Energia słoneczna i wiatrowa konkurują z elektrowniami węglowymi, jeśli chodzi o systemy magazynowania energii. AP Photo / Mel Evans

Energia bez emisji węgla: czy odpowiedź wieje wiatr? Być może, ale wiatr nie zawsze wieje, a słońce nie zawsze świeci. Energia wytwarzana przez wiatr i energię słoneczną jest przerywana, co oznacza, że ​​wytwarzana energia elektryczna rośnie i spada w zależności od pogody.

Ale moc wyjściowa z sieci elektrycznej musi być kontrolowana, aby dopasować się do zmieniającego się zapotrzebowania konsumentów z sekundy na sekundę. Tak więc przerywanie energii wiatrowej i słonecznej stanowi wyzwanie operacyjne dla systemu elektrycznego.

Magazynowanie energii jest powszechnie uznanym rozwiązaniem problemu sporadycznych odnawialnych źródeł energii. Chodzi o to, że magazynowanie ładuje się, gdy wieje wiatr lub świeci słońce, a następnie rozładowuje się później, gdy energia jest potrzebna. Pamięć dla siatki może być bateria chemiczna jak te, których używamy w urządzeniach elektronicznych, ale może również przybrać formę pompowanie wody pod wzgórze do zbiornika i wytwarzanie energii elektrycznej, gdy pozwala się jej spłynąć z powrotem, lub magazynuje i rozładowuje skompresowane powietrze w podziemnej jaskini.

Najczęściej stosowaną formą magazynowania energii w sieci elektrycznej jest pompowanie wody pod górę, a następnie uwalnianie jej w godzinach szczytu w celu uruchomienia turbiny energetycznej. Vattenfall, CC BY-NC-ND

Motywowane poglądem, że magazynowanie jest „zieloną” technologią, rządy coraz częściej promują magazynowanie energii na skalę użyteczności i rozproszone. Na przykład w listopadzie 2017, gubernator Nowego Jorku Andrew Cuomo podpisał ustawę o mandacie cele do przyjęcia pamięci masowej przez 2030. Inne stany o podobnych zasadach to Oregon, Massachusetts, Kalifornia i Maryland. Firmy takie jak Tesla również markują systemy pamięci masowej jako czyste technologie.

Ale czy duże systemy magazynowania zmniejszają emisje w naszych obecnych sieciach? W Ostatnie badania, stwierdziliśmy, że niekoniecznie tak jest - odzwierciedlenie złożoności systemu elektrycznego.

Rola węgla

Ponieważ magazynowanie może umożliwić odnawialnym źródłom energii zaspokojenie zmieniającego się popytu, często zakładamy, że technologia jest z natury zielona - to znaczy, dodając magazynowanie i odnawialne źródła energii do sieci, zmniejszamy emisję gazów cieplarnianych. Przypomina to zauważenie, że komputery mogą zapewnić korzyści edukacyjne i związane z produktywnością, a następnie przyjęcie założenia, że ​​wszystko, co dana osoba robi na komputerze, ma charakter edukacyjny lub produktywny. Zarówno w przypadku magazynowania energii, jak i komputerów, zależy to od sposobu jej wykorzystania.

W naszej analizie stwierdziliśmy, że dodanie magazynu może, w przypadku niektórych sieci, zwiększyć emisje węgla. Chociaż na pierwszy rzut oka jest to sprzeczne z intuicją, wynik ten ma sens, gdy się zastanawia, jak działają sieci elektryczne. Ogólnie rzecz biorąc, cała amerykańska sieć jest obsługiwana jako zestaw regionalnych podsieci które pokrywają USA jak patchworkowa kołdra.

Elon Musk, dyrektor generalny Tesli, wprowadza akumulator 2015 do sieci elektrycznej. AP Photo / Ringo HW Chiu

Magazynowanie energii nie powoduje emisji kominowych, takich jak elektrownie węglowe lub gazowe. Ale nowe magazyny wpływają na działanie innych elektrowni w sieci, powodując wzrost lub spadek emisji węgla w zależności od rodzaju elektrowni dostarczających energię elektryczną dla tego regionu.

