- Jaringan listrik Oahu kehilangan sumber daya baseload berbahan bakar fosil sebesar 180MW ketika pembangkit listrik batu bara terakhir ditutup pada 1 September 2022, dan Kapolei Energy Storage milik Plus Power mulai mengambil alih fungsi inti jaringan listrik yang ditinggalkan
- Kapolei adalah fasilitas baterai 185MW yang terdiri dari 158 Tesla Megapack, menyediakan kapasitas daya sesaat yang setara dengan pembangkit batu bara dengan waktu respons 250 milidetik
- Kapasitas penyimpanan 565MWh tidak cukup untuk secara langsung menggantikan seluruh produksi listrik pembangkit batu bara, tetapi menyimpan energi terbarukan yang berlebih untuk dipasok saat permintaan malam hari dan mengurangi pembatasan output
- Hawaiian Electric dan Plus Power merancangnya dengan inersia sintetis, respons frekuensi cepat, dan kemampuan black start agar dapat mendukung pengoperasian kembali setelah pemadaman
- Kapolei menyumbang sekitar 17% dari kapasitas puncak Oahu, menjadi contoh nyata pemindahan layanan jaringan listrik esensial yang sebelumnya ditangani pembangkit berbahan bakar fosil ke sumber daya bersih
Kekosongan Jaringan Listrik akibat Penutupan Pembangkit Batu Bara
- Hawaii menutup pembangkit batu bara terakhirnya pada 1 September 2022, menghapus sumber daya baseload berbahan bakar fosil sebesar 180MW dari jaringan listrik Oahu
- Ini merupakan langkah menuju target Hawaii untuk menghentikan pembakaran bahan bakar fosil dalam produksi listrik pada 2045
- Tantangan yang tersisa adalah menjaga keandalan jaringan listrik sambil beralih ke portofolio energi terbarukan besar dan kecil yang outputnya berubah mengikuti cuaca
Konfigurasi dan Operasi Kapolei Energy Storage
- Kapolei Energy Storage, yang dikembangkan dan dimiliki Plus Power, memulai operasi komersial sebelum Natal di kawasan industri Oahu barat
- Fasilitas ini melakukan pengisian dan pelepasan daya sesuai sinyal dari Hawaiian Electric
- Terdiri dari 158 Tesla Megapack
- Kapasitas pelepasan daya sesaatnya 185MW, setara dengan output yang dapat dimasukkan pembangkit batu bara lama ke jaringan listrik
- Waktu responsnya 250 milidetik, jauh lebih cepat dibanding pembangkit berbahan bakar fosil konvensional
- Baterai tidak memproduksi listrik baru, melainkan memasok kembali listrik yang diserap dari jaringan saat dibutuhkan
- Idealnya, baterai diisi pada waktu ketika pembangkitan energi terbarukan mencukupi
- Pada waktu ketika listrik sangat dibutuhkan, seperti malam hari, baterai dapat mengembalikan listrik yang murah dan bersih
Konstruksi yang Tertunda dan Proyek Pengganti Batu Bara
- Baterai Kapolei awalnya dijadwalkan beroperasi sebelum pembangkit batu bara dipensiunkan
- COVID-19 mengganggu pengiriman di seluruh industri baterai jaringan listrik, dan lokasi Kapolei yang terpencil di tengah Pasifik juga menambah kesulitan
- Pada musim panas 2021, Plus Power memperkirakan penyelesaian pada akhir 2022, tetapi penyelesaian sebenarnya memerlukan satu tahun tambahan
- Meski begitu, Kapolei terhubung ke jaringan lebih dulu dibanding proyek-proyek tenaga surya dan baterai skala besar lain yang direncanakan untuk menggantikan produksi listrik pembangkit batu bara dengan listrik bersih
Fungsi Jaringan Listrik yang Langsung Ditangani Baterai
