Ou skool: Baie van die kragsentrale en transmissienetwerk waarop ons staatmaak, is al dekades lank besig. andrewfhart / flickr, CC BY-SA
Die elektriese rooster is 'n wonderlike geïntegreerde masjienstelsel wat oor 'n hele vasteland strek. Die Nasionale Akademie vir Ingenieurswese het dit een van die grootste ingenieurswese prestasies van die 20e eeu. 
Maar dit is ook duur. Deur my analise is die huidige (waardevermindeerde) waarde van die Amerikaanse elektriese rooster, bestaande uit kragstasies, drade, transformators en pole, ongeveer US $ 1.5 tot $ 2 triljoen. Om te vervang, sal dit bykans $ 5 triljoen kos.
Dit beteken dat die Amerikaanse elektriese infrastruktuur, wat reeds triljoene dollars van gesinkte kapitaal bevat, binnekort beduidende volgehoue beleggings benodig net om dinge te hou soos dit is. 'N Kragsentrale wat tydens die vinnige uitbreiding van die kragsektor gebou is in die dekades na die Tweede Wêreldoorlog, is nou 40 jaar oud of ouer, lank betaal en moet waarskynlik vervang word. Trouens, die Amerikaanse Vereniging van Siviele Ingenieurs het die hele energie-infrastruktuur net 'n skaars die graad D +.
Die huidige administrasie het beloof om swaar in infrastruktuur te belê, wat 'n aantal vrae rakende die elektriese stelsel oplewer: Wat moet die energie-rooster van die toekoms lyk? Hoe bereik ons 'n lae-koolstof-energievoorsiening? Wat sal dit kos?
Infrastruktuur blyk 'n probleem te wees wat ondersteuning van kan versamel albei kante van die gangpad. Om goeie besluite oor uitgawes te maak, moet ons eers die waarde van die bestaande rooster verstaan.
Huidige oorgangstoestand
Die elektriese rooster is bedoel om dekade te dek, maar min mense besef dat die hele stelsel die vraag en aanbod oor die tydsduur so kort as 'n tweede moet balanseer. Elke watt elektriese krag vir die verligting van huise, laptops of lopende lugversorgers word gelyktydig op verskillende plekke gegenereer, meestal deur brandende brandstowwe wat spinmagnete in kragopwekkers laat draai. Daar is in wese geen stoor van elektrisiteit op die rooster nie; In plaas daarvan word die meeste energie in brandstowwe gestoor - steenkool, natuurlike gas, kernprodukte en water agter damme, en wag dat die bevel in reële tyd omskep word na elektrisiteit.
Ligging en waardevermindering van alle Amerikaanse kragsentrales. Joshua Rhodes, OIB Form 860 data.
In onlangse jare het ons krag dramaties verander. Die oudste kragopwekkers is groot kragsentrales, met baie in die oostelike deel van die VSA. Mees onlangse toevoegings is kleiner en meer versprei - dink aan dakpanele of windplase. Sommige kenners het selfs gesê dat hierdie model van meer verspreide generasie nader aan waar krag verbruik word - langs die rand van die netwerk, eerder as sentrale kragsentrales - is die nuwe norm.
Gaan voort, ons kan die rooster ook op dieselfde manier bou as wat ons voorheen gedoen het, of ons kan belê in nuwe tegnologieë wat dieselfde diens kan lewer, maar op 'n laer koste.
En hoe kan ons dit skoon maak? Sommige mense dink die rooster kan hardloop heeltemal op hernubare energiebronne. Ander sê die beste manier om te koolstofarbeer, of om koolstofvrystellings te verminder, want die energiesisteem as geheel is wydverspreide elektrifisering van die nywerheids- en vervoersektore.
Maar om te antwoord wat sulke oorgange sou kos, moet ons weet: Wat kos die huidige rooster? Hoeveel is al die beton, staal, silikon, ens. Wat ons reeds in die grond geïnstalleer het wat tans die moeite werd is? Om te help om beleidmakers en beplanners in te lig met hul visie van die toekoms, het ek besluit om daardie vraag te beantwoord.
Wat maak die rooster uit?
Vir hierdie oefening het ek die "rooster" beperk tot die volgende dele:
- Kragsentrales
- Hoë en laespanning transmissielyne, wat vervoerkrag oor lang afstande vervoer
- Verspreidingslyne, wat krag direk na geboue of ander eindpunte bring
- Substasies vir die drywing van krag op die transmissienet
- Substasies op die verspreidingsnet
- Transformators wat spannings op die verspreidingsrooster verander
Hierdie berekening verlaat bykomende en noodsaaklike komponente van die rooster, soos die elektriese draad in jou huis, meters by die elektriese panele op huise en geboue en eindgebruiks toestelle wat die elektrisiteit verbruik.
