พลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่สามารถจ่ายไฟให้โลกได้
(nworbmot.org)- ต้นทุนลดลงจนประชากรโลกส่วนใหญ่สามารถได้รับ ไฟฟ้าราคาถูกจากการผสานพลังงานแสงอาทิตย์กับแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว
- ภายในปี 2030 ประชากร 80% จะมีต้นทุนไม่เกิน 80 €/MWh และภายในปี 2050 86% จะมีต้นทุนไม่เกิน 60 €/MWh สำหรับการพึ่งพาไฟฟ้าด้วยตนเอง 90%
- พื้นที่ละติจูดสูง มีต้นทุนสำรองสูงจากการขาดแสงแดดในฤดูหนาว แต่บรรเทาได้ด้วยพลังงานลมและพลังน้ำ
- ประชากรทั้งหมด 90% อาศัยอยู่ ภายในช่วงเส้นศูนย์สูตร ±45 องศา ทำให้ประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์สูง และลดต้นทุนโครงข่ายส่งไฟฟ้าได้
- ระบบพลังงานแสงอาทิตย์+แบตเตอรี่ถูกประเมินว่าเป็น เทคโนโลยีหลักที่ทำให้พึ่งพาไฟฟ้าสะอาดได้โดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล
ความเป็นไปได้ในการจ่ายไฟให้โลกด้วยพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่
- ต้นทุนของพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ที่ลดลง ทำให้ประชากรส่วนใหญ่เข้าถึงไฟฟ้าได้ในราคาถูก
- ณ ปี 2030 เมื่อใช้ การผสานพลังงานแสงอาทิตย์+แบตเตอรี่เพื่อจ่ายไฟ 90% ประชากร 80% จะสามารถเข้าถึงไฟฟ้าได้ในต้นทุนไม่เกิน 80 €/MWh
- หากเพิ่มแหล่งพลังงานเสริมอย่างลมหรือพลังน้ำ ต้นทุนจะลดลงได้อีก
- พื้นที่ละติจูดสูง มีต้นทุนสำรองสูงจากการขาดแสงแดดในฤดูหนาว แต่บรรเทาได้ด้วยพลังงานลมและพลังน้ำ
- ภายในปี 2050 ประชากร 86% จะสามารถรับไฟฟ้า 90% ได้ในต้นทุนไม่เกิน 60 €/MWh
- ระบบพลังงานแสงอาทิตย์+แบตเตอรี่สามารถเป็น เทคโนโลยีหลักของการจ่ายไฟราคาถูกและสะอาด ในพื้นที่ส่วนใหญ่ได้
ข้อสรุปสำคัญ
- พลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่สามารถเป็น วิธีหลักในการจ่ายไฟ ในพื้นที่ส่วนใหญ่ของโลกได้
- ในพื้นที่ที่มีพื้นที่เพียงพอ สามารถ ผลิตไฟฟ้าใกล้จุดใช้งานได้โดยตรง ช่วยลดต้นทุนโครงข่ายส่งไฟฟ้า
- พื้นที่ตอนเหนือในละติจูดสูง จำเป็นต้องมีพลังงานลมหรือพลังน้ำมาช่วยเสริมจากความผันผวนตามฤดูกาล
- ไฟฟ้าส่วนสุดท้าย 5–10% ระยะสั้นอาจต้องใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล และระยะยาวอาจแทนที่ด้วยเทคโนโลยีกักเก็บระยะยาวหรือ e-เชื้อเพลิงชีวภาพ
รายละเอียดทางเทคนิค
