W pełni odnawialna sieć będzie oznaczać więcej energii elektrycznej i więcej linii przesyłowych. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

Główne rozwiązanie zmiany klimatyczne jest dobrze znany - przestań palić paliwa kopalne. Jak to zrobić, jest bardziej skomplikowane, ale jako uczony, który zajmuje się modelowaniem energii, ja i inni widzimy zarys przyszłości paliw kopalnych: wytwarzaj energię elektryczną ze źródeł odnawialnych i elektryzuj prawie wszystko.

Oznacza to prowadzenie pojazdów i pociągów na elektryczności, ogrzewanie budynków elektrycznością pompy ciepłaelektryzujący przemysłowych takich jak produkcja stali i wykorzystywanie odnawialnej energii elektrycznej do produkcji Uwodornienia (podobny do gazu ziemnego) w przypadku innych wymagań. Dlatego skupiono się na zasilaniu sieci elektrycznej źródłami odnawialnymi.

Trwa jednak debata na temat tego, czy systemy energii elektrycznej w pełni odnawialnej są wykonalny i jak szybko można dokonać przejścia. Tutaj twierdzę, że wykonalność jest jasna, więc istotne jest tylko pytanie przejściowe.

Znane technologie

Farma wiatrowa w Teksasie. Texas uzyskał około 15% swojej energii elektrycznej od wiatru w 2017. Draxis / flickr, CC BY-ND

Moje badania koncentrują się na ekonomika energii odnawialnej. Aby zademonstrować wykonalność i oszacować koszt systemów energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, badacze wykorzystują modele komputerowe, które w każdym momencie obliczają potencjalną produkcję z różnych technologii w oparciu o zmieniające się warunki pogodowe. Model pokazuje, która kombinacja źródeł energii elektrycznej i systemów magazynowania energii ma najniższy koszt przy jednoczesnym zaspokojeniu popytu.

Wiele badań wykazać, że w pełni możliwe są w pełni odnawialne sieci elektryczne United States, Europie, Australia i gdziekolwiek. Niedawno ukończyliśmy z kolegami małe badanie na temat wyspiarskiego narodu Mauritius. Wyspy są atrakcyjne miejsca dla początkowych przemian odnawialnych ze względu na ich małą skalę, względną prostotę i zależność od importowanych paliw.

Istnieje szereg sposoby wytwarzania odnawialnej energii elektrycznej: energia wodna, wiatrowa, fotowoltaika słoneczna, energia geotermalna i spalanie różnych form biomasy (materii roślinnej), oprócz poprawa wydajności zużywać mniej energii. Są to dojrzałe technologie o znanych kosztach.

Inne możliwości obejmują fala, pływ i koncentracja energii słonecznej, gdzie reflektory skupiają promienie słoneczne w celu wytworzenia energii. Chociaż można je wykorzystać w przyszłości, potrzeba zajęcia się zmianami klimatu jest pilna, a moim zdaniem wystarczające są dojrzałe technologie.

Opinie na temat energia nuklearna biegnij mocno, co jest kolejną rozmową. Ale modele pokazują, że Stany Zjednoczone nie potrzebują energii jądrowej do wycofania paliw kopalnych.

Siatka przyszłości

Systemy energii odnawialnej są zależne od lokalizacji: najlepszy system zależy od zasobów lokalizacji (czy wieje?), Jej schematu czasowego (jak często nie wieje?) I dostępności uzupełniających źródeł (czy istnieje energia wodna do tworzenia kopii zapasowych?). Pomimo tej wrażliwości lokalizacji, badania w różnych miejscach dają podobne wyniki.

Różnorodność źródeł odnawialnych może obniżyć koszty. W szczególności energia słoneczna i wiatrowa uzupełniający jeśli sezon słoneczny nie jest wietrzny; modele stwierdzają, że połączenie obu jest zazwyczaj tańsze niż każde z nich osobno.

W przypadku większości technologii większa skala zmniejsza koszty. Na przykład w Stanach Zjednoczonych duże farmy słoneczne mogą być ponad X razy większe niż 1,000 razy niż domowe systemy dachowe i to o połowę mniej. Aby zminimalizować koszty, budujemy duże systemy.

Budowanie dużych projektów z zakresu energii odnawialnej, takich jak ta megawatowa elektrownia słoneczna 550 na pustyni Mojave w Kalifornii, prowadzi do niższych kosztów wytworzonej energii. Departament Spraw Wewnętrznych Stanów Zjednoczonych, CC BY-SA

Ponieważ warunki słoneczne i wiatrowe różnią się w zależności od krajobrazu, system koszty spadają wraz ze wzrostem obszaru produkcji, więc musi być solidna sieć elektryczna przesyłać energię elektryczną z miejsc, w których jest podaż, do miejsc zapotrzebowania. Potrzebujemy również więcej energii elektrycznej do takich zastosowań, jak transport, który obecnie wykorzystuje paliwa kopalne. Oznacza to, że siatka musi rosnąć.

