सौर ऊर्जा और बैटरी से दुनिया को बिजली आपूर्ति संभव

 (nworbmot.org)
3 पॉइंट द्वारा GN⁺ 27 일 전 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • लागत इतनी घट चुकी है कि दुनिया की अधिकांश आबादी को सिर्फ सौर ऊर्जा और बैटरी के संयोजन से सस्ती बिजली आपूर्ति मिल सकती है
  • 2030 तक आबादी के 80% को 80 €/MWh से कम, और 2050 तक 86% को 60 €/MWh से कम लागत पर 90% बिजली आत्मनिर्भरता मिल सकती है
  • उच्च अक्षांश वाले क्षेत्रों में सर्दियों में धूप कम होने से बैकअप लागत अधिक रहती है, लेकिन पवन और जलविद्युत के पूरक उपयोग से इसे कम किया जा सकता है
  • कुल आबादी का 90% भूमध्य रेखा के ±45 डिग्री के भीतर रहता है, जहां सौर दक्षता अधिक है और ग्रिड लागत भी न्यूनतम रखी जा सकती है
  • सौर-बैटरी सिस्टम को जीवाश्म ईंधन के बिना स्वच्छ बिजली आत्मनिर्भरता संभव बनाने वाली प्रमुख तकनीक माना जा रहा है

सौर ऊर्जा और बैटरी से वैश्विक बिजली आपूर्ति की संभावना

  • सौर ऊर्जा और बैटरी की लागत में गिरावट के कारण अधिकांश आबादी को कम लागत पर बिजली मिल सकती है
    • 2030 के आधार पर, सौर+बैटरी संयोजन से 90% बिजली आपूर्ति की स्थिति में 80% आबादी 80 €/MWh से कम लागत पर बिजली प्राप्त कर सकती है
    • पवन, जलविद्युत जैसे सहायक ऊर्जा स्रोत जुड़ने पर लागत और कम हो सकती है
  • उच्च अक्षांश वाले क्षेत्रों में सर्दियों के दौरान धूप की कमी से बैकअप लागत बढ़ती है, लेकिन पवन और जलविद्युत से इसे कम किया जा सकता है
  • 2050 तक 86% आबादी 60 €/MWh से कम लागत पर 90% बिजली आपूर्ति प्राप्त कर सकती है
  • अधिकांश क्षेत्रों में सौर-बैटरी सिस्टम सस्ती और स्वच्छ बिजली आपूर्ति की मुख्य तकनीक बन सकता है

मुख्य निष्कर्ष

  • सौर ऊर्जा और बैटरी दुनिया के अधिकांश क्षेत्रों में बिजली आपूर्ति का मुख्य साधन बन सकते हैं
  • जहां पर्याप्त स्थान उपलब्ध है, वहां मांग केंद्रों के पास सीधे बिजली उत्पादन संभव है, जिससे ग्रिड लागत न्यूनतम हो सकती है
  • उत्तरी उच्च अक्षांश क्षेत्र में मौसमी उतार-चढ़ाव के कारण पवन और जलविद्युत का पूरक उपयोग आवश्यक है
  • अंतिम 5~10% बिजली को अल्पावधि में जीवाश्म ईंधन से, और दीर्घावधि में long-duration storage तकनीकों या e-biofuel से बदला जा सकता है

तकनीकी विवरण

  • मॉडल model.energy पर आधारित है, और हाइड्रोजन स्टोरेज को शामिल नहीं किया गया है
  • सौर स्थापना लागत: 2030 में 384 €/kWp, 2050 में 293 €/kWp
  • लिथियम-आयन बैटरी स्थापना लागत: 2030 में 157 €/kWh, 2050 में 83 €/kWh
  • इन्वर्टर लागत: 2030 में 177 €/kW, 2050 में 66 €/kW
  • बैटरी दक्षता 96%, पूंजी लागत 5%, बैकअप जनरेटर दक्षता 50%
  • बैकअप ईंधन लागत 30 €/MWhth, बैकअप उपकरण लागत 1000 €/kWel
  • बैकअप योगदान लागत बैकअप अनुपात x% के अनुसार (11.5 + 0.6x) €/MWh के स्तर पर है
  • गणना 10,000 से अधिक आबादी वाले 9196 1°×1° ग्रिड पर की गई, जो वैश्विक आबादी के 99.86% को कवर करती है
  • आबादी का 90% भूमध्य रेखा से 45 डिग्री के भीतर रहता है, और इस क्षेत्र में सौर दक्षता अधिक है