- โมเดลอิงจาก model.energy และ ไม่รวมการกักเก็บไฮโดรเจน
- ต้นทุนติดตั้งโซลาร์: ปี 2030 อยู่ที่ 384 €/kWp, ปี 2050 อยู่ที่ 293 €/kWp
- ต้นทุนติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: ปี 2030 อยู่ที่ 157 €/kWh, ปี 2050 อยู่ที่ 83 €/kWh
- ต้นทุนอินเวอร์เตอร์: ปี 2030 อยู่ที่ 177 €/kW, ปี 2050 อยู่ที่ 66 €/kW
- ประสิทธิภาพแบตเตอรี่ 96%, ต้นทุนเงินทุน 5%, ประสิทธิภาพเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง 50%
- ต้นทุนเชื้อเพลิงสำรอง 30 €/MWhth, ต้นทุนอุปกรณ์สำรอง 1000 €/kWel
- ต้นทุนส่วนร่วมของระบบสำรอง อยู่ที่ระดับ (11.5 + 0.6x) €/MWh ตามสัดส่วนสำรอง x%
- การคำนวณทำใน กริดขนาด 1°×1° จำนวน 9,196 ช่อง ที่มีประชากรมากกว่า 10,000 คน ครอบคลุมประชากรโลก 99.86%
- ประชากร 90% อาศัยอยู่ ภายใน 45 องศาจากเส้นศูนย์สูตร และพื้นที่นี้มีประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์สูง
คำเตือนและข้อจำกัด
- ไม่ได้สะท้อนความผันผวนของอุปสงค์: โมเดลตั้งสมมติฐานว่าความต้องการไฟฟ้าคงที่ตลอดปี
- ความต้องการเพื่อทำความเย็นสอดคล้องกับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ดี แต่ความต้องการเพื่อทำความร้อนอาจขาดแคลนในฤดูหนาว
- อ่อนไหวต่อต้นทุนแบตเตอรี่ สูง: หากต้นทุนลดลงอีก ต้นทุนรวมของระบบจะลดลงตาม
- คาดว่า สัดส่วนประชากรในพื้นที่ต้นทุนต่ำจะเพิ่มขึ้น หากการกระจายตัวของประชากรเปลี่ยนไปและประชากรในละติจูดต่ำเพิ่มขึ้น
- ความต้องการไฟฟ้ากับประชากรไม่สอดคล้องกัน: อุตสาหกรรมใช้ไฟฟ้าเข้มข้น เช่น ดาต้าเซ็นเตอร์ อาจย้ายไปยังพื้นที่ต้นทุนต่ำได้
- การตอบสนองด้านอุปสงค์และการเชื่อมโยงระหว่างภูมิภาค อาจช่วยลดต้นทุนเพิ่มเติมได้
- ต้นทุนโครงข่ายส่งไฟฟ้า รวมไว้เพียง 50 €/kW และมีความแตกต่างกันตามพื้นที่
- มุมติดตั้งแผงแบบคงที่ 35 องศา หากใช้ระบบติดตามดวงอาทิตย์อาจลดต้นทุนได้
- ระบบขนาดเล็กสำหรับบ้านพักอาศัย มีต้นทุนสูงกว่าระบบขนาดใหญ่ 2–3 เท่า
- ข้อจำกัดด้านที่ดิน: พื้นที่หนาแน่นประชากรสูงอาจจัดหาไฟฟ้าใกล้พื้นที่ไม่ได้ ต้องส่งไฟจากพื้นที่ข้างเคียง
- ข้อมูลรังสีแสงอาทิตย์ ใช้ข้อมูลวิเคราะห์ย้อนหลัง ECMWF ERA5 ซึ่งอาจมีความคลาดเคลื่อนบางส่วน
- หน่วยต้นทุน อิงค่าเงินยูโรปี 2020 และเมื่อแปลงเป็นปี 2026 จะสูงขึ้น 20–25%
