Penyimpanan Energi Hidro yang Dipompa Sedang Berkembang

Pada akhir November, di sudut yang tenang di Devon, Inggris, para pekerja mulai menambahkan bubuk rahasia berwarna coklat muda ke dalam air sambil mencampurkan cairan khusus yang dapat menyimpan energi. Mereka meraciknya dengan sangat hati-hati, seperti sejenis protein shake raksasa, selama beberapa minggu. Tujuan mereka adalah mencapai campuran 2,5 kali lebih padat dari air.

“Proses ini cukup praktis. Pada skala yang lebih besar, kami akan mengotomatiskannya,” kata Stephen Crosher, kepala eksekutif dan salah satu pendiri RheEnergise, sebuah perusahaan penyimpanan energi asal Inggris. Ia menekankan, cairan berbahan dasar mineral harus mengalir dengan mudah. “Kamu ingin airnya benar-benar encer.”

Itu karena, dalam sistem demonstrasi perusahaan, di sebuah tambang tanah liat Cina dekat kota Plymouth, cairan misterius ini sekarang dapat mengalir ke pipa-pipa bersudut yang menghubungkan wadah atas ke wadah bawah yang berada 80 meter di bawahnya. Dalam prosesnya, fluida menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Memompa campuran kembali pada saat ada kelebihan energi di jaringan akan mengatur ulang seluruh sistem. Ini adalah pandangan baru dari teknologi penyimpanan energi lama yang saat ini mengalami kebangkitan: pompa air.

Hidro yang dipompa pertama kali muncul pada akhir abad ke-19. Namun, selama dekade berikutnya, negara-negara termasuk AS dan Inggris membangun banyak pabrik besar konstruksi telah berkurang pada tahun 1990-an. Teknologi ini awalnya dirancang untuk melengkapi pembangkit listrik berbahan bakar fosil, memanfaatkan kelebihan energi yang mereka hasilkan. Namun saat ini operator jaringan listrik semakin menghargai pembangkit listrik tenaga air yang dipompa sebagai alat yang mampu memediasi aset tenaga angin dan surya yang sangat bervariasi. Mereka dapat mengisi kekurangan pembangkitan listrik atau menyerap kelebihan energi dalam hitungan menit, dan menyimpannya untuk jangka waktu pendek atau panjang.

Saat ini, sejumlah besar energi terbuang sia-sia karena tidak ada cara untuk mengkonsumsinya pada saat dihasilkan. Inggris, misalnya, telah menghamburkan lebih dari £1 miliar ($1,32 miliar) tahun ini sendirian dengan mematikan turbin angin karena kurangnya kebutuhan energi.

Pembangkit listrik tenaga air yang dipompa dapat membantu mengatasi masalah ini, namun pembangunannya seringkali mahal dan sulit. Fluida RheEnergise yang lebih padat daripada air berarti perusahaan dapat mengemas lebih banyak energi potensial ke dalam ruang yang lebih kecil dan pada ketinggian yang lebih rendah. Untuk mereplikasi alat demonstrasi 500 kilowatt (kW) milik perusahaan tersebut dengan versi berbasis air, misalnya, Anda memerlukan lebih dari dua kali volume cairan yang mereka gunakan, dan reservoir atas perlu dinaikkan hingga 200 meter, bukan 80 meter.

Waduk yang luas dan pegunungan yang menjulang tinggi, yang secara historis terkait dengan proyek pembangkit listrik tenaga air, mungkin tidak lagi penting. “Di negara seperti Inggris, kami pikir mungkin ada 20-25 lokasi yang layak untuk pompa air tradisional, sedangkan bagi kami jumlahnya 6.500,” kata Crosher. Mungkin ada ratusan ribu lokasi potensial untuk teknologi perusahaan di seluruh dunia—jika RheEnergise dapat membuktikan bahwa teknologi tersebut berfungsi sebagaimana mestinya. Perusahaan tersebut mengatakan kepada WIRED bahwa mereka menghasilkan listrik pertama dari sistem tersebut minggu ini. Jika hasil pengujian ini tetap memuaskan, proyek 10 MW skala komersial dapat dilaksanakan pada tahun 2028.

RheEnergise hanyalah salah satu contoh bagaimana pompa air berevolusi. “Ini saat yang sangat menyenangkan,” kata Rebecca Ellis, manajer kebijakan energi senior di International Hydropower Association (IHA), sebuah organisasi keanggotaan nirlaba. IHA memperkirakan bahwa 600 GW proyek pembangkit listrik tenaga air yang dipompa sedang dalam proses global. 8,4 GW telah dipasang pada tahun 2024, tambahnya. Salah satu proyek yang membantu meningkatkan jumlah tersebut adalah Pembangkit listrik tenaga air berkekuatan 3,6 GW di Fengning, Tiongkok. Ini adalah fasilitas terbesar dalam hal kapasitas listrik di dunia.