- Nilai utama yang diberikan pembangkit batu bara lama kepada Oahu ada tiga
- Energi: jumlah listrik itu sendiri
- Kapasitas: output yang dapat segera dipasok saat dibutuhkan
- Layanan jaringan listrik: fungsi untuk menjaga jaringan listrik tetap stabil
- Kapolei secara langsung menggantikan kapasitas dan layanan jaringan listrik di antara fungsi-fungsi tersebut
- Menyediakan kapasitas nominal setara dengan output maksimum pembangkit batu bara
- Diprogram untuk menyediakan layanan yang diperlukan agar jaringan listrik beroperasi dalam rentang frekuensi yang ditetapkan
- Jika pembangkit lain tiba-tiba berhenti atau pembangkitan tenaga surya melebihi konsumsi, frekuensi jaringan listrik dapat keluar dari rentangnya
- Kapolei merespons deviasi real-time dengan inersia sintetis sebagai garis pertahanan pertama
- Jika situasi memburuk melewati ambang yang ditentukan, respons frekuensi cepat beroperasi sebagai garis pertahanan kedua
Produksi Energi Dilengkapi Bersama Tenaga Surya
- Kapasitas penyimpanan Kapolei adalah 565MWh, tidak cukup untuk secara langsung menggantikan produksi energi pembangkit batu bara
- Sebagai gantinya, Kapolei bekerja bersama sektor tenaga surya Oahu yang aktif untuk melengkapi peran energi yang sebelumnya ditangani pembangkit batu bara
- Menurut pemodelan Hawaiian Electric, Kapolei Energy Storage dapat mengurangi pembatasan output energi terbarukan sekitar 69% selama lima tahun pertama
- Penurunan pembatasan output: {p:69}
- Listrik bersih berlebih yang mungkin terbuang dapat masuk ke jaringan listrik
Black Start dan Peran Pengoperasian Kembali
- Hawaiian Electric juga meminta kemampuan black start pada Kapolei
- Jika jaringan listrik benar-benar padam akibat bencana seperti siklon atau gempa bumi, diperlukan sumber daya untuk memulai kembali jaringan
- Baterai Kapolei diprogram untuk menyimpan sebagian energi sebagai cadangan untuk tujuan ini
- Plus Power menempatkan fasilitas ini di dekat gardu induk yang terhubung dengan tiga pembangkit lain
- Penempatan ini memungkinkan baterai berperan untuk “jump start” pembangkit lain
Tanggung Jawab Lebih Besar yang Dipercayakan Hawaii kepada Baterai
- Hawaii telah menjadi contoh terdepan dalam transisi energi, mulai dari adopsi tenaga surya perumahan berskala besar hingga pembangkit tenaga surya-baterai skala utilitas pertama di Kauai
- Ketika peningkatan energi terbarukan dan pensiun pembangkit berbahan bakar fosil melewati tingkat tertentu, sekadar menambah angin, surya, dan baterai tidak lagi cukup
- Teknologi bersih yang beroperasi dengan inverter kendali digital harus menangani bukan hanya pasokan listrik, tetapi juga pemeliharaan jaringan listrik
- Di wilayah lain juga ada baterai yang menyediakan layanan frekuensi, dan sebagian baterai lebih besar dari Kapolei
- Namun, contoh yang menggabungkan kapasitas puncak, respons frekuensi, inersia sintetis, dan kemampuan reboot jaringan listrik dalam satu fasilitas baterai besar seperti Kapolei masih jarang
- Kapolei saja menyumbang sekitar 17% dari kapasitas puncak Oahu
- Fasilitas baterai jaringan listrik California telah melampaui 5.000MW, tetapi setara sekitar 7,6% dari kapasitas nominal jaringan listrik seluruh negara bagian
Mengapa Inersia Sintetis Penting