- ต้นทุนเชื้อเพลิงสำรอง ใช้ค่าก๊าซฟอสซิลที่ 30 €/MWhth และ ไม่รวมต้นทุนภายนอก เช่น ความเสียหายต่อสภาพภูมิอากาศ
- หากใช้ ต้นทุนทางสังคมของคาร์บอน 300 €/tCO₂ จะต้องบวกเพิ่ม 60 €/MWhth
- การโจมตีอิหร่านโดยสหรัฐฯ และอิสราเอลในปี 2026 ทำให้ราคาก๊าซขึ้นเป็น 50–60 €/MWhth
- ต้นทุนเงินทุน (WACC) แตกต่างกันในแต่ละภูมิภาค โดยบางพื้นที่อย่างแอฟริกาจะสูงกว่า
โค้ดและข้อมูลที่เปิดเผยสู่สาธารณะ
- โค้ดการคำนวณทั้งหมดเผยแพร่ภายใต้ โอเพนไลเซนส์
- คลัง GitHub
- ดูผลลัพธ์ของแต่ละสถานการณ์ได้จาก ชุดข้อมูล Zenodo
การใช้ที่ดินและทรัพยากร
- หากประชากรโลก 8 พันล้านคนใช้ไฟฟ้า 10 MWh ต่อคนต่อปี จะต้องใช้ไฟฟ้ารวม 80,000 TWh
- หากจะจ่ายไฟ 90% ด้วย พลังงานแสงอาทิตย์+แบตเตอรี่ จะต้องใช้ โซลาร์ 69 TWp และแบตเตอรี่ 72 TWh ตามสมมติฐานปี 2050
- โซลาร์ 70 TWp จะใช้พื้นที่ 1,400,000 km² (ประมาณ 1% ของพื้นที่แผ่นดินโลก) หรือ ราว 3.7% ของพื้นที่เลี้ยงปศุสัตว์
- พื้นที่หนาแน่น จะมีข้อจำกัดด้านที่ดิน จึงต้องส่งไฟจากพื้นที่ข้างเคียง
- กำลังการผลิตโซลาร์ อยู่ที่มากกว่า 1 TWp ต่อปี และส่วนใหญ่กระจุกตัวในจีน
- กำลังการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน คาดว่าจะอยู่ที่ 7 TWh/ปี ภายในปี 2030 (IEA, 2023)
- ปริมาณการขุดแร่สำหรับพลังงานหมุนเวียน ยังต่ำกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลมาก
- ซิลิคอนมีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์, การใช้เงินลดลง 7 เท่าระหว่างปี 2005–2020 และ สามารถใช้ทองแดงหรืออะลูมิเนียมทดแทนได้
-
เทคโนโลยีทดแทนวัสดุแบตเตอรี่
- โคบอลต์ → ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP)
- กราไฟต์ → แทนที่บางส่วนด้วยซิลิคอน
- แบตเตอรี่โซเดียมไอออน มีแนวโน้มที่ดีสำหรับการกักเก็บแบบอยู่กับที่
ผลลัพธ์เพิ่มเติม
-
ความหนาแน่นประชากรกับต้นทุนระบบ
- ประชากรส่วนใหญ่อาศัยอยู่ ภายในช่วงเส้นศูนย์สูตร ±45 องศา และพื้นที่นี้สามารถรักษาต้นทุนต่ำได้แม้ใช้เพียงพลังงานแสงอาทิตย์กับแบตเตอรี่
- พื้นที่ละติจูดสูงเกิน 45 องศา จะได้ประโยชน์มากจากการเพิ่มพลังงานลมเพื่อลดต้นทุน
-
สถานการณ์แบตเตอรี่ราคาถูกในปี 2050
- สมมติฐานพื้นฐานคือ 83 €/kWh แต่หากใช้ แบตเตอรี่โซเดียมไอออน อาจลดเหลือ 29–52 €/kWh ได้