Hari demi hari, tanaman seperti ini menggerakkan air ke atas bukit dan ke bawah bukit dalam skala yang sangat besar—dan dengan kekuatan yang luar biasa.

Di Goldisthal di Jerman tengah, sebuah reservoir atas yang berisi sekitar 12 juta meter kubik air—cukup untuk mengisi 4.800 kolam renang Olimpiade—dihubungkan oleh pembangkit listrik tenaga air yang dipompa ke reservoir bawah yang berkapasitas hampir 19 juta meter kubik. Ia memiliki dua penstock sepanjang 800 meter, pipa miring yang menghubungkan waduk, dan, dengan daya maksimum, berkapasitas 1,06 GW.

“Goldisthal adalah pembangkit listrik terbesar kami,” kata René Kühne, kepala armada pembangkit listrik tenaga air yang dipompa perusahaan energi Vattenfall di Jerman. Jika diperlukan, fasilitas tersebut dapat menyediakan listrik sebesar 1,06 GW selama delapan hingga sembilan jam. Hanya dalam 90 detik, Goldisthal dapat beralih dari mode diam ke generasi penuh. Air membanjiri setiap penstock dengan kecepatan 100 meter kubik per detik. Pembangkit ini dapat berganti-ganti antara mode pembangkitan dan mode pemompaan dalam hitungan menit, yang berarti bahwa alih-alih menyuplai energi sebesar 1,06 GW ke jaringan listrik, pembangkit listrik tersebut dapat menyerap daya sebesar itu.

Di ruang kendali pusat Vattenfall, operator manusia dibantu oleh algoritma memantau jaringan listrik, dan pasar, untuk menilai apakah pembangkit listrik tenaga air yang dipompa harus menghasilkan atau memompa. Kühne menambahkan bahwa frekuensi pergantian moda-moda ini telah meningkat seiring berjalannya waktu karena variabilitas energi terbarukan.

Namun, jika Anda dapat merespons dengan benar, Anda dapat menghasilkan banyak uang. Di situs webnya, Vattenfall menggambarkan pompa air sebagai “sangat menguntungkan.” Sebuah kertas diterbitkan bulan lalu memperkirakan dampak peningkatan energi terbarukan di Spanyol antara saat ini hingga tahun 2050. Dengan penurunan harga listrik secara bertahap, variabilitas yang lebih tinggi, dan berkurangnya kebutuhan untuk mengimpor listrik secara keseluruhan, penulis menemukan bahwa penyimpanan energi akan dimanfaatkan 12 persen lebih banyak di masa depan—dan bahwa sistem yang menggabungkan energi terbarukan dengan penyimpanan energi hidro yang dipompa akan meningkatkan keuntungannya.

Pada prinsipnya, pembangkit listrik tenaga air yang dipompa dapat digunakan di banyak tempat di seluruh dunia, kata Rosie Madge, seorang insinyur sistem di Energy Systems Catapult, sebuah pusat penelitian dan inovasi nirlaba: “Sebagian besar negara di dunia memiliki geografi yang cocok untuk hal tersebut.”

Sebuah laporan oleh Madge dan rekannyayang diterbitkan pada bulan Oktober, memberikan skor kepada 11 negara dalam hal kesesuaiannya terhadap pompa air dan teknologi penyimpanan energi jangka panjang lainnya. Dua negara yang terkenal datar, Denmark dan Belanda, bernasib buruk. Namun negara-negara lain sangat cocok untuk pompa air konvensional dan beberapa negara, termasuk Inggris, Australia, dan Tiongkok, sangat cocok untuk versi dengan kepadatan tinggi. Skor tersebut sebagian didasarkan pada kesiapan dan kemauan masing-masing negara untuk menerapkan teknologi tersebut, dan juga pada kondisi pasar.

Namun bahkan dalam analisis tersebut, pembangkit listrik tenaga air konvensional yang dipompa merupakan yang paling mudah digunakan—bila dibandingkan dengan beberapa teknologi penyimpanan jangka panjang lainnya termasuk pembangkit listrik tenaga air yang dipompa dengan kepadatan tinggi, hidrogen, amonia, baterai udara logam, udara bertekanan, dan pembangkit listrik tenaga air yang tidak dipompa. penyimpanan gravitasi.

Namun, jika Anda ingin terjun ke dalam permainan hidro yang dipompa, Anda harus membangun infrastruktur terlebih dahulu. Dan melakukan hal ini dalam skala besar secara konvensional sangatlah sulit.

Di Australia, proyek pembangkit listrik tenaga air yang dipompa secara besar-besaran yang disebut Snowy 2.0 saat ini sedang dibangun. Ini merupakan perluasan dari sistem pompa air yang memanfaatkan danau-danau di Pegunungan Snowy di Australia bagian selatan. Meskipun Goldisthal dapat menyediakan total energi sebesar 8,5 gigawatt jam (GWh)—kapasitas 1,06 GW yang dihasilkan dalam waktu maksimum 8,5 jam—Snowy 2.0 akan menawarkan 350 GWh yang menakjubkan ketika selesai.

