.029 en agosto. Estos eran buenos sitios y se beneficiaban de la política, pero eran un 40% más bajos que el estimado de la AIE, y se entregaban … er … 34 años antes. Ups grandes.
Esto sigue sucediendo. La energía solar es cada vez más barata y lo hace más rápido de lo que cualquiera está preparado para anotar.
Mucha gente pensará (o gritará): “¡Pero la energía solar solo funciona cuando el sol está brillando! ¡Qué maldito bien es tener electricidad barata solo durante el día, y cuando no está nublado! ¿Y qué pasa con el invierno, cuando las necesidades de energía son más altas?
Estas personas tienen razón. De eso se tratan los otros dos bits de la solución.
2. Una solución de almacenamiento de energía rentable para resolver la intermitencia a corto plazo (de horas a días):
Hay muchas opciones para el almacenamiento de energía a corto plazo, incluyendo aire comprimido, baterías de flujo, hidroeléctricas bombeadas e incluso tecnologías esotéricas como los supercondensadores. Pero la opción de almacenamiento más probable a corto plazo es la de las viejas baterías de litio.
¿Por qué digo esto? Es debido a su precio: las células de iones de litio están corriendo por una curva de aprendizaje similar a la que está en el PV. Y estamos viendo una pendiente de aproximadamente la misma inclinación (20% más barato cada vez que se duplica la capacidad). Puede ser incluso más rápido: se ha estimado en un 22%, y con la producción a gran escala implementada por Panasonic y Tesla, podríamos ver que vaya incluso más rápido que eso.
Es posible que haya mejores tecnologías en el tablero de dibujo (el aire de litio viene a la mente como el asesino de la gasolina al acecho), pero con los precios actuales de $ 100 a 200 por kWh en la actualidad, y una curva de aprendizaje de 20% +, será muy difícil. incluso para una tecnología superior para ponerse al día con el litio-ion. Así que aquí está la segunda parte de la visión: la generación es generada por energía solar a precios más baratos que cualquier otra cosa, con almacenamiento a corto plazo provisto principalmente de baterías de litio para tener en cuenta los días nocturnos y los días nublados (y sí, hay suficiente litio para haga, y suficiente espacio para colocar estos paquetes de baterías donde se necesiten).
Pieza final:
3 Una solución de almacenamiento de energía rentable para resolver la intermitencia a largo plazo (semanas y meses), es decir, el invierno
El problema es que, si estamos lejos del ecuador, tenemos que atravesar el invierno. Y el funcionamiento de cables desde países cercanos al ecuador no funciona. ** El viento ayuda (especialmente si se encuentra en el Reino Unido, Alemania o los países nórdicos) pero aún hay meses a la vez en los que verá un déficit. Esto se recuperará en los meses de verano, donde habrá una gran cantidad de electricidad a bajo precio proveniente de la energía fotovoltaica, por lo que lo que estamos buscando es una forma de almacenar unos pocos cientos de terrawatt / h de energía durante varios meses.
Esto es mucho más difícil que el almacenamiento de energía a corto plazo. En mi opinión, solo hay una forma razonable de generar energía de esta escala durante meses a la vez, y se conoce con el nombre de Power to Gas (P2G).
Cuando tienes un excedente masivo de energía fotovoltaica (verano), ejecutas electrolizadores para producir hidrógeno a partir del agua (probablemente hiciste este experimento en química de preparatoria). Una vez pensamos que podría almacenar y usar este hidrógeno directamente en las celdas de combustible y las turbinas. Pero la solución de hidrógeno es mucho más dura de lo que parece. El hidrógeno tiene una capacidad de almacenamiento de energía terrible por volumen: escapa y erosiona todo lo que no ha sido diseñado específicamente para retenerlo, y debe mantenerse bajo alta presión. Las celdas de combustible tampoco están ahí todavía. La inversión para hacer una infraestructura completa de hidrógeno será astronómica.
Cualquier civilización decente se uniría para superar estos obstáculos técnicos y financieros y hacer que la economía del hidrógeno funcione. Pero tenemos un conjunto de civilizaciones de segunda categoría y estamos tratando de hacerlo sin la ayuda del gobierno, por lo que necesitamos una solución que no incurra en costos tan grandes de infraestructura.
¿Qué funcionará?
Resulta que hay un proceso muy simple (la reacción de Sabatier) que combina hidrógeno con dióxido de carbono para hacer dos ingredientes: agua y metano: gas natural. Y ya tenemos toda la infraestructura para almacenar mucha energía en forma de gas natural. Aún mejor, tenemos las eficientes turbinas de gas de ciclo combinado, que pueden convertir este gas en electricidad a pedido.
Así que ahora comience a ver las empresas interesantes (por ejemplo, Electrochaea de Alemania) que han comercializado el proceso de energía a gas. Todo lo que necesitan estas empresas es una fuente de CO2 (de, por ejemplo, la fabricación de concreto o la generación de combustibles fósiles), una carga de electricidad y un poco de agua. Con PV barato, tendremos los tres ingredientes.