- Pembangkit konvensional secara pasif menyediakan inersia yang menstabilkan frekuensi jaringan listrik melalui massa berputar turbin
- Di masa lalu, karena inersia ikut tersedia saat pembangkit dioperasikan, kebutuhan untuk mendefinisikan dan memberi kompensasi sebagai layanan terpisah relatif kecil
- Saat ini, jaringan listrik bergerak menuju model yang memaksimalkan daya terbarukan murah ketika tersedia dan membakar bahan bakar ketika pasokan kurang
- Pembangkit termal harus tetap berputar agar dapat menyediakan inersia
- Di daratan utama, ada kasus ketika output energi terbarukan dibatasi demi terus menjalankan pembangkit batu bara lama untuk layanan jaringan listrik semacam ini
- Baterai canggih menyediakan versi sintetis dari inersia melalui pemrograman inverter
- Ini dapat menjadi alternatif yang lebih ekonomis sambil menghindari emisi karbon yang tidak perlu
- Responsnya lebih cepat dan presisi, sehingga cocok untuk jaringan listrik dengan fluktuasi output energi terbarukan yang semakin besar
Posisi dalam Transisi ke Jaringan Listrik Bersih
- Target iklim jangka panjang Amerika Serikat membutuhkan penghapusan bertahap bahan bakar fosil dari jaringan listrik
- Tenaga air dan nuklir menyediakan inersia jaringan listrik yang berguna tanpa emisi karbon, tetapi tidak berada di jalur pertumbuhan
- Kapolei adalah salah satu contoh nyata awal pemindahan fungsi jaringan listrik penting yang sebelumnya ditangani pembangkit berbahan bakar fosil ke fasilitas sumber daya bersih
- Jenis layanan jaringan listrik yang dilakukan Kapolei perlu diperluas ke seluruh Amerika Serikat dalam jangka panjang
1 komentar
Opini Hacker News
Fakta menarik: pipa pendingin buangan dari pembangkit lama itu mengarah ke laut, sehingga menciptakan lingkungan dengan suhu air lebih hangat dan biota laut yang melimpah, dan tempat itu juga terkenal sebagai lokasi diving dan snorkeling. Bahkan disebut Electric Beach: https://www.snorkeling-report.com/spot/snorkeling-electric-b...
Saya tinggal di sana selama beberapa tahun dan mencoba snorkeling, tetapi karena fobia terhadap struktur buatan yang terendam, saya tidak bisa masuk lebih dari beberapa kaki ke dalam air. Saya benar-benar ketakutan saat melihat pipa besar yang menyeramkan itu
https://www.reddit.com/media?url=https%3A%2F%2Fi.redd.it%2Fe...
Ada beberapa angka menarik yang agak terselip di artikel, jadi untuk konteks: kapasitas penyimpanannya 565MWh, daya sesaatnya 185MW, dan pendanaan proyeknya 219 juta dolar AS
Tarif listrik rumah tangga di Hawaii sekitar 0,415 dolar AS per kWh, sedangkan rata-rata AS sekitar 0,162 dolar AS
https://www.energy-storage.news/global-bess-deployments-to-e...
Secara ekonomi masuk akal jika dimulai dari tempat yang listriknya mahal, atau tempat baterai bisa mengambil pendapatan yang dulu diperoleh generator termal. Ini mencakup fungsi seperti layanan penunjang jaringan listrik, inersia sintetis, dan black start; seiring biaya baterai turun, penerapannya bisa meluas ke segmen biaya yang makin rendah. Kita perlu berpikir pada level sistem, misalnya dengan mengurangi jam operasi pembangkit termal sehingga keekonomiannya memburuk