Deur middel van 'n verskeidenheid van openbare verslae en die gebruik van opgedateerde ramings vir nuwe konstruksie en standaardbenaderings om die waardevermindering te bepaal, het ons die waarde van die land se bates vir kragopwekking, transmissie en verspreiding gekwantifiseer.
Die totale kapasiteit van hierdie kragsentrales gaan oor 1.15-terawatts. Dit is die opwekkingsvermoë van ongeveer 1,000 kernkrag reaktore (die VSA het tans ongeveer 100). Soos u kan voorstel, sou dit duur wees om te vervang. Slegs vir kragsentrales is die vervangingswaarde byna $ 2.7 triljoen, en die waardevermindering of die ruwe huidige waarde is byna $ 1 triljoen. Overall, die afbreek van die waarde is ongeveer 56 persent kragsentrale, 9 persent transmissie stelsel en 35 persent verspreiding stelsel.
Uiteensetting van die vervanging en waardevermindering van Amerikaanse elektriese infrastruktuur. Baie van die onderliggende data bronne, insluitende die OIS, is dieselfde as dié wat onlangs in die UT-Austin Energie Instituut se volle koste van elektrisiteitstudie gebruik is. Ons het 'n vereenvoudigde reguitlynverminderingskedule gebruik wat eindig in 'n skrootwaarde van 15 persent van die aanvanklike koste aan die einde van sy verwagte leeftyd. Joshua Rhodes
Watter pad vorentoe?
As ons 'n skoner energie toekoms wil hê, is daar verskeie paaie om daar te kom. Ek veronderstel egter dat die goedkoopste en waarskynlikste pad die beste sal wees, nie duplikate nie, die infrastruktuur wat ons reeds het. Een van die mees "plug and play" -roetes (en wat ons vandag sien) is 'n omskakeling van steenkool na gasgestookte kragopwekking by kragsentrales wat bestaande drade, pole en waterinfrastruktuur kan gebruik.
Aan die ander kant van die spektrum sou 'n waterstofekonomie massiewe nuwe beleggings in nuwe soorte tegnologie benodig, so dit sal minder benut as wat ons tans het. Byvoorbeeld, ons moet plekke bou om waterstof te genereer en te stoor. Aan die ander kant het dit die potensiaal om meer veerkragtig en volhoubaar te wees.
Wys hul ouderdom: Die opgradering van transmissielyne kan son- en windopwekking van afgeleë dele van die land tot waar die mense is, wat die gridreiniger en moontlik laer pryse kan help. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND
Een area wat nie veelbelovend vir infrastruktuurbelegging lyk nie, is die opgradering van die grootskaalse kragoordragnetwerk. Hierdie opgraderings kan toelaat dat krag tussen streke van die VSA vloei en soortgelyk sal wees aan hoe die interstate snelwegstelsel besigheidskoste regoor die land verlaag het deur die tyd wat dit geneem het om goedere en dienste oor ons groot land te vervoer, aansienlik verminder.
Daar is gebiede van die VSA waar krag met goedkoper en met minder omgewingsimpakte as in ander gebiede. Uitbreiding van transmissielyne na gebiede van die land wat goeie wind- en sonbronne het, kan baie lae koste aan gebruikers meebring. Die probleem is dat hierdie gebiede nie altyd waar die mense is nie, dus om hierdie krag aan die mense te bring, benodig ons 'n sterk transmissienetwerk.
Verspreidingsnetwerke - die deel van die rooster wat krag direk aan geboue lewer - kan ook meer sonkrag integreer sonder veel meer koste vir die rooster se operasie. Maar sodra die sonkapasiteit 'n sekere persentasie kragverbruik op die plaaslike netwerk bereik, wat dan per plek wissel meer koste word aangegaan.
Uiteindelik betaal verbruikers, of belastingbetalers, altyd vir hierdie opgraderingsprojekte, maar die voordele kan die koste swaarder maak. Texas se uitbreiding van sy elektriese rooster het toegelaat veel meer windkrag om laaisentrums te bereik wat saam met 'n daling in aardgaspryse die koste van die totale elektrisiteitsmark verlaag het. Die laer koste is dan oorgedra aan belastingbetalers.
Daar is geen pad wat nie belegging nodig het nie - selfs die handhawing van wat ons het, sal die volgende dekade honderde miljarde, indien nie triljoene dollars, kos. Die groter vraag is: As ons voortgaan om hierdie wonderlike rooster te vervang en te herbou, watter tegnologie moet ons fokus?
Oor Die Skrywer
Joshua D. Rhodes, Na-doktorale Navorser van Energie, Universiteit van Texas in Austin
Hierdie artikel is oorspronklik gepubliseer op Die gesprek. Lees die oorspronklike artikel.
verwante Boeke
at InnerSelf Market en Amazon