- ส่งผลให้ ต้นทุนรวมของระบบลดลงเพิ่มเติม
-
การเปลี่ยนแปลงต้นทุนเมื่อไม่มีพลังงานลม
- ในปี 2030 หากตัดพลังงานลมออก ต้นทุนระบบจะสูงขึ้น โดยเด่นชัดเป็นพิเศษในพื้นที่ตอนเหนือที่เป็นละติจูดสูง
-
แผนที่แต่ละสถานการณ์และต้นทุนสะสม
- มีแผนที่ของสถานการณ์ โซลาร์อย่างเดียว และโซลาร์+ลม สำหรับปี 2030 และ 2050
- รวมการเปรียบเทียบต้นทุนสะสมของสถานการณ์ โซลาร์-แบตเตอรี่ 90% และ โซลาร์-ลม-แบตเตอรี่ 99% (แบตเตอรี่ราคาถูก) ในปี 2050
- สรุป:
- จากการลดลงอย่างรวดเร็วของต้นทุนพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ หลังปี 2030 ประชากรโลกส่วนใหญ่จะสามารถได้รับ ไฟฟ้าราคาถูกและสะอาด จากการผสานเทคโนโลยีนี้ พื้นที่ละติจูดสูงยังต้องเสริมด้วยพลังงานลมหรือพลังน้ำ แต่โดยรวมแล้วได้ยืนยันความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนผ่านสู่ โครงสร้างที่พึ่งพาไฟฟ้าได้ด้วยตนเองโดยไม่ต้องพึ่งเชื้อเพลิงฟอสซิล
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
เรื่องน่าสนใจคือ ตอนนี้มีพื้นที่ราว 12 ล้านเฮกตาร์ ที่ถูกใช้เพื่อผลิตเอทานอลจากข้าวโพด
และเอทานอลนี้สุดท้ายก็ถูกนำไปใช้ในการผลิตน้ำมันเบนซิน ปล่อยให้แต่ละคนคิดข้อสรุปกันเอง
บทความที่เกี่ยวข้อง
ถ้านำพื้นที่นั้นทั้งหมดไปปูด้วย แผงโซลาร์ ก็จะผลิตไฟฟ้าได้มากเกินกว่าความต้องการพลังงานปัจจุบันของสหรัฐอย่างมาก
การดื้อดึงยึดติดกับแหล่งพลังงานที่ต้องขุดทรัพยากรอย่างต่อเนื่องเป็นเรื่องไร้เหตุผล ลงทรัพยากรตั้งต้นครั้งเดียวก็ได้พลังงานโซลาร์+แบตเตอรี่ที่เสถียรไปอีกหลายสิบปี
เมื่อระบบรีไซเคิลครบวงจรแล้ว การขุดทรัพยากรในอนาคตก็ลดลงได้อีกมาก
ก่อนจะโต้เถียง อยากให้ดูวิดีโอนี้ก่อน
โซลาร์ไม่จำเป็นต้องติดตั้งบนพื้นที่เกษตร ข้าวโพดยังถูกใช้เป็นโปรตีน ไขมัน และใยอาหารสำหรับอาหารสัตว์นอกเหนือจากเอทานอล
รัฐบาลให้ความสำคัญกับ ความมั่นคงทางอาหาร ดังนั้นการเปลี่ยนอาหารส่วนเกินเป็นเอทานอลจึงมีประสิทธิภาพกว่าการเก็บไว้
ในยามฉุกเฉินก็ยังผลิตอาหารได้โดยไม่ต้องรื้อแผงโซลาร์ออก กล่าวคือกำลังสับสนระหว่างประเด็นโซลาร์กับเอทานอล
ถ้าออกแบบเครื่องยนต์ให้ใช้เอทานอลล้วนได้ รถก็น่าจะวิ่งได้ด้วยเหล้าที่ทำจากขยะในสวน
ผมคิดว่าบทความนี้ผิด โดยเฉพาะตรงที่แทบไม่พูดถึง พลังงานสำหรับทำความร้อน เลย