चेतावनियां और सीमाएं

  • मांग की परिवर्तनशीलता को शामिल नहीं किया गया: मॉडल पूरे वर्ष एकसमान बिजली मांग मानता है
    • कूलिंग की मांग सौर ऊर्जा के साथ अच्छी तरह मेल खाती है, लेकिन हीटिंग की मांग में सर्दियों के दौरान कमी संभव है
  • बैटरी लागत संवेदनशीलता अधिक है: यदि लागत और घटती है तो पूरे सिस्टम की लागत और कम हो सकती है
  • जनसंख्या वितरण में बदलाव के कारण निम्न अक्षांश वाले क्षेत्रों में आबादी बढ़ने पर कम लागत वाले क्षेत्रों का हिस्सा बढ़ने की संभावना है
  • बिजली मांग और आबादी में असमानता: data center जैसे ऊर्जा-गहन उद्योग कम लागत वाले क्षेत्रों में स्थानांतरित हो सकते हैं
  • demand response और क्षेत्रीय interconnection से अतिरिक्त लागत कटौती संभव है
  • ग्रिड लागत में केवल 50 €/kW को शामिल किया गया है, जबकि क्षेत्रीय अंतर मौजूद हैं
  • पैनल का स्थिर कोण 35 डिग्री रखा गया; tracking system अपनाने पर लागत और कम हो सकती है
  • छोटे आवासीय सिस्टम बड़े पैमाने की स्थापना की तुलना में 2~3 गुना महंगे हैं
  • भूमि सीमाएं: घनी आबादी वाले क्षेत्रों में नजदीक से आपूर्ति मुश्किल हो सकती है, इसलिए पड़ोसी क्षेत्रों से ट्रांसमिशन जरूरी हो सकता है
  • सौर विकिरण डेटा ECMWF ERA5 reanalysis डेटा से लिया गया है, इसलिए कुछ त्रुटियां संभव हैं
  • लागत की इकाई 2020 यूरो पर आधारित है; 2026 में रूपांतरण करने पर 20~25% वृद्धि होती है
  • बैकअप ईंधन लागत 30 €/MWhth जीवाश्म गैस के आधार पर है, और बाहरी लागतें (जैसे जलवायु क्षति) शामिल नहीं हैं
    • carbon social cost 300 €/tCO₂ लागू करने पर 60 €/MWhth अतिरिक्त जुड़ता है
    • 2026 में अमेरिका-इज़राइल के ईरान पर हमले के कारण गैस की कीमत 50–60 €/MWhth तक बढ़ गई
  • पूंजी लागत (WACC) क्षेत्र के अनुसार अलग-अलग है, और अफ्रीका जैसे क्षेत्रों में यह अधिक है

सार्वजनिक कोड और डेटा

  • सभी गणना कोड open license के तहत सार्वजनिक किए गए हैं

भूमि और संसाधन उपयोग

  • यदि वैश्विक 8 अरब आबादी प्रति व्यक्ति प्रति वर्ष 10 MWh बिजली का उपयोग करे, तो कुल 80,000 TWh की आवश्यकता होगी
  • 90% बिजली सौर-बैटरी से देने के लिए 2050 के आधार पर 69 TWp सौर, 72 TWh बैटरी की आवश्यकता होगी
  • 70 TWp सौर लगभग 1,400,000 km² (पृथ्वी की स्थलीय सतह का लगभग 1%) घेरेगा, जो चरागाह भूमि का 3.7% है
  • घनी आबादी वाले क्षेत्रों में भूमि की कमी के कारण पड़ोसी क्षेत्रों से ट्रांसमिशन आवश्यक हो सकता है
  • सौर निर्माण क्षमता प्रति वर्ष 1 TWp से अधिक है, और इसका अधिकांश हिस्सा चीन में केंद्रित है
  • लिथियम-आयन बैटरी उत्पादन क्षमता 2030 तक 7 TWh/वर्ष होने का अनुमान है (IEA, 2023)
  • renewable energy minerals का खनन जीवाश्म ईंधन की तुलना में बहुत कम है
  • सिलिकॉन प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है, 2005~2020 के बीच चांदी का उपयोग 7 गुना घटा है, और तांबा व एल्युमिनियम से प्रतिस्थापन संभव है

