Apa itu penyimpanan energi?

Kemampuan untuk menyimpan energi dapat memfasilitasi integrasi energi bersih dan energi terbarukan ke dalam jaringan Power dan penggunaan sehari-hari di dunia nyata. Misalnya, penyimpanan listrik melalui baterai menggerakkan kendaraan listrik, sementara sistem penyimpanan energi skala besar membantu utilitas memenuhi permintaan listrik selama periode ketika sumber daya energi terbarukan tidak menghasilkan energi.

Penyimpanan energi yang mendukung perluasan energi terbarukan dapat menggantikan sebagian produksi energi berbasis bahan bakar fosil, sekaligus mengurangi dampak lingkungan yang ditimbulkannya. Kemajuan ini dapat mendukung negara-negara dalam mencapai tujuan net zero mereka.

Baterai, salah satu penemuan paling terkenal yang dirancang untuk menyimpan listrik, berasal dari tahun 1800. Fisikawan Italia, Alessandro Volta menggunakan tumpukan cakram nikel, cakram seng, dan bantalan yang direndam dalam air garam untuk mengirim arus listrik. Sekitar 60 tahun kemudian, fisikawan Prancis Gaston Planté menemukan baterai yang dapat diisi ulang dengan menggunakan timbal dan asam sulfat—dikenal sebagai baterai asam timbal. 

Kemudian, pada awal abad ke-19, penemu Amerika Thomas Edison menciptakan jenis baterai isi ulang yang berbeda, yang menggunakan nikel dan besi. Insinyur kimia Kanada Lewis Urry kemudian mengembangkan prototipe untuk baterai alkaline modern pada tahun 1957 setelah mencari tahu tentang penggunaan seng oleh Edison.

Dua bentuk penyimpanan energi lain yang telah lama digunakan adalah penyimpanan pompa hidro dan penyimpanan energi termal. Penyimpanan pommpa hidro, yang merupakan jenis penyimpanan energi hidroelektrik, digunakan sejak tahun 1890 di Italia dan Swiss sebelum menyebar ke seluruh dunia.

Penyimpanan energi termal (TES) telah digunakan dalam kotak es yang dirancang untuk pengawetan makanan pada awal abad ke-19. Sistem TES modern telah membantu memanaskan dan mendinginkan bangunan sejak awal abad ke-20.

Kapasitas pembangkit listrik dalam sistem penyimpanan energi dapat diukur dengan dua cara:

1. Kapasitas daya, atau jumlah maksimum listrik yang dihasilkan secara terus menerus, diukur dalam satuan watt, seperti kilowatt (kW), megawatt (MW), dan gigawatt (GW).
   
   
2. .
3. Kapasitas energi, atau jumlah total energi yang disimpan, diukur dalam satuan watt hour, seperti kilowatt hour (kWh), megawatt hour (MWh), dan gigawatt hour (GWh).

Sistem penyimpanan energi listrik (ESS) umumnya mendukung jaringan listrik. Jenis sistem penyimpanan energi meliputi:

• Penyimpanan pompa hidro
• Sistem penyimpanan energi baterai
• Flywheel
• Penyimpanan energi udara terkompresi
• Penyimpanan energi termal
• Penyimpanan hidrogen
• Superkapasitor

Penyimpanan pompa hidro, juga dikenal sebagai pembangkit listrik tenaga air yang dipompa, dapat dibandingkan dengan baterai raksasa yang terdiri dari dua reservoir air dengan ketinggian yang berbeda. Yang disebut baterai "mengisi daya" ketika daya digunakan untuk memompa air dari reservoir yang lebih rendah ke reservoir yang lebih tinggi.

Sistem penyimpanan energi "melepaskan" daya ketika air, yang ditarik oleh gravitasi, dilepaskan kembali ke reservoir dengan ketinggian lebih rendah dan melewati turbin di sepanjang jalan. Pergerakan air melalui turbin menghasilkan daya yang dimasukkan ke dalam sistem jaringan listrik.