ผมอยู่บ้านที่มีแบตเตอรี่ 30kWh และโซลาร์ 24kW ไฟยังใช้ได้แต่ทำความร้อนไม่ไหว
ระบบโซลาร์+แบตเตอรี่ต้องแลกมาด้วยการ ลดคุณภาพชีวิตและปรับเวลาในการทำกิจกรรม อย่างมาก
บ้านที่มีฉนวนอย่างเหมาะสม แทบไม่ต้องใช้พลังงานทำความร้อนหรือทำความเย็นเลย ใช้เงิน 50,000 ดอลลาร์ไปกับฉนวนอยู่ได้ตลอดอายุการใช้งาน แต่ถ้าเอาเงินเท่ากันไปลงกับอุปกรณ์ทำความร้อน ค่าใช้งานระยะยาวอาจสูงกว่า 10 เท่า
บ้านสมัยใหม่ในภูมิอากาศอบอุ่นสามารถอยู่ได้โดยไม่ต้องมีระบบทำความร้อนส่วนกลาง ในวันที่หนาวก็ใช้ฮีตเตอร์ห้องละ 500W ก็พอ
บ้านผมใช้ไฟเดือนละแค่ 60kWh เท่านั้น ผลิตไฟของคุณแค่ 3 ชั่วโมงก็พอใช้ได้ทั้งเดือน
แม้อยู่ในพื้นที่ที่อุณหภูมิลดลงถึง -25°C ก็ยังทำความร้อนได้ด้วย heat pump ที่มี COP มากกว่า 2 โดยค่าไฟทำความร้อนอยู่ราว 118 ยูโรต่อเดือน
หน้าร้อนยังชาร์จรถ EV ได้ฟรีด้วย การบอกว่าคุณภาพชีวิตลดลงจึงดูเกินจริง
ตั้งอุณหภูมิไว้ 66°F ตอนกลางวัน และ 60°F ตอนกลางคืน ตอนเช้าบ้านก็ยังอุ่นอยู่
ราคาแบตเตอรี่ยังมีโอกาสลดลงได้อีก 10 เท่า และสุดท้าย โครงสร้างต้นทุนส่วนเพิ่มเป็นศูนย์ จะเป็นฝ่ายชนะ
บ้านพักตากอากาศของเราใช้แบตเตอรี่ 15kWh อยู่ได้ทั้งปี และในวันที่หนาวก็มี เตาเผาไม้ เล็ก ๆ ช่วยเสริม
การใช้กรณีบ้านหลังเดียวที่พึ่งพาตัวเองได้มาประเมินทั้งโครงข่ายไฟฟ้านั้นไม่เหมาะสม
ผมทำ แคมเปอร์แวนแบบออฟกริด และติดตั้งระบบโซลาร์+แบตเตอรี่ลิเทียม
เทคโนโลยีพัฒนาไปมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ปัญหาไม่ใช่เรื่องเทคโนโลยี แต่เป็น ทัศนคติ ของลูกค้าที่ประเมินการใช้งานจริงสูงเกินไป
ถ้าแนวคิดแบบนี้ขยายไปสู่ระดับประเทศ ผมคิดว่าจะเกิดปัญหาเดียวกัน
ชาร์จจากโซลาร์ล้วน และแคมเปอร์คันนี้ยังทำหน้าที่เป็น สถานีชาร์จรถ EV ของเพื่อนบ้าน ได้ด้วย
ด้วยเครื่องชาร์จ/คายประจุแบบขนานที่พัฒนาขึ้นเอง เราทำให้ แบตเตอรี่ LFP มีอายุใช้งานถึง 20,000 รอบ ได้
Lithium-titanate battery วิกิ
เราต้องการโซลูชัน DC สำหรับบ้าน
สำหรับผม สิ่งที่ควรปรับปรุงที่สุดคือ การผ่อนคลายกฎระเบียบสำหรับการติดตั้งโซลาร์บนหลังคา
การอนุมัติและติดตั้งควรเสร็จได้ภายในหนึ่งสัปดาห์ และต้นทุนควรเหลือเพียงครึ่งเดียว
ตอนนี้กฎระเบียบและความซับซ้อนทำให้ความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจหายไป
แต่ในระยะยาว ฟาร์มโซลาร์ขนาดใหญ่ มีประสิทธิภาพมากกว่า
