Farma wiatrowa Pine Tree i elektrownia słoneczna Departamentu Wody i Energii Los Angeles w Tehachapi w Kalifornii, 115 mil od Los Angeles. Irfan Khan / Los Angeles Times przez Getty Images
Wiele rodzajów ekstremalnych zdarzeń może zakłócać usługi elektryczne, w tym huragany, trzęsienia ziemi, powodzie, pożary, ekstremalne upały, ekstremalne zimno i długotrwałe susze. Poważne katastrofy mogą pozostawić tysiące ludzi w ciemności. W lutym nastąpił głęboki mróz w Teksasie 40% mocy wytwórczej energii elektrycznej państwa.
Podczas takich wydarzeń nienaruszone regiony mogą mieć zapas mocy. Na przykład podczas lutowych awarii w Teksasie przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wytwarzały energię elektryczną z elektrowni wodnych na północno-zachodnim Pacyfiku, gazu ziemnego na północnym wschodzie, wiatru na północnych równinach i energii słonecznej na południowym zachodzie.
Obecnie nie jest możliwe płynne przesyłanie energii elektrycznej z jednego końca Stanów Zjednoczonych na drugi. Jednak w ciągu ostatniej dekady naukowcy z krajowych laboratoriów i uniwersytetów ściśle współpracowali z inżynierami branżowymi, aby zaprojektować międzystanowy system elektroenergetyczny, który jest w stanie to zrobić. I Plan infrastruktury prezydenta Bidena podążyłby w tym kierunku, przeznaczając miliardy dolarów na budowę linii przesyłowych wysokiego napięcia, które mogą „przesyłać tańszą i czystszą energię elektryczną tam, gdzie jest najbardziej potrzebna”.
My badania inżynieryjne koncentruje się na systemach elektroenergetycznych. Na Uniwersytecie Stanowym Iowa pracowaliśmy nad ilościowym określeniem korzyści, jakie makrosieci mogą przynieść Stanom Zjednoczonym. Te systemy przesyłowe o dużej przepustowości łączą zasoby energii i obszary o wysokim zapotrzebowaniu na energię elektryczną, zwane centrami obciążenia, w dużych regionach geograficznych.
Sieć elektryczna przenosi energię z generatorów, które często znajdują się z dala od skupisk ludności, do odbiorców energii.
Krajowy system autostrad dla energii elektrycznej
Dwight Eisenhower myślał o krajowym systemie autostrad międzystanowych przez dekady zanim został zainaugurowany jako prezydent w 1953 roku. Eisenhower argumentował, że taki system jest „tak samo niezbędny do obrony, jak dla naszego gospodarka narodowa i bezpieczeństwo osobiste".
Kongres zgodził się i przyjął Federal-Aid Highway Act z 1956 r, który upoważnił rząd federalny do pokrycia 90% kosztów tego 114 miliardów dolarów systemu, a stany pokryły resztę.
Eisenhower się martwił ewakuacja miast w przypadku wojny nuklearnej. Argument dotyczący bezpieczeństwa makrosieci koncentruje się na ekstremalnych zdarzeniach, które zakłócają sieć elektroenergetyczną. Argument ekonomiczny koncentruje się na przenoszeniu energii wiatrowej, słonecznej i wodnej z obszarów, w których jest ich dużo, do obszarów o dużym zapotrzebowaniu na moc.
Obecnie sieć energetyczna w Ameryce Północnej jest w rzeczywistości pięć siatek, znane również jako połączenia międzysieciowe. Dwa duże, wschodnie i zachodnie połączenia międzysieciowe, obejmują większość z 48 niższych stanów i duże obszary Kanady, podczas gdy trzy mniejsze sieci obsługują Teksas, Alaskę i północny Quebec. Każda z tych siatek używa prąd przemienny lub AC, aby przenieść energię elektryczną z generatorów do klientów.
Interkonekty Wschodnie, Zachodnie i Teksasie są połączone przez prąd stały wysokiego napięcialub HVDC, linie, które umożliwiają przesyłanie mocy między nimi. Te obiekty starzeją się i może przesyłać tylko niewielkie ilości energii elektrycznej między siatkami. Jednym ze sposobów myślenia o makrosieci jest nakładka, która łączy istniejące sieci w USA i ułatwia przenoszenie mocy między nimi.
Potencjalna makrosieć w USA łącząca sieci wschodnie, zachodnie i w Teksasie oraz łącząca się z morskimi farmami wiatrowymi. Jamesa McCalleya, CC BY-ND
Dzielenie władzy między regionami
Prezydent Biden zaproponował szeroko zakrojone działania w celu przejścia na czystą energię w USA, w tym aby energia elektryczna była wolna od emisji dwutlenku węgla do 2035 r. Będzie to wymagało dodania dużej ilości nowych odnawialnych mocy wytwórczych w ciągu następnych 15 lat.
Koszty energii wiatrowej i słonecznej dramatycznie spadły w ostatnich latach. Obecnie energia z nowych, wielkoskalowych elektrowni wiatrowych lub słonecznych jest tańsza niż energia elektryczna z nich istniejące elektrownie węglowe. Jednak odnawialne źródła energii zapewniają tylko około 21% energii elektrycznej w USA.