Penyimpanan pompa hidro adalah teknologi penyimpanan energi yang paling banyak digunakan di seluruh dunia, menurut Badan Energi Internasional, yang menyumbang 90% dari penyimpanan energi global pada tahun 2020.¹ Pada Mei 2023, China memimpin dunia dalam kapasitas penyimpanan pompa operasional dengan 50 gigawatt (GW), mewakili 30% dari kapasitas global.²

Sistem penyimpanan energi baterai (BESS) adalah sistem penyimpanan elektrokimia yang memungkinkan listrik disimpan sebagai energi kimia dan dilepaskan saat dibutuhkan. Jenis yang umum termasuk baterai timbal-asam dan lithium-ion, sementara teknologi yang lebih baru termasuk baterai solid-state atau aliran.

Baterai litium-ion saat ini mendominasi pasar penyimpanan baterai skala jaringan. Pada tahun 2023, fasilitas penyimpanan baterai lithium-ion terbesar di dunia berada di Monterrey County, California, dengan kapasitas 550 megawatt.³ Baterai lithium-ion juga digunakan dalam kendaraan listrik.

Solusi penyimpanan baterai diperkirakan akan mengungguli penyimpanan hidro yang dipompa dalam pangsa pasar dalam beberapa tahun ke depan, karena semakin banyak negara di seluruh dunia yang berinvestasi dalam solusi penyimpanan baterai skala jaringan. Di Amerika Serikat, kapasitas baterai yang terpasang diperkirakan akan meningkat dua kali lipat pada tahun 2024, dengan sebagian besar instalasi BESS baru berada di Texas dan California.⁴

Sementara sebagian besar investasi BESS dunia terjadi di negara-negara maju yang besar, negara-negara berkembang menerima bantuan untuk instalasi penyimpanan baterai melalui berbagai program seperti Kemitraan Penyimpanan Energi Bank Dunia.

Roda flywheel adalah perangkat penyimpanan energi mekanik di mana roda berputar menyimpan energi kinetik. Listrik digunakan untuk "mengisi daya" roda dengan membuatnya berputar pada kecepatan tinggi, sementara putaran roda pada kecepatan konstan menyimpan energi tersebut.

Sistem penyimpanan energi flywheel (FESS) dianggap sebagai teknologi energi hemat tetapi dapat melepaskan listrik untuk periode waktu yang lebih singkat daripada metode penyimpanan lainnya. Meskipun Amerika Utara saat ini mendominasi pasar roda gila global (sistem penyimpanan energi roda gila yang besar dapat ditemukan di New York, Pennsylvania, dan Ontario), permintaan meningkat di Eropa.⁵

Teknologi energi ini bekerja dengan menggunakan listrik untuk memampatkan udara dan menyimpannya di bawah tanah, sering kali dalam gua. Untuk menghasilkan listrik, udara dilepaskan dan dialirkan melalui turbin yang terhubung ke generator listrik. Beberapa pabrik penyimpanan energi udara terkompresi (CAES) beroperasi di seluruh dunia, termasuk di Cina, Kanada, Jerman, dan AS.

Penyimpanan energi termal (TES) dapat ditemukan di pembangkit listrik tenaga surya-termal yang menggunakan sistem tenaga surya terkonsentrasi (CSP). Sistem seperti itu menggunakan sinar matahari terkonsentrasi untuk memanaskan cairan, seperti air atau garam cair. Selain uap dari fluida yang dapat langsung digunakan untuk menghasilkan listrik, fluida juga dapat disimpan di dalam tangki untuk digunakan di kemudian hari.

Listrik dapat diubah menjadi hidrogen untuk penyimpanan melalui elektrolisis air—menggunakan listrik untuk memecah molekul air menjadi hidrogen dan oksigen. Energi dilepaskan ketika hidrogen digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik dan transportasi. Penyimpanan hidrogen dianggap sebagai teknologi penting untuk sel bahan bakar, yang menghasilkan listrik melalui reaksi kimia.

