Wind en sonkrag is 'n manier om koolstofvrystellings te verminder, maar hierdie generasie bronne is afhanklik van die vaagheid van die weer, wat beteken dat geen wind of son op alle ure van die dag elektrisiteit op aanvraag kan lewer nie. Hierdie veranderlikheid het daartoe gelei dat baie om te veronderstel dat grootliks wind en son uitstoot om koolstofvrystellings te verminder, sal veroorsaak dat elektrisiteitskoste verduister en duur energieopslag benodig.
My kollegas en ek het pas 'n nuwe studie om aan te toon dat hierdie aanname nie korrek is nie. As die VSA na 'n nasionale 48-staat se elektriese stelsel sou beweeg, sou die land inderdaad meer hernubare energie regoor die land kon vervoer. Die verandering kan CO2 teen 78% verminder teen laer koste as vandag sonder om enige bergingstegnologieë te gebruik.
Met behulp van 'n rekenaar model, het ons gevind dat hierdie groter elektriese stelsels krag meer doeltreffend sou gebruik, ongeag van die kragopwekkers daarbinne. Die vermindering van die koste tussen die nasionale styl stelsel wat ons geskoei en die huidige een, wat bestaan uit sowat 130 streke, is $ 47 miljard per jaar. Dit kom neer op 'n elektrisiteit koste van tussen 8.5 en 10.2 ¢ per kilowatt-uur (kWh), in vergelyking met die huidige nasionale gemiddelde van 12.7 sent per kWh.
Electron snelweg
Ons studie is gebaseer op 'n model genaamd die National Energy with Weather System (NUUS) simulator. Die NUUS-simulator is 'n koste-optimaliseringsmodel wat genadeloos die laagste koste-oplossing soek.
Dit sluit in eienskappe van die elektriese rooster, soos transmissie, kragopwekkers, elektriese vraag, grondgebruikbeperkings, generatorgedrag, weerdata en koste-data vir kragopwekkers. Om uit te vind hoe om koste te verminder, bereken die NUUS-model hoe om elke uur vir 'n hele jaar krag te verskaf, gebaseer op die beskikbare kragopwekkers en transmissielyne wat lang afstand vervoerkrag vervoer.
Ons model het iets unieks, al is: 'n hoë-spanning gelykstroom (HVDC) oordrag oortrek.
In konsep is dit baie soortgelyk aan die interstate snelwegstelsel wat op die padnetwerk oorgelaat word. HVDC-tegnologie het een groot voordeel bo tradisionele kraglyne: daar is minder energie wat verlore gaan in die vervoer van krag van een punt na 'n ander. Dit doen dit deur gebruik te maak van gelykstroom, eerder as wisselstroom, en werk by hoër spanning.
HVDC word vandag in die VSA gebruik. Dit word egter ontplooi as 'n punt-tot-punt-stelsel vir enkele (of 'n paar) kragopwekkers tot verre markte. Een van die mees prominente word die Stille Oseaan-DC-intertie genoem, wat krag uit die vreedsame noordweste met sy oorvloedige hidro-krag na Los Angeles versend. 48% krag gedurende ure spitsvraag. Die verskil in die NUUS-model is dat HVDC in 'n netwerk ontplooi word, in plaas van 'n eenvoudige punt-tot-punt-konfigurasie, wat baie groter gebruik van die lyne toelaat om te stroom tussen streke in verskeie rigtings.
Windkrag potensiaal skattings vir die Amerikaanse Rooi dui 'n hoë potensiaal, blou is laag. Chris Clack / CIRES, outeur verskaf Kritiek aanvaar die NUWE model nie dat meer transmissielyne by die huidige rooster gevoeg moet word nie. Maar dit stel nuwe oordragskapasiteit bekend as die model dit ekonomies beskou. Interessant genoeg, kies die NUUS-model altyd HVDC-oordrag wanneer dit kan. Hoekom? Die beskikbaarheid van HVDC lyne laat groter markte toe, wat dan voordeel trek uit skaalvoordele.
In die praktyk sou dit beteken dat windgenerators in die Vlakte byvoorbeeld meer mag kan uitvoer na plekke in die land waar daar sterk vraag is, soos groot stede. Soos dit nou is, ondersteun windopwekkers slegs krag op streekgebied en lewer soms meer krag as wat nodig is op sommige ure van die dag.
In 'n streekstelsel is een wat die grootte van Kansas, wind en son betref, geneig om periodes van oorproduksieperiodes en onderproduksie te wees. Dit lei tot verhoogde koste omdat wind- en sonkragopwekkers gedurende die produksie oorskakel of afgeskakel moet word. Om afvalle in produksie te behaal, moet raamoperateurs staatmaak op die opwekking van fossielbrandstofaanlegte.
Met 'n nasionale stelsel, kan die kragopwekkers strategies geplaas word oor die aangrensende VSA te dien effekte te verminder en laer die algehele koste ingesluit. Die HVDC fasiliteer die beweging van hierdie elektrisiteit uit verre uithoeke om stede met 'n laer verliese as tradisionele AC.
