Zwiększenie potencjału energii słonecznej bardziej niż to konieczne może zastąpić droższe magazynowanie energii. Jamey Stillings, CC BY-SA
Słynny wynalazca Edwin Land powiedziany„Nie chodzi o to, że potrzebujemy nowych pomysłów, ale musimy przestać mieć stare pomysły”. Wydawało się, że mówi nam, że rozwiązania wykraczają poza nasze stare nawyki myślenia.
Miasta, stany i kraje na całym świecie zobowiązują się do oszczędzania czystej energii na bardzo wysokich poziomach - nawet 100% - energii odnawialnej. Tylko w stanie Nowy Jork celują cztery konkurencyjne rachunki Odnawialne 50% do 100% przez 2040 lub wcześniej.
Realistycznie tylko dwa źródła energii odnawialnej są wystarczająco duże aby zrealizować te cele o bardzo wysokiej penetracji po stronie podaży w USA - energia słoneczna (jak dotąd) i wiatr.
Oba są jednak zasobami zmiennymi, napędzanymi przez pogodę, a także cykle dzienne i sezonowe. Dlatego muszą być „ugruntowane” - to znaczy zdolne do dostarczania mocy na żądanie - w celu zastąpienia zasobów kopalnych, które mogą być wysyłane w razie potrzeby. Na podstawie naszych badań twierdzimy, że ta mocna transformacja mocy jest nie tylko możliwa, ale także przystępna - jeśli przestaniemy mieć stare pomysły.
Jednym z zakorzenionych i bardzo rozpowszechnionych pomysłów - prawdopodobnie wynikającym z historycznie wysokich cen energii odnawialnej - jest to, że cała energia wytwarzana z zasobów odnawialnych musi być sprzedawana w takiej postaci, w jakiej jest wytwarzana. Pomysł odrzucenia dostępnej mocy wiatrowej lub słonecznej jest anatemą, narzuconą producentom energii, gdy produkcja z tych źródeł przekroczy możliwości sieci.
Ta stara idea ignoruje fundamentalną propozycję: przewymiarowanie i proaktywne ograniczenie wiatru i słońca. Jakkolwiek sprzeczne z intuicją, badanie, które przeprowadzili nasi koledzy i koledzy, pokazuje, że kroki te są kluczem do najtańszej drogi do sieci elektrycznej zasilanej głównie przez słońce i wiatr.
Ważenie względem magazynowania energii
Przyczyny nadmiernego zaopatrzenia w energię słoneczną i wiatrową są proste:
Magazynowanie energii jest niezbędnym składnikiem niezbędnym do wypełnienia zmienności energii odnawialnej, gdy słońce nie świeci lub nie wieje wiatr. Luki te obejmują okresy w ciągu dnia, takie jak godziny szczytowego zapotrzebowania w ciągu dnia i nocy, a co ważniejsze, większe luki wielodniowe i sezonowe z powodu długotrwałego słabego słońca lub słabego wiatru. W przypadku magazynowania operatorzy sieci - organizacje, które zapewniają, że zasilanie odpowiada zapotrzebowaniu, gdy rośnie i spada w ciągu dnia - zwykle polegają na zbiornikach wodnych zwanych pompowane hydro lub, w przypadku krótszych okresów, baterie.
Magazynowanie staje się tańsze, ale nawet przy najbardziej optymistycznych długoterminowych prognozach kosztów, nasze „The Puzzle of Monogamous Marriage” doprowadziło nas do wniosku, że samo magazynowanie w przypadku silnego wiatru lub energii słonecznej będzie nadal zbyt drogie ze względu na wielodniowe i sezonowe przerwy. Wiatr i słońce również stają się znacznie tańsze, zwłaszcza słoneczna, do tego stopnia, że przebudowa jest coraz bardziej dostępna. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy moc generatorów wiatrowych i słonecznych jest zasadniczo zrzucana lub „ograniczana” i nie jest wprowadzana do sieci.
Przewymiarowanie zmniejsza luki produkcyjne, ponieważ w okresach niskiej dostępności energii słonecznej i wiatrowej dostępna jest większa moc wyjściowa. Przebudowa zmniejsza również wymagania dotyczące przechowywania.
Ta tabela pokazuje, że dostarczanie całodobowej energii wiatrowej i słonecznej z magazynowaniem pozostaje znacznie droższe niż „parytet sieci”, czyli koszt energii dostarczanej przez gaz ziemny (B). Jednak magazynowanie w połączeniu z nadmiarem wiatru i słońca, które jest ograniczane przez około 30% czasu, może być tańsze niż parzystość sieci i dostarczać energię na żądanie (C). Richard Perez, Karl R. Rabago, CC BY-ND
„Ujędrnianie” z nadmiarem zdolności produkcyjnych
Obecnie obecna praktyka regulacyjna dotycząca energii słonecznej i wiatrowej sprzyja maksymalizacji produkcji przez cały czas. Firmy prowadzące te zakłady starają się sprzedawać całą produkcję po najwyższych cenach, dlatego ograniczenie produkcji jest postrzegane jako strata przychodów.
Ta stara idea operacyjna hamuje przejście na poleganie na energii słonecznej i wiatrowej jako stabilnych źródłach na żądanie, ponieważ cała ich moc jest wykorzystywana tylko wtedy, gdy jest dostępna. Takie podejście utrzymuje margines energii odnawialnej.