Este es el camino que vamos. Tomamos nuestro excedente de electricidad en verano (producido a costo cero por nuestra energía solar fotovoltaica) y lo usamos para hacer que el gas natural se almacene para el invierno. Almacenamos y reciclamos el CO2 emitido cuando quemamos el gas natural en nuestras turbinas CCG y lo volvemos a sumergir en el proceso.
Para enfatizar, esta solución de almacenamiento a largo plazo no se encuentra cerca de los niveles de costos comerciales. Cada paso de este ciclo debe ser mucho más barato de lo que es ahora para ser compatible sin el subsidio del gobierno, un impuesto al carbono u otras intervenciones. Pero nadie incluso comenzó a bajar la curva de aprendizaje en estas etapas.
(Mirando hacia el futuro: el factor limitante será el suministro de CO2. Estaremos concretando procesos que no generan CO2, y ciertamente no queremos quemar nuevos combustibles fósiles. ¿Dónde encontraremos nuestras fuentes? de CO2 entonces? El lugar obvio para mirar es el aire que nos rodea y capturar el CO2 atmosférico. Esta captura es bastante difícil, pero con procesos implementados en este momento por compañías como Climeworks en Suiza, estamos en el camino. nuestra energía solar barata nuevamente para extraer el CO2 de la atmósfera y ponerlo en el P2G: esto se las arregla para hacer mella en los niveles demasiado altos de CO2 atmosférico almacenando nuestra reserva de energía de gas natural. Será el 2030 + antes de que este tipo de cosas se convierta en comercial, pero no obstante es una buena ventaja.)
Lo bueno de todo esto es que hay muy pocas barreras en nuestro camino. Estamos utilizando las tecnologías existentes y la infraestructura existente (la transmisión de electricidad y gas ya están ahí). Todo lo que necesitamos es que las curvas de aprendizaje continúen, *** que impulsarán los volúmenes de instalación para que sigan llegando, y las fuerzas del mercado harán el resto.
En teoría, el gobierno podría acelerar todo esto si se involucrara. Podría bajar esas curvas de aprendizaje más rápido al respaldar las instalaciones (por ejemplo, al invertir directamente, agregar subsidios o imponer impuestos al carbono). Esto realmente aceleraría las tecnologías hacia su adopción generalizada.
Pero no necesitamos gobierno. Lo que necesitamos es financiamiento privado para comenzar a invertir en energía solar fotovoltaica a gran escala, en la fabricación de baterías a gran escala y en tecnologías de energía a gas. Necesitamos a algunos multimillonarios de la tecnología para pensar en las generaciones futuras, mirar las tecnologías que se encuentran frente a ellos y hacer grandes apuestas con sus montones de efectivo; Necesitamos fondos de pensiones para comenzar a invertir en apuestas más pequeñas de lo que están acostumbrados, y realmente necesitamos que las grandes compañías de energía saquen sus cabezas de sus barriles de petróleo, y nos damos cuenta de que la energía solar las aplastará en el próximo. De 10 a 20 años, y hay que subirse a bordo.
Afortunadamente, algunas de estas cosas están sucediendo, aunque solo sea de forma bastante dispersa. Pero necesitamos más, y rápidamente, porque aunque algo como este futuro sucederá solo por las fuerzas del mercado, nosotros como seres humanos necesitamos que suceda rápido: necesitamos que este cambio a la energía solar ocurra antes de que el cambio climático cause un daño irreparable.
Notas y fuentes:
[*] Ninguna de estas tecnologías más antiguas está experimentando una curva de experiencia similar a la solar. Los combustibles fósiles no se deben a que maximizan la capacidad que aumenta hace años; nuclear no lo es porque no parece tener una curva de experiencia, probablemente debido al aumento de las preocupaciones de seguridad y al hecho de que las nuevas plantas se instalan con tan poca frecuencia que las nuevas cuadrillas se usan para cada nueva y no tienen oportunidad de aprender. Wind es la única tecnología de generación que está experimentando una curva similar, lo que probablemente proporcionará un gran complemento para la energía solar, especialmente para las regiones del norte de Europa y los Estados Unidos. Pero también es intermitente, por lo que las otras dos partes de la solución serán necesarias incluso cuando se agregue viento a gran escala a la mezcla.
[**] Michael Barnard, que sabe más que yo un cobertizo sobre todo esto, comenta en comentarios que puedo estar siendo demasiado pesimista sobre el potencial del transporte eléctrico de largo alcance para cubrir la intermitencia local. Si es así, se reduce la necesidad de almacenamiento a corto y largo plazo, y podemos lograr este futuro más fácil, más barato y más rápido de lo que se describe. Para el propósito de esta respuesta, asumiré que el nuevo transporte eléctrico de gran capacidad requiere la ayuda del gobierno, por lo que está fuera del alcance.
[***] ¿Continuarán las curvas de aprendizaje solar y de batería? El trabajo de Doyne Farmer y otros sugiere que lo harán. Una vez que un técnico se encuentra en una curva de aprendizaje confiable, tiende a bajar, hasta que se alcanzan los volúmenes de saturación.
Fuentes: IEA, Lazard, Fraunhofer, The Economist; Agricultor y Lafond (2015); más en deuda con Goodall (2016) El interruptor