เป็นระบบขนาดเล็กแบบเสียบปลั๊กเข้ากับเต้ารับได้เหมือนในยุโรป และติดตั้งได้โดยไม่ต้องมีขั้นตอนขออนุญาต
ปัญหาคือคนมักติดตั้งระบบใหญ่เกินไปจน สร้างภาระให้โครงข่ายไฟฟ้า
บทความที่เกี่ยวข้อง
แต่แม้แต่ระบบเล็ก ๆ ก็ยังมี ขั้นตอนขออนุญาต ที่เข้มงวดเกินไป
เศรษฐกิจโลกยังคงตั้งอยู่บนฐานของ น้ำมันและก๊าซ
การเปลี่ยนไปสู่พลังงานทางเลือกไม่ใช่แค่ปัญหาทางเทคนิค แต่หมายถึง การจัดระเบียบความสัมพันธ์ทางภูมิรัฐศาสตร์ใหม่
ผมสนับสนุนพลังงานหมุนเวียน แต่คิดว่า ยุทธศาสตร์พลังงานแบบผสม คือทางที่ดีที่สุด
90~95% ควรเป็นพลังงานหมุนเวียน ส่วนที่เหลือระยะสั้นใช้ก๊าซ และระยะยาวให้ พลังงานนิวเคลียร์ มาช่วยเสริม
การเชื่อมต่อ โครงข่ายไฟฟ้าแนวเหนือ-ใต้และตะวันออก-ตะวันตก จะช่วยหักล้างความผันผวนตามฤดูกาลและช่วงเวลาได้
นอกจากนี้ การจัดการอุปสงค์ที่ยืดหยุ่น และ การปรับราคาอัตโนมัติ ยังช่วยแก้ปัญหา ‘โหลดฐาน’ ได้ด้วย
10% สุดท้ายมีต้นทุนสูง แต่ก็ยังจัดการได้เพียงพอด้วยโรงไฟฟ้าก๊าซที่มีอยู่
ถ้ามีบริษัทไหนกำลังเดินหน้ากับเป้าหมายนี้จริง ผมอยากไปร่วมงานด้วย
ผมเคยร่วมงานกับ บริษัทโซลาร์·แบตเตอรี่·EV รายใหญ่ เพื่อพัฒนา ซอฟต์แวร์วิเคราะห์สำหรับการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาด
ขั้นต่อไปผมอยากมีส่วนช่วยกำจัดเชื้อเพลิงฟอสซิล
matthewgerring.com
อยากร่วมกันขยายเข้าสู่ตลาดสหรัฐ
เมื่อปีที่แล้ว ปริมาณไฟฟ้าที่แผงโซลาร์ซึ่ง จีน ผลิตขึ้นจะสร้างได้ตลอดอายุการใช้งานนั้น มีขนาด พอ ๆ กับการใช้น้ำมันทั้งโลกต่อหนึ่งปี
ถ้าการผลิตแบตเตอรี่ขยายตัวต่อไป ผมมองว่าภายใน 10 ปี เราอาจแทนที่น้ำมัน ก๊าซ และถ่านหินได้เกือบทั้งหมด
เหตุผลที่คนสายสงสัยรู้สึกว่ามันยากจะเชื่อ เป็นเพราะบทความไม่ได้พูดถึง ข้อโต้แย้งฝั่งตรงข้าม
แผงอาจราคาถูก แต่ค่าติดตั้งและค่าบำรุงรักษายังสูงอยู่ และยังมีความเสี่ยงอย่างฟ้าผ่า
ในระดับประเทศยังขาดแคลน ที่ดิน ทุน และแรงงานมีฝีมือ และไม่ใช่ทุกประเทศจะมีแสงแดดเพียงพอ
สุดท้ายแล้วอาจมีเพียงราว 10~20 ประเทศเท่านั้นที่เปลี่ยนไปสู่พลังงานหมุนเวียนเป็นหลักได้ภายใน 10 ปี
การจ่ายไฟได้ 90% ไม่ได้แปลว่าจะพูดได้ว่า ‘ขับเคลื่อนโลกได้’
เรายังต้องมี เทคโนโลยีกักเก็บระยะยาวต้นทุนต่ำ ซึ่งจะมาเสริมบทบาทของแบตเตอรี่
แค่ทำได้ถึง 90% ก็มีความหมายมากพอแล้ว