W większości przypadków systemy pamięci masowej w USA działają w celu maksymalizacji zysku. Aby to zrobić, pamięć masowa „kupuje nisko i sprzedaje wysoko”. Energia elektryczna jest zwykle tania w nocy, gdy popyt jest niski, i droższa w ciągu dnia, zwłaszcza gdy ludzie wracają do domu z pracy i włączają kilka urządzeń. Tak więc operatorzy systemów magazynowania zwykle kupują w nocy i sprzedają w ciągu dnia. Wpływ netto magazynowania na emisje zależy zatem od tego, jakiego rodzaju generatory są używane, aby zaspokoić nowe zapotrzebowanie w nocy w porównaniu do dnia.

W sieciach o dużej mocy węglowej - państwa środkowo-zachodnie, zachodnie i południowe polegać w dużej mierze na węglu - elektrownie węglowe są zwykle wykorzystywane do zaspokojenia niewielkich zmian popytu w nocy. Elektrownie gazowe zwykle pracują w ciągu dnia, aby zaspokoić szczytowe zapotrzebowanie. W tych sieciach energetycznych magazyny zwykle ładują się energią węglową w nocy, wypierając energię gazu ziemnego w ciągu dnia.

Energia węglowa jest bardziej zanieczyszczonym źródłem energii elektrycznej niż gaz ziemny, z około dwukrotnie większą emisją węgla na każdą wyprodukowaną jednostkę energii elektrycznej. Dlatego w miejscach, w których nowy magazyn oznacza więcej węgla i mniej gazu ziemnego, magazynowanie zwiększy całkowitą emisję węgla z sieci.

Na środkowym zachodzie stwierdziliśmy, że dodanie pojemności gigawatów 3, wystarczającej mocy, by zasilić mniej więcej amerykańskie domy 500,000, podnosi emisję dwutlenku węgla, równoważną z dodawaniem samochodów 6,700 rocznie. W miarę dodawania większej ilości składowania rośnie emisja dwutlenku węgla.

Z drugiej strony odkryliśmy, że w stanie Nowy Jork, w którym energia węgla jest bardzo niewielka, dodanie magazynowania zmniejsza emisję węgla. Środkowy Zachód jest obecnie najbrudniejszą siecią elektryczną w USA, a Nowy Jork jest jednym z najczystszych, więc inne regiony znalazłyby się gdzieś pośrodku.

Nie zawsze łatwo jest być zielonym

Jak więc planiści sieci mogą spełnić obietnicę szczęśliwego małżeństwa między magazynowaniem a odnawialnymi źródłami energii, zakładając, że muszą mieszkać w tym samym domu ze starym, chrupiącym węglem?

Jedną z możliwości jest to, że nawet przy magazynowaniu działającym w celu maksymalizacji zysku, dodanie wystarczającej ilości wiatru i słońca do sieci może przeciwdziałać wpływowi węgla. Przy wystarczającej nadwyżce energii odnawialnej przechowywanie w dowolnej formie - na przykład baterii lub zbiorników wodnych - preferencyjnie wykorzystywałoby energię słoneczną i wiatrową, ponieważ są one najtańszymi źródłami, gdy podaż energii przekracza zapotrzebowanie. Magazynowanie nadal przesuwałoby energię węglową z dnia na dzień, ale włączenie większej ilości odnawialnych źródeł energii wystarczyłoby, aby zrekompensować dodatkową emisję.

Można zaprojektować przepisy, dzięki którym systemy magazynowania energii będą ładować nadmiar energii elektrycznej z wiatru i słońca, co stanowi krok w kierunku uczynienia magazynowania czystszym. petrmalinak / Shutterstock.com

Przeanalizowaliśmy to i stwierdziliśmy, że dla sieci na środkowym zachodzie jest punkt zwrotny, gdy wiatr i słońce osiągają około 18 procent całkowitej mocy wytwórczej: w tym momencie dodawanie pamięci zaczyna się zmniejszać, a nie zwiększać emisje. Obecny poziom przyjęcia wynosi procent 10, więc może minąć trochę czasu, zanim przechowywanie na Środkowym Zachodzie zmniejszy emisje.