Superkapasitor adalah perangkat elektrokimia yang menyimpan energi dengan mengumpulkan muatan listrik pada elektroda (konduktor listrik) yang diisi dengan larutan elektrolit. Mereka dapat melepaskan listrik dengan cepat dan memiliki siklus hidup yang panjang. Mereka kadang-kadang dianggap sebagai pengganti potensial untuk baterai lithium-ion tetapi memiliki kepadatan energi yang lebih rendah.⁶

Manfaat sistem penyimpanan energi juga dirasakan oleh jaringan listrik, karena kemampuannya dalam menyeimbangkan fluktuasi pasokan energi. ESS dapat menyimpan kelebihan listrik yang dihasilkan pada periode konsumsi rendah, seperti saat malam dan pagi hari, untuk digunakan saat permintaan energi meningkat. Dengan demikian, ESS dapat memberikan pasokan listrik pada saat sumber energi primer tidak memberikan kontribusi yang cukup, terutama pada jam-jam puncak penggunaan energi, seperti pada sore dan malam hari.

Selain itu, sistem ESS yang dimiliki oleh pelanggan jaringan dapat menyediakan daya pencadangan darurat selama pemadaman jaringan dan diintegrasikan ke dalam microgrid. 

Fleksibilitas yang diberikan ESS ke jaringan listrik dapat membantu mengintegrasikan energi terbarukan hijau (baik skala instalasi utilitas maupun sumber daya energi terdistribusi) ke dalam sistem listrik yang sebelumnya bergantung pada bahan bakar fosil. Proyek penyimpanan energi terbarukan dapat membantu menstabilkan aliran daya dengan menyediakan energi pada saat sumber energi terbarukan tidak menghasilkan listrik. Misalnya, mereka memasok daya pada malam hari untuk instalasi energi surya dengan sel fotovoltaik atau pada hari tenang ketika turbin angin tidak berputar.

Sebaliknya, ESS juga membantu dalam kasus ketika sumber energi terbarukan menghasilkan listrik berlebih—pembangkitan tenaga surya pada sore yang cerah atau pembangkitan tenaga angin pada hari berangin, misalnya. Solusi penyimpanan energi terbarukan memastikan kelebihan listrik tidak terbuang sia-sia.

Dukungan yang disediakan penyimpanan energi untuk jaringan listrik dianggap kunci dalam membantu negara-negara beralih ke energi bersih dan mencapai masa depan net zero. Ketika negara-negara meningkatkan penggunaan energi terbarukan, mereka dapat mengurangi ketergantungan mereka pada tenaga bahan bakar fosil. Pergeseran ini dapat secara signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca dan membantu mereka mencapai keberlanjutan dalam konsumsi dan produksi energi.

Lamanya ESS dapat memasok listrik bervariasi menurut proyek dan jenis penyimpanan energi. Sistem penyimpanan energi dengan durasi pendek memasok energi hanya selama beberapa menit, sementara penyimpanan energi diurnal memasok energi selama berjam-jam. Pompa hidro, udara yang dikompresi, dan beberapa sistem penyimpanan energi baterai menyediakan penyimpanan diurnal, sementara sistem baterai dan flywheel lainnya mendukung penyimpanan durasi pendek.

Biaya energi yang tinggi dan durasi penyimpanan yang singkat dapat menjadi rintangan dalam penerapan beberapa sistem penyimpanan energi, tetapi para peneliti sedang berupaya mengatasi rintangan tersebut. Inovasi dalam teknologi energi dapat memungkinkan sistem penyimpanan energi listrik berbiaya rendah untuk memasok daya selama 10 jam atau lebih, yang selanjutnya dapat menstabilkan pasokan listrik karena lebih banyak sumber energi terbarukan yang online.

Pengembangan penyimpanan energi jangka panjang (LDES) juga mendapat dukungan dari para pembuat kebijakan, dengan negara-negara seperti Spanyol, Inggris, dan Amerika Serikat yang mengembangkan rencana untuk mendorong proyek-proyek LDES.