Namun, Snowy 2.0 telah dilanda penundaan dan pembengkakan biaya. Pengerjaan proyek ini melibatkan pembangunan terowongan besar dengan panjang total 27 km. Namun salah satu mesin pengebor terowongan dikerahkan untuk menggalinya terjebak selama beberapa bulan di batuan lunak yang tidak terduga. Itu nanti menjadi terjebak lagi. Ditambah lagi, perusahaan di balik proyek tersebut, Snowy Hydro, dan beberapa kontraktornya telah melakukannya didenda atas beberapa dugaan kejadian pencemaran akibat kegiatan konstruksi. A laporan tahun 2024 oleh Asosiasi Taman Nasional New South Wales (NPA) yang merupakan lembaga swadaya masyarakat mengklaim bahwa para pejabatnya diduga telah mengamati sekitar selusin kegagalan kepatuhan lingkungan dari awal tahun 2022 hingga pertengahan tahun 2023.

Pada tahun 2024, sebagai tanggapan terhadap laporan NPA mengenai kinerja lingkungannya, perusahaan tersebut mengatakan: “Snowy Hydro menjalankan kewajiban kepatuhan lingkungannya dengan sangat serius dan berkomitmen untuk memastikan bahwa pembangunan dan pengoperasian Proyek Snowy 2.0 berjalan dengan cara yang sesuai dengan semua undang-undang dan persetujuan yang berlaku.”

Snowy 2.0 saat ini dijadwalkan selesai pada akhir tahun 2028. Didanai oleh pembayar pajak, proyek ini akan memakan biaya jauh lebih besar dari perkiraan awal sebesar AUD$2 miliar ($1,29 miliar). Tagihan akhir akan berjumlah setidaknya enam kali lipat, kemungkinan besar akan berakhir di kisaran AUD$15–18 miliarmenurut Andrew Blakers dari Universitas Nasional Australia. Namun, ia menghitung bahwa bahkan dengan harga sebesar itu, Snowy 2.0 akan menelan biaya sekitar satu sen Australia, per warga Australia, selama proyeksi masa pakainya selama 150 tahun.

“Jika Anda menginginkan penyimpanan yang serius, Anda menginginkan pompa air,” katanya, seraya menambahkan bahwa Inggris, misalnya, saat ini “tidak serius” mengenai pompa air dan tidak akan serius sampai mereka membangun sistem 500 GWh di Loch Ness di Skotlandia. Banyak perusahaan berlomba-lomba untuk memasang infrastruktur pompa air baru di sana, melalui skema ini telah menghadapi oposisi lokal.

Kesulitan dalam bidang konstruksi terkadang muncul pada proyek pembangkit listrik tenaga air yang dipompa, dan skema infrastruktur skala besar lainnya, sebagian karena sangat sulit untuk mengetahui apa yang ada di dalam tanah sebelum Anda mulai menggali, kata Brian Minhinick, pemimpin praktik pembangkit listrik tenaga air global di Mott MacDonald, sebuah konsultan teknik. “Saya sangat ingin hal itu tidak terjadi,” katanya. “Kami berusaha melakukan yang terbaik.” Perencanaan untuk berbagai skenario dapat membantu, seperti halnya penggunaan model 3D proyek pembangkit listrik tenaga air untuk merencanakan konstruksi secara detail. Pekerja dapat menyesuaikan rencana digital tersebut jika mereka menemukan batu keras atau lunak yang tidak terduga, misalnya.

Mesin-mesin baru juga telah membantu. “Anda sebenarnya bisa mendapatkan rig pengeboran yang memiliki tiga lengan bor yang dikendalikan komputer [operating] pada saat yang sama—untuk mempercepat pekerjaan,” tambah Minhinick. Mereka dapat, misalnya, secara bersamaan menggali beberapa lubang untuk memasukkan bahan peledak, sebagai bagian dari operasi pengeboran dan peledakan di mana mesin pengebor terowongan bukanlah alat pilihan.

Skala besar dari beberapa proyek pembangkit listrik tenaga air yang dipompa adalah salah satu keunggulan utama mereka. Blakers mengatakan bahwa membangun proyek pembangkit listrik tenaga air yang dipompa dalam jumlah besar adalah cara suatu negara menunjukkan bahwa mereka serius dalam hal penyimpanan energi.

Namun Crosher di RheEnergise mengemukakan pendapat lain. Meskipun pembangkit listrik tenaga air tradisional yang dipompa berskala besar mempunyai tempatnya, dunia membutuhkan solusi iklim dengan cepat. Tujuannya adalah untuk menawarkan versi pompa air yang lebih mudah dan cepat untuk diterapkan. “Jika Anda menginginkan solusi untuk darurat iklim dan transisi energi, maka [traditional] pompa air akan melakukan sebagian dari hal tersebut, namun mereka terlalu lambat untuk melakukan semuanya,” katanya.