Inną opcją jest zmiana sposobu działania pamięci. Na przykład przy skromnej cenie za węgiel koszt różnych generatorów zmieniłby się, tak że opłaty za magazynowanie rzadziej z elektrowni węglowych, zmniejszając emisje nawet w ciężkiej węglowo sieci Midwest.

Chociaż krajowy podatek od emisji dwutlenku węgla nie wydaje się prawdopodobny w najbliższej przyszłości, istnieją inne ścieżki do zapewnienia ekologicznych rezultatów składowania. Na przykład, państwa mogą wprowadzić polityki zachęcające do większego wykorzystania zasobów zeroemisyjnych zamiast węgla.

Niezależnie od tego, magazynowanie zawsze pomoże nam wykorzystać więcej naszych tanich źródeł energii elektrycznej. Pytanie brzmi, czy jest to węgiel, energia jądrowa czy odnawialna.

O autorze

Naga Srujana Goteti, doktorantka w dziedzinie energii i zrównoważonego rozwoju, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, adiunkt polityki publicznej, Rochester Institute of Technologyoraz Eric Williams, profesor nadzwyczajny ds. zrównoważonego rozwoju, Rochester Institute of Technology

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie

autorstwa Paula Hawkena i Toma Steyera
W obliczu powszechnego strachu i apatii międzynarodowa koalicja naukowców, profesjonalistów i naukowców połączyła się, aby zaoferować zestaw realistycznych i odważnych rozwiązań w zakresie zmian klimatu. Opisano tutaj sto technik i praktyk - niektóre są dobrze znane; niektóre, o których być może nigdy nie słyszałeś. Obejmują one od czystej energii po edukację dziewcząt w krajach o niższych dochodach po praktyki użytkowania gruntów, które wyciągają węgiel z powietrza. Rozwiązania istnieją, są ekonomicznie opłacalne, a społeczności na całym świecie obecnie wdrażają je z umiejętnościami i determinacją. Dostępne na Amazon

Projektowanie rozwiązań klimatycznych: Przewodnik polityczny dotyczący energii niskoemisyjnej

przez Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Ponieważ skutki zmiany klimatu już dotykają nas, potrzeba ograniczenia globalnych emisji gazów cieplarnianych jest pilna. To trudne wyzwanie, ale technologie i strategie pozwalające mu sprostać istnieją już dzisiaj. Niewielki zestaw polityk energetycznych, dobrze zaprojektowanych i wdrożonych, może skierować nas na ścieżkę do przyszłości niskoemisyjnej. Systemy energetyczne są duże i złożone, dlatego polityka energetyczna musi być ukierunkowana i opłacalna. Podejście uniwersalne po prostu nie spełni swojego zadania. Decydenci potrzebują jasnych, kompleksowych zasobów, które nakreślą polityki energetyczne, które będą miały największy wpływ na naszą przyszłość klimatyczną, oraz opisują, jak dobrze zaprojektować te polityki. Dostępne na Amazon

To zmienia wszystko: kapitalizm kontra klimat

autor: Naomi Klein
In To wszystko zmienia Naomi Klein twierdzi, że zmiany klimatu to nie tylko kolejna kwestia, którą należy starannie uporządkować między podatkami a opieką zdrowotną. Jest to alarm, który wzywa nas do naprawienia systemu gospodarczego, który już pod wieloma względami zawodzi. Klein skrupulatnie opowiada się za tym, jak ogromne zmniejszenie naszej emisji gazów cieplarnianych jest naszą najlepszą szansą na jednoczesne zmniejszenie rozbieżnych nierówności, ponowne wyobrażenie sobie naszych złamanych demokracji i odbudowę wypatroszonych lokalnych gospodarek. Obnaża ideologiczną desperację negacjonistów zmian klimatu, mesjanistyczne złudzenia niedoszłych geoinżynierów oraz tragiczny defetyzm zbyt wielu głównych inicjatyw ekologicznych. I dokładnie pokazuje, dlaczego rynek nie - i nie może - naprawić kryzysu klimatycznego, ale pogorszy sytuację, wprowadzając coraz bardziej ekstremalne i niszczące ekologicznie metody wydobycia, któremu towarzyszy szalony kapitalizm katastroficzny. Dostępne na Amazon

Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.