Dengan baterai, energi itu bisa dipakai nanti, misalnya pada malam hari, sehingga faktor pemanfaatan fasilitas energi terbarukan yang sudah ada meningkat. Jika baterai rumah dan baterai kendaraan listrik ikut digabungkan, penyesuaian permintaan juga dimungkinkan, misalnya mengisi daya saat produksi energi terbarukan melonjak dan harga rendah. Belum dimanfaatkan dalam skala besar, tetapi secara teknis kendaraan listrik juga bisa memasok listrik kembali ke jaringan
Baterai seperti ini bukan untuk penyimpanan jangka panjang, melainkan untuk menstabilkan jaringan dan merespons puncak serta penurunan singkat dalam pasokan-permintaan. Tidak seperti pembangkit batu bara dan gas, baterai bisa merespons dalam hitungan milidetik, dan untuk penggunaan itu biayanya juga efisien. Menyalakan pembangkit batu bara atau gas itu mahal dan lambat, dan bahkan saat berhenti pun tetap menimbulkan biaya
Meskipun satu pembangkit batu bara bisa menyediakan apa yang disebut beban dasar, itu hanya benar jika pembangkit tersebut terus berjalan 24 jam sehari, 365 hari setahun. Dalam praktiknya, pembangkit bisa berhenti selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan untuk pemeliharaan dan perbaikan; PLTN juga demikian, jadi mengandalkan hal itu tidak terjadi bukanlah perencanaan yang baik
Penyimpanan jangka panjang sering diasumsikan perlu untuk menutupi kekurangan beban dasar, tetapi beban dasar sendiri adalah konsep yang cukup kabur sampai dinyatakan dalam GWh dan GW. Hawaii tampaknya sedang menunjukkan bahwa kebutuhan penyimpanan jangka panjang bisa jauh lebih kecil daripada yang dipikirkan sebagian orang. Seiring waktu mereka mungkin akan menambah lebih banyak angin, surya, dan baterai, tetapi jika pemodelan dan peninjauannya dilakukan dengan benar, konfigurasi saat ini saja mungkin sudah cukup baik
Dalam jangka panjang, ini tampaknya akan cukup menurunkan tarif listrik di pulau itu. Menambah kapasitas surya jauh lebih murah daripada terus menjalankan pembangkit batu bara, dan dengan baterai ini lebih banyak surya bisa dipasang untuk digunakan pada malam hari. Saya tidak tahu seberapa besar potensi angin di Hawaii, tetapi kelihatannya tempat itu cukup berangin
Sekadar iseng, saya mencari rencana di Belanda, tempat saya tinggal. Pemerintah di seluruh dunia, termasuk Belanda yang berpenduduk 17 juta jiwa, akan mulai memasang baterai skala jaringan listrik dalam beberapa tahun ke depan, karena tanpa itu transisi ke energi terbarukan praktis sulit dilakukan
Pemerintah Belanda mengalokasikan 400 juta euro, dan dengan dana ini diperkirakan akan memasang 160MW~380MW. Skalanya 1–2 kali pembangkit baterai di Hawaii. Namun operator jaringan transmisi nasional berupaya menurunkan biaya koneksi untuk mendorong kapasitas baterai baru 2~5GW hingga 2030, dan ini skala yang cukup besar
Saya kira pemasangan baru serupa akan berlanjut hampir di semua tempat
https://www.pv-magazine.com/2023/10/09/netherlands-allocates...
Di Belanda, pasokan angin mungkin akan menjadi variabel kunci, dan dalam kasus seperti ini biasanya dibutuhkan penyimpanan dalam skala mingguan. Saya tidak begitu tahu teknologi apa yang saat ini paling baik untuk rentang waktu itu
Sepertinya kemungkinan besar yang pertama
Dua hari lalu, sebagian generator rusak akibat badai, sisa daya baterai juga turun sangat rendah, sehingga terjadi kekurangan listrik di seluruh pulau dan dilakukan pemadaman bergilir
https://www.hawaiianelectric.com/update-rolling-oahu-outages...