  • बैटरी सामग्री के विकल्प

    • कोबाल्ट → लिथियम आयरन फॉस्फेट (LFP)
    • ग्रेफाइट → आंशिक रूप से सिलिकॉन से प्रतिस्थापन
    • सोडियम-आयन बैटरी स्थिर ऊर्जा भंडारण के लिए आशाजनक हैं

अतिरिक्त परिणाम

  • जनसंख्या घनत्व और सिस्टम लागत

    • अधिकांश आबादी भूमध्य रेखा के ±45 डिग्री के भीतर रहती है, और इस क्षेत्र में केवल सौर-बैटरी से भी कम लागत बनाए रखना संभव है
    • 45 डिग्री से ऊपर के उच्च अक्षांश वाले क्षेत्रों में पवन जोड़ने से लागत में उल्लेखनीय कमी आती है

  • 2050 कम-कीमत बैटरी परिदृश्य

    • मूल मान्यता 83 €/kWh की है, लेकिन सोडियम-आयन बैटरी अपनाने पर 29–52 €/kWh संभव हो सकता है
    • इसके अनुसार पूरे सिस्टम की लागत में अतिरिक्त गिरावट की उम्मीद है

  • पवन हटाने पर लागत में बदलाव

    • 2030 के आधार पर पवन को हटाने पर सिस्टम लागत बढ़ती है, खासकर उत्तरी उच्च अक्षांश क्षेत्रों में यह अधिक स्पष्ट है

  • परिदृश्य-आधारित मानचित्र और संचयी लागत

    • 2030 और 2050 के लिए क्रमशः केवल सौर, सौर+पवन संयोजन परिदृश्यों के मानचित्र दिए गए हैं
    • 2050 के 90% solar-battery, 99% solar-wind-battery (कम-कीमत बैटरी) परिदृश्यों की संचयी लागत तुलना भी शामिल है
    • सारांश:
    • सौर ऊर्जा और बैटरी की तेज लागत गिरावट के कारण 2030 के बाद दुनिया की अधिकांश आबादी को सस्ती और स्वच्छ बिजली इस संयोजन से मिल सकती है। उच्च अक्षांश वाले क्षेत्रों में पवन और जलविद्युत के पूरक उपयोग की जरूरत होगी, लेकिन कुल मिलाकर जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता के बिना बिजली आत्मनिर्भरता की दिशा में बदलाव संभव दिखता है।

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 27 일 전
Hacker News की राय

  • एक दिलचस्प तथ्य यह है कि इस समय लगभग 1.2 करोड़ हेक्टेयर ज़मीन मक्का-आधारित ethanol उत्पादन के लिए इस्तेमाल हो रही है
    यह ethanol आख़िरकार gasoline उत्पादन में इस्तेमाल होता है। निष्कर्ष आप ख़ुद निकाल लें
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    • इस विषय पर Technology Connections का वीडियो वाकई शानदार था
      अगर उस पूरी ज़मीन को solar panels से ढक दिया जाए, तो वह अमेरिका की मौजूदा energy demand से कहीं ज़्यादा बिजली पैदा कर सकती है
      ऐसे energy source पर अड़े रहना मूर्खता है जिसके लिए लगातार resource mining चाहिए। अगर शुरुआती resources एक बार लगा दिए जाएँ, तो दशकों तक स्थिर solar+battery energy मिल सकती है
      recycling loop पूरा हो जाए तो भविष्य की resource mining भी न्यूनतम की जा सकती है
      बहस करने से पहले यह वीडियो ज़रूर देखें
    • मुझे समझ नहीं आता कि मक्का की खेती वाली ज़मीन का 1% solar से कैसे जुड़ा है
      solar को खेती की ज़मीन के ऊपर लगाने की ज़रूरत नहीं है। मक्का ethanol के अलावा protein, fat और fiber के रूप में पशु-चारे में भी काम आता है
      सरकारें food security को महत्व देती हैं, इसलिए अतिरिक्त भोजन को ethanol में बदलना, उसे स्टोर करने से ज़्यादा प्रभावी है
      आपात स्थिति में solar panels हटाए बिना भी food production संभव है। यानी solar और ethanol के मुद्दों को गड्ड-मड्ड किया जा रहा है
    • निजी तौर पर मैं चाहूँगा कि उस ज़मीन का इस्तेमाल food production के लिए हो, और लोग rooftop solar लगाएँ
    • हमने carbon-neutral fuel system बना रखा है, फिर भी उसे सिर्फ 15% blended fuel के रूप में इस्तेमाल करना हास्यास्पद है
      अगर pure ethanol engine डिज़ाइन किए गए होते, तो शायद लोग yard waste से बनी शराब से भी गाड़ी चला सकते थे
    • मेरी समझ से gasoline में ethanol मिलाया जाना fuel production की तकनीकी ज़रूरत नहीं, बल्कि मक्का किसानों की lobbying और subsidy policy का नतीजा है

