Panel surya dan turbin angin memberikan dunia energi yang berlimpah-tapi datang dengan teka-teki. Ketika cuaca cerah dan berangin, di banyak tempat energi terbarukan ini menghasilkan lebih banyak listrik dari yang sebenarnya dibutuhkan saat itu. Kemudian ketika Matahari tidak bersinar dan angin tidak bertiup, energi terbarukan tersebut memberikan sedikit atau tidak ada listrik saat sangat dibutuhkan.
Jadi untuk grid masa depan menjadi 100% terbarukan, perlu menyimpan lebih banyak energi. Anda mungkin sudah mendengar tentang baterai lithium-ion raksasa menyimpan energi itu untuk digunakan nanti. Tetapi ketika memberikan daya cadangan, bahkan bank baterai besar biasanya akan habis dalam empat jam. Kebutuhan akan alternatif telah membuat pemerintah Amerika Serikat, peneliti, dan startup bergegas mengembangkan lebih banyak “penyimpanan energi berdurasi panjang” yang dapat menyediakan setidaknya 10 jam daya cadangan-seringkali dengan menggunakan waduk, gua, dan bagian lain dari lanskap sebagai baterai.
Sebuah studi baru dari beberapa universitas dan laboratorium nasional di Amerika Serikat dan Kanada menunjukkan bahwa implementasi penyimpanan energi berdurasi panjang tidak hanya memungkinkan tetapi penting bagi energi terbarukan mencapai potensi penuhnya, dan bahkan akan memotong tagihan utilitas. Studi tersebut secara khusus melihat Western Interconnection, sebagian grid yang mencakup barat Amerika Serikat dan Kanada, ditambah sedikit bagian utara Meksiko. Studi tersebut menemukan bahwa membangun lebih banyak penyimpanan energi berdurasi panjang di sana akan mengurangi harga listrik lebih dari 70% pada saat permintaan tinggi.
“Seperti sebuah orkestra,” kata Patricia Hidalgo-Gonzalez, direktur Laboratorium Energi Terbarukan dan Matematika Lanjutan di Universitas California, San Diego dan salah satu penulis makalah yang diterbitkan bulan lalu di jurnal Nature Communications. “Kita perlu memikirkan semua faktor ini, bagaimana mereka bekerja. Tetapi membawa lebih banyak penyimpanan hanya akan membantu membuatnya lebih efisien secara biaya.”
Teknologi sudah ada untuk menyimpan energi terbarukan setidaknya setengah hari, dengan lebih banyak lagi dalam perjalanan. Salah satu teknik dikenal dengan nama pembangkit listrik tenaga air penyimpanan pompa: Ketika grid penuh dengan listrik terbarukan, fasilitas memompa air ke atas ke waduk. Kemudian, ketika listrik surya atau angin menurun, fasilitas membiarkan air mengalir kembali ke waduk lain, menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik. Ini memanfaatkan energi dari angin dan matahari, bersama dengan kekuatan gravitasi.
“Penyimpanan baterai itu sendiri-atau apa yang orang sebut penyimpanan energi berdurasi pendek-sangat penting,” kata Martin Staadecker, peneliti sistem energi di Massachusetts Institute of Technology dan penulis utama studi baru tersebut. “Tetapi Anda tidak bisa hanya mengandalkan baterai lithium-ion, karena akan sangat mahal untuk memiliki cukup untuk benar-benar menyediakan daya selama seminggu penuh.”
Pada tahun 2022, AS memiliki 43 fasilitas pembangkit listrik tenaga air penyimpanan pompa dengan kapasitas pembangkitan gabungan 22 gigawatt. (Untuk perspektif, AS memiliki sekitar 150 gigawatt tenaga angin dan 140 gigawatt tenaga surya.) Menurut Departemen Energi, AS memiliki potensi untuk menggandakan kapasitasnya untuk jenis penyimpanan energi tersebut. Pada tahun 2021, pemerintahan Biden meluncurkan Long Duration Storage Shot, bagian dari inisiatif Energy Earthshots, dengan tujuan mengurangi biaya teknologi tersebut hingga 90% dalam satu dekade. Dan tahun lalu, diumumkan $325 juta untuk 15 proyek penyimpanan energi berdurasi panjang, termasuk satu yang menyimpan energi panas dalam beton dan yang lainnya untuk membuat baterai baru yang terbuat dari besi, air, dan udara.