Badania pokazują, że tak będzie z siecią elektryczną o zmiennej energii odnawialnej obejmują nieużywanie lub wyrzucanie części energii czasami strategia redukuje koszty w porównaniu do zawsze magazynowania nadwyżki energii.

Jednak jakaś forma magazynowanie energii elektrycznej jest potrzebne. Baterie działają dobrze w celu wygładzenia krótkotrwałych wahań, ale w celu magazynowania energii przez wiele godzin lub dni, pompowane magazynowanie hydroelektryczne jest tańszy. Pompowana woda wykorzystuje dodatkową energię w sieci do pompowania wody pod górę, a gdy energia jest potrzebna, woda spływa z powrotem w celu wytworzenia energii w turbinie. Stany Zjednoczone mają kilka istniejących przykładów i wiele możliwych lokalizacji. Dzięki rozszerzeniu sieci magazynowanie może być zlokalizowane w pewnej odległości od użytkowników.

Energia wodna i energia z biomasy są dostępne na żądanie, więc umieszczenie ich w odnawialnej sieci elektrycznej zmniejsza zapotrzebowanie na magazynowanie energii i zmniejsza koszty. Oba mają wpływ na środowisko, którym należy zarządzać.

US Energy Information Administration, CC BY

Energia wodna może zmieniać lokalne ekosystemy. Palenie biomasa emituje dwutlenek węgla, ale badanie, nad którym pracowałem, pokazuje, że emisje biomasy są odwracalne i są zdecydowanie bardziej preferowane pod względem emisji węgla niż emisje z paliw kopalnych. Zrównoważony rozwój zależy również krytycznie od zarządzania polami biomasy i lasami; ludzką historię w tym zakresie nie był gwiezdny.

Systemy energii odnawialnej wymagają gruntów. ZA Badanie w USA pokazuje, że dostarczenie całej energii elektrycznej z wiatru, wody i słońca wymagałoby 0.42% powierzchni lądu plus 1.6% powierzchni lądu na przestrzeń między turbinami wiatrowymi. Energia z biomasy wymaga znacznie więcej ziemi niż wiatr czy słońce, więc biomasa musi stanowić niewielką część rozwiązania w zakresie energii odnawialnej.

Prawdziwe bariery mają charakter polityczny i kulturowy

Przyszła odnawialna sieć elektryczna z powiązaną elektryfikacją może, ale nie musi obniżyć koszty energii. Ale unikanie najgorszych skutków zmian klimatu oznacza porzucenie paliw kopalnych, niezależnie od tego, czy oszczędza to pieniądze. Przejście na energię odnawialną będzie jednak szybsze i politycznie łatwiejsze, jeśli będzie tańsze.

In Mauritius, nasze badanie wykazało, że koszty energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych są podobne do obecnych kosztów tam, w oparciu o bieżące koszty inwestycyjne energii odnawialnej. Niektóre badania stwierdzamy również, że koszty przyszłej energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych będą niższe niż obecne koszty paliw kopalnych, w przypadku, gdy koszty spadną, gdy będziemy budować więcej systemów energii odnawialnej i będziemy w tym lepiej.

I to wszystko z technicznego punktu widzenia. Połączenie źródeł odnawialnych i magazynowania energii - specyficzne połączenie w zależności od lokalnych warunków i preferencji - może dostarczyć całą potrzebną energię elektryczną w przystępnej cenie i zmniejszy zanieczyszczenie powietrza podczas rozruchu.

Ale potrzebne są polityki rządu, aby przejść na energię odnawialną. Zmiana klimatu to koszt zewnętrzny - ponoszony przez społeczeństwo, a nie przez producentów energii - więc same siły rynkowe nie dokonają tego przejścia. Poza ustaleniem ceny emisji dwutlenku węgla (być może z dywidendy wróciły do ​​publicznej wiadomości), rząd mógłby ułatwić zbudowanie potrzebnej infrastruktury. Potrzebne jest także wsparcie publiczne: na przykład publiczna akceptacja linii przesyłowych w celu przeniesienia energii elektrycznej z wietrznych Wielkich Równin do centrów miast jest kolejnym wyzwaniem dla sieci całkowicie odnawialnej.

Będzie projekt na skalę transformacji systemu energetycznego tworzyć miejsca pracy - wiele miejsc pracy - co jest być może ekonomiczną miarą o największym znaczeniu dla obywateli.

Badania przeprowadzone przeze mnie i innych pokazują, że w pełni odnawialne sieci elektryczne są możliwe przy obecnej technologii w obecnych cenach; bariery w stosowaniu odnawialnej energii elektrycznej są bardziej polityczne i kulturowe niż technologiczne lub ekonomiczne.

O autorze

David Timmons, Docent ekonomii, University of Massachusetts Boston

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.