  • मुझे लगता है लेख ग़लत है। खासकर यह heating energy की लगभग बात ही नहीं करता
    मैं ऐसे घर में रहता हूँ जिसमें 30kWh battery और 24kW solar लगा है। रोशनी तो रहती है, लेकिन heating संभव नहीं होती
    solar+battery system में quality of life और activity timing adjustment जैसा बड़ा trade-off मांगता है

    • अभी भी बहुत से लोग यह मानकर घर बना रहे हैं कि energy सस्ती और भरपूर है
      ठीक से insulated house को heating या cooling की लगभग ज़रूरत नहीं होती। insulation पर 50,000 डॉलर खर्च करें तो उसका लाभ जीवनभर रहता है, जबकि उतनी ही रकम heating equipment पर खर्च करें तो running cost में 10 गुना ज़्यादा लग सकता है
      हल्के मौसम वाले इलाक़ों में modern homes central heating के बिना भी चल सकते हैं। ठंडे दिनों में हर कमरे में 500W heater काफ़ी होता है
    • 24kW solar को “सिर्फ रोशनी के लिए” कहना काफ़ी कम करके बताना है
      मेरा घर महीने में सिर्फ 60kWh इस्तेमाल करता है, और आपकी 3 घंटे की production से मेरा पूरा महीना निकल जाएगा
      ऐसे इलाक़ों में भी जहाँ तापमान -25°C तक चला जाता है, heat pump COP 2+ के साथ heating bill लगभग 118 euro प्रति माह रहता है
      गर्मियों में EV charging भी मुफ़्त हो सकती है। quality of life गिरने की बात बढ़ा-चढ़ाकर कही गई है
    • मैं उत्तर के क्षेत्र में रहता हूँ, लेकिन अगर insulation और windows अच्छे हों तो solar+battery से net zero हासिल किया जा सकता है
      दिन में 66°F और रात में 60°F सेट करने पर भी सुबह घर गर्म रहता है
    • 30kWh छोटी capacity है। 10 साल बाद ज़्यादातर घरों के पास 200kWh EV battery होगी
      battery prices में 10 गुना और गिरावट की गुंजाइश है, और आख़िरकार zero-margin cost structure ही जीतेगा
      हमारा holiday cabin 15kWh battery पर सालभर चलता है, और बहुत ठंड में एक छोटा wood stove सहारा देता है
    • सिर्फ इसलिए कि किसी व्यक्ति ने solar लगाया है, इसका मतलब यह नहीं कि वह grid operations समझता है
      एक घर की self-sufficiency के उदाहरण से पूरे power grid का आकलन करना उचित नहीं है

  • मैं off-grid camper van बनाता हूँ और उनमें solar+lithium battery systems लगाता हूँ
    पिछले कुछ वर्षों में तकनीक ने बहुत प्रगति की है। समस्या तकनीक नहीं, बल्कि ग्राहकों की mindset है, जो अपनी वास्तविक usage को बढ़ाकर आँकते हैं
    मेरा मानना है कि यही समस्या राष्ट्रीय स्तर पर भी दिखेगी

    • मैं 600kWh expansion battery वाली eSprinter camper बना रहा हूँ
      यह पूरी तरह solar से charge होती है, और यह camper पड़ोस की EV charging station की तरह भी काम करती है
      अपने खुद के parallel charge-discharge system से मैंने LFP battery life 20,000 cycles हासिल की है
    • इस तरह की समस्या national grid पर लागू नहीं होती। वहाँ market scale और data-driven planning होती है
    • मैं घरों के लिए lithium titanate cells पर विचार कर रहा हूँ। वहाँ वज़न से ज़्यादा safety महत्वपूर्ण है
      Lithium-titanate battery wiki
    • national grids पहले से ही demand और weather data के आधार पर डिज़ाइन किए जाते हैं। समस्या growth rate की है, data की कमी की नहीं
    • मैंने एक YouTuber का वीडियो देखा था जिसमें उसने RV के सभी उपकरण DC पर बदल दिए ताकि conversion losses कम हों
      घरों के लिए भी DC solution की ज़रूरत है