Masalah utama saat mengganti pembangkit listrik berbahan bakar fosil dengan energi terbarukan dan baterai adalah menemukan sistem baterai yang dapat menyimpan energi untuk jangka waktu yang cukup panjang dan kapasitasnya cukup besar untuk menggantikan surya/angin ketika gelap dan tidak ada angin
Dalam studi-studi yang pernah saya lihat, pergeseran waktu yang dibutuhkan berada pada skala musiman, dan kapasitas yang diperlukan menjadi tidak terjangkau dari sisi biaya
Mungkin pola cuaca di Hawaii cukup stabil sehingga kapasitas pembangkit beban dasar cadangan bisa dihapus. Artikel itu juga mengisyaratkan bahwa total kapasitas pembangkit batu bara jauh lebih besar daripada kapasitas penyimpanan baterai
Tertulis bahwa “dengan kapasitas penyimpanan 565MWh, baterai tidak dapat secara langsung menggantikan produksi energi pembangkit batu bara…”, jadi tidak jelas berapa banyak kapasitas yang sebenarnya berkurang melalui transisi ini. Mungkin juga ada perubahan lain pada portofolio pembangkit yang tidak dibahas dalam artikel
Jika hidrogen dimatikan, Anda juga bisa melihat seberapa besar biaya naik ketika penyimpanan ditangani hanya dengan baterai. Ada tempat yang kenaikan biayanya besar, seperti Jerman, dan ada juga yang hampir tidak signifikan, seperti India
Jika tidak puas dengan asumsi biayanya, sumbernya disajikan, jadi Anda bisa menyesuaikannya dan memeriksa bagaimana solusi optimal berubah
Yang sulit dipahami adalah sikap yang tetap memaksakan kemungkinan dan melempar pertanyaan “bagaimana kalau” padahal proyeknya sudah berhasil beroperasi. Rasanya, apa lagi yang perlu dilihat. Apakah harus berjalan 50 tahun dulu baru percaya
Tony Seba pernah beberapa kali berbicara tentang topik ini, dengan argumen bahwa energi terbarukan menjadi begitu murah sehingga kita bisa membangun kapasitas sangat banyak, sampai produksi minimumnya cukup untuk menutupi permintaan hampir setiap hari. Sepertinya ia juga mengasumsikan peningkatan jaringan listrik yang masuk akal
Marc Z Jacobsen melakukan studi yang cukup rinci tentang transisi ke 100% energi terbarukan, dan biasanya tidak mengasumsikan peningkatan teknologi sehingga estimasinya cenderung konservatif. Saya tidak ingat ada pembahasan bahwa penyimpanan musiman diperlukan
Untuk wilayah dingin, solusi bisa berupa insinerasi sampah dan pemanas distrik, pemanas distrik geotermal, serta sebagian nuklir tambahan untuk beban dasar. Di Scandinavia, insinerasi sampah makin umum, dan bisa pula ditambahkan penangkapan karbon seperti pada pembangkit di Oslo. UK, Sweden, dan Finland juga sedang membangun nuklir
Perlu juga dipertimbangkan bahwa untuk menuju bebas karbon, kita harus memproduksi hidrogen, amonia, bahan bakar listrik, biofuel/bio-oil/bio-coal dalam jumlah sangat besar. Saya juga pernah melihat berita bahwa sebuah perusahaan Denmark mulai mengoperasikan secara komersial reaktor gelombang mikro besar yang secara efisien membuat bio-oil dan batu bara dari lumpur limbah
Semua solusi seperti ini mengandung kapasitas penyimpanan yang cukup besar. Jika membuat hidrogen dalam jumlah masif, akan ada penyimpanan penyangga di sisi produksi maupun konsumsi, dan produksi juga bisa diatur bila perlu
Pembangkit hidrogen yang sudah ada tampaknya juga akan tetap dipertahankan untuk cadangan. Ada pula diskusi serius untuk mengubah pipa gas alam dari Norway ke Europe dari gas menjadi hidrogen. Awalnya memakai hidrogen yang dibuat dengan penangkapan dan penyimpanan karbon, lalu kemudian beralih ke hidrogen hijau berbasis angin lepas pantai
Angin lepas pantai juga makin umum. Jika membangun turbin angin lepas pantai yang sangat besar, produksinya cukup stabil
Karena itu, saya melihat surya+angin di Eropa Utara hampir seperti jalan buntu, sebagaimana terlihat di Germany. Pada musim dingin sinar matahari sangat sedikit, dan ada periode beberapa minggu dengan nyaris tanpa angin; untuk memakai strategi kapasitas berlebih, mungkin perlu memasang surya sekitar 10 kali lipat, yang membuat biayanya tidak tertanggungkan