Makrosieć zmniejszyłaby koszt energii elektrycznej z nowych elektrowni wiatrowych i słonecznych na dwa sposoby. Po pierwsze, umożliwiłaby wysokiej jakości energię odnawialną - głównie wiatr ze Środkowego Zachodu i Południowego Słońca oraz potencjalnie kanadyjską energię wodną - na zaopatrywanie przybrzeżnych ośrodków ładowania. Taniej jest budować systemy przesyłowe, które mogą przenosić tę moc na duże odległości, niż wytwarzać ją z niższej jakości, słabszych zasobów Słońca i wiatru bliżej miast.
Po drugie, makrosieć umożliwiłaby współdzielenie produkcji energii i usług sieciowych między regionami. Strategia ta wykorzystuje różnice czasowe związane ze strefami czasowymi i tendencją do zapotrzebowania na energię elektryczną szczyt w określonych porach dnia, na przykład gdy ludzie wracają do domu wieczorem. A ceny energii elektrycznej rosną i spadają w ciągu dnia wraz z popytem.
Na przykład o godzinie 3:3 czasu pacyficznego zapotrzebowanie na energię na zachodnim wybrzeżu jest stosunkowo niskie, co oznacza, że koszt tej energii również jest niski. Nadmiar energii elektrycznej z Zachodu mógłby zostać wykorzystany do zaspokojenia popytu na Wschodnim Wybrzeżu, którego szczyt każdego dnia jest równoczesny z „niskim poziomem” zachodniego wybrzeża o 6:7, który występuje o 10:XNUMX czasu wschodniego. Cztery godziny później, kiedy Zachodnie Wybrzeże osiągnie swój dzienny szczyt o godzinie XNUMX:XNUMX czasu pacyficznego, na wschodnim wybrzeżu będzie godzina XNUMX:XNUMX, które będą miały dodatkowe pokolenie do podziału na zachód.
Współdzielenie mocy działa również, ponieważ roczne zapotrzebowanie na moc szczytową występuje w różnych porach roku w różnych regionach. Każdy region musi mieć dostęp do wystarczającej mocy wytwórczej, aby sprostać rocznemu szczytowemu obciążeniu, z pewnym marginesem na pokrycie awarii wytwarzania. Makrosieć umożliwiłaby regionom dzielenie się nadwyżką zdolności wytwórczych, gdy nie jest to potrzebne lokalnie.
Ta strategia zapewnia korzyści nawet wtedy, gdy roczne szczyty w dwóch regionach różnią się tylko o kilka dni. Kiedy różnią się tygodniami lub miesiącami, wypłata może być duża. Na przykład zapotrzebowanie na moc na północno-zachodnim Pacyfiku zazwyczaj osiąga szczyt w zimie, więc region może pożyczać moc od południowo-zachodniego i środkowego zachodu, gdzie popyt osiąga najwyższy poziom latem i odwrotnie.
Budowanie transmisji oszczędza pieniądze
W badaniu, które opublikowałem w 2020 roku z kolegami ze środowiska akademickiego i przemysłowego, pokazaliśmy, że bez makrosieci będzie to kosztować ponad $ 2.2 bilionów od 2024 do 2038 r. w celu rozwoju i eksploatacji krajowego systemu elektroenergetycznego oraz osiągnięcia 50% produkcji energii odnawialnej w 2038 r. Obejmuje to koszty dodania 600 gigawatów nowej mocy wytwórczej, która byłaby prawie w całości wiatrowa i słoneczna; koszty operacyjne pozostałych elektrowni kopalnych i jądrowych; oraz budowa nowych linii przesyłowych prądu przemiennego w celu podłączenia nowych elektrowni do klientów.
Obliczyliśmy jednak, że gdyby Stany Zjednoczone wydały 50 miliardów dolarów na opracowanie makrosieci, całkowity długoterminowy koszt rozwoju i eksploatacji krajowego systemu elektroenergetycznego oraz osiągnięcia 50% odnawialnej energii elektrycznej w 2038 r. Zmniejszyłby się o ponad 50 miliardów dolarów. Innymi słowy, umożliwiając dzielenie się energią między regionami i dostarczanie wysokiej jakości energii odnawialnej z odległych obszarów do centrów załadunku, makrosieć opłaciłby się więcej niż sama.
Niektórzy obserwatorzy mogą martwić się, że sieć połączona na poziomie krajowym byłaby bardziej podatna na kaskadowe przerwy w dostawie energii niż nasz istniejący system. W rzeczywistości makrosieć byłaby faktycznie bardziej niezawodna, ponieważ HVDC zapewnia zwiększone możliwości sterowania siecią dzięki elastycznym stacjom przekształtnikowym.
Liderzy branży i zwolennicy czystej energii wzywają Stany Zjednoczone do kontynuowania rozwoju makrosieci. Ale Ameryka Północna jest pozostaje w tyle większości krajów na świecie w rozwijaniu międzyregionalnych linii energetycznych w celu wykorzystania tanich zasobów czystej energii. A jeśli 50 miliardów dolarów wydaje się dużą inwestycją, zastanów się: to także szacunkowy koszt minimalny przestojów i skoków cen energii podczas głębokiego zamrożenia w Teksasie.
O autorze
Jamesa D. McCalleya, Profesor elektrotechniki, Iowa State University
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.
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