  • मेरी नज़र में सबसे बड़ा सुधार rooftop solar installation के नियम आसान करना है
    approval और installation एक हफ़्ते के भीतर होनी चाहिए, और लागत आधी के आसपास होनी चाहिए
    अभी regulation और complexity की वजह से economic viability ही ख़त्म हो जाती है

    • जर्मनी की तरह plug-in panels लाने चाहिए। कोई भी उन्हें एक घंटे में लगा सकता है
      लेकिन लंबे समय में utility-scale solar farms ज़्यादा efficient होंगी
    • अमेरिका में भी ‘balcony solar’ legalization bill आगे बढ़ रहा है
      यह यूरोप की तरह socket में लगने वाला छोटा system है, जिसे permit process के बिना लगाया जा सकता है
      समस्या यह है कि लोग बहुत बड़े systems लगा देते हैं, जिससे grid पर दबाव पड़ता है
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    • 100% सहमत। अगर DIY संभव हो, तो लागत दसवें हिस्से तक आ सकती है
      लेकिन छोटे systems के लिए भी permit process बहुत कठिन है

  • वैश्विक अर्थव्यवस्था अब भी oil और gas पर आधारित है
    alternative energy की ओर जाना सिर्फ तकनीकी समस्या नहीं, बल्कि geopolitical relationships के पुनर्गठन का मामला है

  • मैं renewable energy के पक्ष में हूँ, लेकिन मुझे लगता है hybrid energy strategy सबसे बेहतर है
    90–95% renewable हो, और बाकी हिस्सा short term में gas तथा long term में nuclear से पूरा किया जाए
    उत्तर-दक्षिण और पूर्व-पश्चिम दिशा में grid interconnections से seasonal और time-of-day variability को संतुलित किया जा सकता है
    साथ ही flexible demand management और automated price adjustment से ‘base load’ समस्या हल की जा सकती है
    आख़िरी 10% महँगा होगा, लेकिन मौजूदा gas plants उससे निपटने के लिए काफ़ी हैं

  • अगर कोई कंपनी वास्तव में इस लक्ष्य पर काम कर रही है, तो मैं उसके साथ काम करना चाहूँगा
    मैंने प्रमुख solar, battery और EV companies के साथ मिलकर clean energy transition के लिए analysis software विकसित किया है
    अगले चरण में मैं fossil fuels को हटाने में योगदान देना चाहता हूँ
    matthewgerring.com

    • मैंने email भेज दिया है। हम यूरोप और यूक्रेन में 100% solar आधारित smart grids और housing developments बना रहे हैं
      आशा है कि हम साथ मिलकर अमेरिकी बाज़ार में विस्तार करेंगे

  • पिछले साल China में बने solar panels अपने पूरे lifetime में जितनी बिजली पैदा करेंगे, वह दुनिया की सालाना oil consumption के बराबर है
    अगर battery production इसी तरह बढ़ती रही, तो 10 साल के भीतर oil, gas और coal का अधिकांश हिस्सा बदला जा सकता है

  • skeptics को यह बात अविश्वसनीय लगने का कारण यह है कि लेख counterarguments को नहीं छूता
    panels सस्ते हैं, लेकिन installation और maintenance cost अब भी ऊँची है। lightning जैसे जोखिम भी हैं
    राष्ट्रीय स्तर पर land, capital और skilled labor की कमी है, और हर देश के पास पर्याप्त sunlight भी नहीं है
    अंततः शायद सिर्फ 10–20 देश ही 10 साल के भीतर renewable-dominant system में बदल पाएँगे

    • लेकिन जिन क्षेत्रों में electric infrastructure ही नहीं है, वे शुरुआत से ही renewable-based मॉडल पर जा सकते हैं

  • अगर बिजली का 90% मिल भी जाए, तो इसे ‘दुनिया को चलाना’ कहना मुश्किल है
    low-cost long-duration storage चाहिए, जो batteries की पूरक भूमिका निभाए

    • लेख में भी साफ़ लिखा है कि आख़िरी 5–10% को fossil fuels, long-term storage, और e-biofuels से पूरा किया जा सकता है
    • लक्ष्य हर carbon source को पूरी तरह खत्म करना नहीं, बल्कि परिवर्तन की रफ़्तार को इतना धीमा करना है कि अनुकूलन संभव हो सके
      सिर्फ 90% हासिल करना भी अपने आप में काफ़ी मायने रखता है