Karena penasaran, saya mencari tahu dan saat ini energi geotermal memasok 10–15% kebutuhan energi Hawaii. Karena lokasinya aktif secara vulkanik, sepertinya bisa ditingkatkan lebih jauh
Sebagai perbandingan, di Iceland pembangkit geotermal menyumbang lebih dari 50% produksi listrik
Saya penasaran apakah perbedaannya karena alasan fisik/geologi, atau karena alasan lain
Katanya salah satu keunggulan/fungsi sistem baterai ini adalah stabilisasi jaringan listrik, yaitu menggantikan inersia generator berputar untuk menjaga 60Hz yang stabil. Saya penasaran apakah ini akan membuat frekuensi saluran listrik menjadi lebih stabil [1]
Dan apakah dengan demikian memperkirakan waktu perekaman dari dengung listrik bisa menjadi sulit atau bahkan mustahil [2]
[1]: http://leapsecond.com/pages/mains/
[2]: http://hummingbirdclock.info/about
Tidak langsung jelas apakah baterai menyediakan fungsi ini atau tidak. Saya tahu ada proyek yang memperkenalkan flywheel raksasa dan motor-generator, dan ada juga kasus pembangkit yang sudah pensiun dijalankan dalam kondisi idle. Yang terakhir mungkin juga terkait kendali daya aktif/reaktif
Saya penasaran apakah semua itu sekadar alternatif berteknologi lebih rendah dibanding baterai, atau apakah ada karakteristik yang sulit direproduksi yang hanya dimiliki generator berputar
Saya kira Hawaii sebagian besar berjalan dengan diesel
https://www.eia.gov/state/?sid=HI#tabs-4
Sepertinya batu bara hanya sekitar 12% dari konsumsi energi pada 2021. Ini memang perubahan yang baik, tetapi Hawaii masih punya jalan panjang untuk menyingkirkan semua sumber listrik yang sangat kotor dan mahal
Baterai penyimpanan jaringan listrik bukan hanya sudah memungkinkan saat ini, tetapi juga sangat menarik dari sisi biaya. Namun alasannya berbeda dari yang sering dipikirkan orang. Bukan untuk menjadi tempat membuang kelebihan listrik hijau, melainkan untuk mengurangi kebutuhan akan pembangkit puncak
Dalam pembangkitan listrik biasanya ada pembangkit beban dasar yang selalu menyala, dan pembangkit puncak yang bisa dinyalakan saat permintaan tinggi. Pembangkit puncak biayanya jauh lebih tinggi per unit listrik yang dihasilkan dan membakar jauh lebih banyak bahan bakar. Karena itu, sistem penyimpanan jaringan listrik bisa masuk akal bahkan pada jaringan listrik yang 100% berbahan bakar fosil
Pengecualian besarnya adalah jika pembangkit listrik tenaga air banyak. PLTA dapat bertindak seperti pembangkit puncak dengan mengalirkan lebih banyak air melalui turbin, sehingga manfaat penyimpanan jaringan menjadi lebih kecil. Namun ini tergantung karakteristik PLTA dan jaringan listriknya, dan bahkan dengan banyak PLTA, masih ada kasus yang tetap masuk akal
https://en.wikipedia.org/wiki/Peaking_power_plant
Pengaturan frekuensi adalah bidang yang sangat cocok untuk baterai penyimpanan jaringan listrik, dan bisa sangat mahal jika dicapai dengan pembangkit yang ada
https://en.wikipedia.org/wiki/Ancillary_services_(electric_p...
Tentu komprominya adalah investasi modal awal yang besar untuk membangun penyimpanan jaringan listrik
Ini mungkin terdengar sinis, tetapi menurut saya setiap negara bagian harus secara permanen mengoperasikan setidaknya 1 pembangkit listrik tenaga batu bara untuk menjaga teknologi dan rantai pasoknya. Batu bara adalah salah satu sumber daya alam paling melimpah di AS. Dalam keadaan darurat nasional, kita harus bisa mengandalkannya, tetapi tidak akan bisa jika kita menempatkan diri sendiri di jalan buntu
Pembangkit listrik tenaga surya biasanya jauh lebih terdistribusi dibanding segelintir pembangkit batu bara raksasa
Itu baru tenaga surya; masih ada lebih banyak cara menghasilkan listrik seperti angin, ombak, dan panas bumi. Inilah diversifikasi, dan kemungkinan juga lebih mudah dipertahankan
Menurut saya, bergantung pada satu sumber listrik justru sama saja menempatkan diri di jalan buntu lalu meminum catnya
Ini mungkin bukan pertama kalinya daratan utama membebankan tuntutan yang memberatkan pada wilayahnya. Jones Act terlintas di pikiran
https://www.hawaiianelectric.com/clean-energy-hawaii/our-cle...