Jak działałaby sieć z przebudowanymi zasobami energii słonecznej i wiatrowej? Powiedzmy, że operator regionalnej sieci elektrycznej potrzebuje X megawatogodzin dziennie, aby zaspokoić popyt. Obecnie farmy słoneczne w tym regionie mogą zaspokoić lub przekroczyć to zapotrzebowanie tylko w dni o najwyższej produkcji, takie jak czyste dni w lecie. W pozostałe dni luki produkcyjne są pokrywane przez magazynowanie.
Dla kontrastu, gdy zasoby słoneczne są przewymiarowane, generator słoneczny może zaspokoić zapotrzebowanie na X MWh / dzień przez więcej dni w roku i jest mniej przerw - stąd jest mniej czasu, gdy magazynowanie energii musi wypełnić luki.
Po wzmocnieniu poprzez połączenie nadmiernego zaopatrzenia i magazynowania, zmienne zasoby energii odnawialnej stają się efektywnie dyspozycyjne - zdolne do dostarczania energii w razie potrzeby - i funkcjonalnie równoważne z tradycyjnymi elektrowniami. W ten sposób odnawialne źródła energii mogą zastąpić te generatory bez większych zmian w sieci.
Nasz zespół modelował wysoko-słoneczne i przebudowane rozwiązanie dla niezbyt słonecznego stanu Minnesota. Celem było określenie najmniej kosztownego połączenia energii słonecznej, wiatru i magazynowania podłączonych do sieci niezbędnych do zapewnienia całodobowych, całorocznych usług energetycznych.
Badanie pokazuje, że przezwyciężenie naturalnej zmienności energii słonecznej i wiatrowej można osiągnąć przy kosztach poniżej bieżących kosztów sieci (tzw. „Parytet sieci”) poprzez przebudowę zasobów energii słonecznej i wiatrowej i przyjęcie strategii działania sieci pozwalającej na uzyskanie około 20% do 40% ograniczenie nadwyżki energii. W naszym modelu wykorzystano również magazynowanie energii, ale najwyższa ekonomia wynika bezpośrednio z zastąpienia generowanego przez nadmierne ograniczenie generowania droższym magazynowaniem.
Uzasadnionym pytaniem jest, jaki byłby obszar wymagany do pełnego rozmieszczenia ponadwymiarowych fotowoltaicznych energii słonecznej. Dla Minnesoty, w najbardziej ekstremalnym scenariuszu generowania PV 100%, zakładając przewymiarowanie o współczynnik dwa - lub podwojenie energii słonecznej potrzebnej do zaspokojenia obecnego zapotrzebowania - obszar ten wyniósłby 435 mil kwadratowych, przy założeniu paneli słonecznych z najnowocześniejszym stanem techniki wydajność 20%. Ten obszar reprezentuje mniej niż 1% stanu rośliny uprawne i połowa zurbanizowanej przestrzeni o wysokiej i średniej gęstości.
Operatorzy sieci mogą odnieść korzyści z zarządzania energią wiatrową i słoneczną na szczeblu regionalnym, ponieważ ich okresy wysokiej wydajności mogą się wzajemnie uzupełniać. Na przykład zimowy wiatr jest często najsilniejszy w nocy, a produkcja energii słonecznej jest najwyższa w miesiącach letnich. Archiwum zdjęć IIP, CC BY-NC
Ulepszenie sposobu działania masowej sieci energetycznej
Oprócz optymalizacji przewymiarowania, ograniczenia i magazynowania, kilka praktyk operacyjnych i planistycznych, z których niektóre już zostały już wykonane, jeszcze bardziej zwiększy wartość i wydajność sieci o wysokiej energii słonecznej i przyspieszy jej realizację przy minimalnych zakłóceniach. Zawierają:
Wykorzystanie komplementarnej wydajności i zmiennych profili działania energii słonecznej i wiatrowej. W większości lokalizacji wiatr i słońce mają uzupełniające dzienne i sezonowe profile produkcji - wiatr wyższy w nocy i zimą, PV wyższy w ciągu dnia w lecie.
Wykorzystanie zarządzania popytem - praktyka zmniejszania zużycia energii w lokalizacjach odbiorców energii elektrycznej - jako sposób na zminimalizowanie luk podaży i popytu.
Umożliwienie operatorom sieci sprawowania władzy w zakresie lokalizacji energii odnawialnej i zarządzania produkcją w swoich regionach, dzięki czemu decyzje dotyczące terminu ograniczenia lub przechowywania są podejmowane na szczeblu regionalnym, aby zminimalizować luki w podaży i popycie.
Podejście polegające na maksymalizacji produkcji energii odnawialnej i unikaniu ograniczenia miało sens, gdy zmienne wytwarzanie energii słonecznej było niezwykle kosztowne, a rozwiązania ugruntowujące były jeszcze droższe. Jednak ostatnie i prognozowane obniżki kosztów energii słonecznej pod klucz, zarządzania siecią i kosztów magazynowania zmieniają optymalny zestaw rozwiązań, poczynając od nadmiernej energii słonecznej.
Marc Perez, starszy badacz z Clean Power Researcher, który napisał swoją rozprawę na Columbia University na ten temat, przyczynił się do powstania tego artykułu. Przyczynił się również Morgan Putnam, wiceprezes Solar Analytics w REsurety.
O autorze
Richard Perez, starszy pracownik naukowy w Centrum Badań Nauk Atmosferycznych, Uniwersytet w Albany, State University of New York oraz Karl R. Rabago, profesor prawa; Dyrektor wykonawczy, Pace Energy and Climate Centre, Pace University
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. 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.