Para peneliti melihat penyimpanan energi berdurasi panjang tanpa mempertimbangkan teknik tertentu yang terlibat, bertanya apa cara termurah untuk membuat Western Interconnection menjadi 100% bebas emisi. Studi mereka menemukan bahwa penyimpanan energi berdurasi panjang akan sangat bermanfaat bagi pelanggan utilitas, mengurangi biaya listrik pada saat permintaan tinggi di grid, seperti sore hari saat orang kembali ke rumah dan menyalakan perangkat rumah tangga pada saat yang sama dengan tenaga surya di grid menurun. Lebih banyak penyimpanan juga berarti lebih banyak daya cadangan untuk gelombang panas yang semakin panas, saat seluruh wilayah menghidupkan unit AC mereka.
Perusahaan sedang mencari cara untuk menyimpan energi di bawah tanah juga. Sebuah perusahaan bernama Hydrostor, berbasis di Toronto, Kanada, menggunakan energi terbarukan berlebih di grid untuk memompa udara terkompresi ke dalam gua bawah tanah yang penuh dengan air. Itu memaksa air ke permukaan ke waduk. Ketika grid membutuhkan listrik, Hydrostor membiarkan air itu mengalir kembali ke dalam ruang, mendorong udara kembali ke permukaan untuk menggerakkan turbin. “Kami sedang menciptakan piston bawah tanah dari air,” kata Jon Norman, presiden Hydrostor. “Kami sebenarnya sedang membangun rongga menggunakan teknik yang mereka gunakan dalam industri penyimpanan hidrokarbon untuk menyimpan propana dan butana.”
Jika sebuah wilayah kekurangan listrik terbarukan, seperti saat Matahari terbenam, maka harus mengimpor listrik bebas karbon dari tempat lain. Tetapi itu membutuhkan jalur transmisi yang melintasi ratusan atau ribuan mil tanah, yang sulit disetujui dan mahal untuk dibangun. Studi baru menemukan bahwa akan diperlukan biaya antara $83 miliar dan $130 miliar untuk menerapkan jumlah penyimpanan energi berdurasi panjang dalam pemodelan-tergantung pada bagaimana harga teknologi itu menurun saat ia matang.
Dengan penyimpanan energi berdurasi panjang, utilitas dapat menggunakan lebih banyak panel surya dan turbin angin secara lokal dan menyimpan energinya, daripada harus mengirimkannya dari tempat lain. Kevin Schneider, seorang insinyur listrik yang mempelajari grid di Pacific Northwest National Laboratory tetapi tidak terlibat dalam penelitian baru, mengatakan hal itu dapat mengurangi biaya signifikan membangun jalur transmisi jarak jauh. “Mendapatkan fleksibilitas di sistem, di mana Anda dapat memiliki waduk listrik yang dapat Anda simpan dan kemudian lepaskan, itulah yang memungkinkan kita untuk tidak harus membangun infrastruktur sebanyak itu, dan juga menjadi sedikit lebih tangguh.”
Grid masa depan, maka, mungkin bergetar dengan energi terbarukan yang disimpan baik dalam bank baterai raksasa, tetapi juga disimpan dalam lanskap itu sendiri. Energi surya dan angin tidak akan lagi terbuang percuma.
Artikel ini awalnya muncul di Grist di https://grist.org/climate/long-duration-energy-storage-batteries-store-solar-wind-power/. Grist adalah organisasi media independen nirlaba yang berdedikasi untuk menceritakan kisah-kisah solusi iklim dan masa depan yang adil. Pelajari lebih lanjut di Grist.org.