Hernubare scenario
Om die studie uit te voer, is hoë-resolusie weer data saamgestel vir elke uur van die drie jaar vanaf 2006 tot 2008. Die weer data is dan gebruik as insette in gesofistikeerde krag algoritmes om die krag wat gegenereer kan word deur wind turbines en sonkrag PV panele regoor die VSA
Daarbenewens het ons data op die vraag na elektrisiteit opgestel gedurende daardie tye in die VSA. Die data was nodig omdat weer 'n fundamentele drywer van die elektriese vraag is. Toe het ons vraagdata na 2030 geprojekteer.
Omdat die ontplooiing van wind en son onderhewig is aan baie beperkinge, het ons grondgebruik oorwegings in die model gebou. Grondgebruiksdatastel is saamgestel om plekke te identifiseer waar die wind en son ontplooi kan word sonder dat dit met beskermde lande inmeng.
Die gebruik van hierdie verskillende stelle data saam met die geprojekteerde koste vir kragopwekking in 2030, het ons verskillende simulasies te ondersoek hoe hierdie faktore die mengsel van kragopwekkers streek sou raak terwyl die vermindering van totale koste.
Die scenario wat die meeste emissies sny, het aansienlike wind- en sonkrag-PV-ontplooiing; 523-gigawatts (GW) van wind- en 371-gigawatts van sonkrag-PV in vergelyking met 60 GW en 2.5 GW repectively in 2012. In hierdie scenario was daar slegs 461 GW aardgas (minder as vandag).
Dit beteken dat 38% elektrisiteit afkomstig is van wind, 17% van wind, 21% van natuurlike gas, die res van kern en hidro-elektriese. In 2012 het wind verantwoordelik vir 3.5%, sonkrag vir minder as 1% en natuurlike gas vir 30%.
Weereens, hierdie oplossing is die goedkoopste moontlike oplossing.
Om hierdie vlak van son en wind te bereik - 'n beduidende sprong van vandag se vlakke - benodig nuwe transmissielyne in die model.
Die hoeveelheid nuwe HVDC-oordrag wat deur die model gebou word, is 139 miljoen MW-miles, wat 'n groot infrastruktuur onderneming is. Dit klink soos 'n groot hoeveelheid, maar dit verteenwoordig slegs 4% van die totale koste van die stelsel jaarliks.
Wat van energie stoor?
Die NUWE model is uniek in die studie van die integrasie van hoër vlakke van wind en son, omdat dit groot hoeveelhede weerdata behandel, terwyl die belangrike aspekte van die elektriese rooster bereken word, soos ophefbeperkings op kragopwekkers, afwaartse tye vir kragopwekkers, kragvloei in die transmissielyne, elektriese verliese skuif krag rondom die stelsel, ontmoetingsvraag by elke uur in elke mark en ander bedryfsbeperkings. Verder bevat dit al die tegnologie-opsies; dit soek net die laagste koste-opsies.
Elektrisiteit kan op verskeie maniere gestoor word, soos om water uit reservoirs te pomp en los te maak of om groot batterybanke te installeer. In aanvanklike modellopies was elektriese stoor nie mededingend nie, met behulp van kosteberamings vir 2030 in vergelyking met die toevoeging van transmissie- of aardgasgenerators (suiwer gebaseer op koste).
Die nuus model is 'n hulpmiddel om te help verstaan hoe 'n elektriese rooster kan omskep word terwyl die koste laag. Lae koste is absoluut noodsaaklik, want die verhoging van die koste van energie te koolstof vermindering verminder kan ekonomiese swaarkry veroorsaak.
Daar is talle wind van voor gekry om die ontwikkeling van 'n-de carbonized ekonomie en die samelewing. Maar, het die nuus model getoon dat wind en sonkrag PV, gekombineer met 'n hoë-spanning gelykstroom oordrag kan eintlik 'n lang pad om te gaan in die vermindering van die uitstoot in die elektriese sektor.
Dit is waar selfs sonder 'n nuwe wonderwerkbattery of innovasie binne die elektriese stoorbedryf, hoewel goedkoop, effektiewe elektriese berging nuttig sal wees om hernubare energie te integreer.
Om koolstof uit die hele ekonomie te verwyder, moet elektrisiteit eers ontkool word. As dit teen lae koste gedoen kan word, sal ander sektore kan volg. Die kombinasie van wind, sonkrag, aardgas en transmissie is 'n moontlike brug na 'n nul-uitstoot toekoms.
Oor Die Skrywer
Christopher Clack, Navorsingswetenskaplike, Nasionale Oseaniese en Atmosferiese Administrasie. Hy is die tegniese voorsprong in 'n span wat die optimalisering van webwerwe vir wind en sonkrag optimaliseer. Die doel is om vas te stel op watter vlak die Verenigde State homself kan ondersteun op hernubare energiebronne en waar hierdie bronne geplaas moet word, om die minste duurste en mees doeltreffende generasiesisteem met die kleinste moontlike omgewingsimpak te verskaf.
Hierdie artikel is oorspronklik gepubliseer op Die gesprek. Lees die oorspronklike artikel.
Verwante Book:
