Den billigste måten å skalere opp vind- og solenergi?

Den billigste måten å skalere opp vind- og solenergi?

Vind og solenergi er en måte å redusere karbonutslipp på, men disse generasjonskildene er avhengig av værens vagarier, noe som betyr at verken vind eller sol kan produsere strøm på forespørsel til alle døgnets tider. Denne variasjonen har ført til at mange antar at kraftig utvidelse av vind og solenergi for å redusere karbonutslipp vil føre til at strømutgiftene skyter opp og krever dyrt energilagring.

Mine kolleger og jeg har nettopp publisert en ny studie for å vise at denne antagelsen ikke er korrekt. Faktisk, hvis USA skulle flytte til et nasjonalt 48-statlig elektrisk system, i stedet for det regionale som er på plass nå, ville landet kunne transportere mer fornybar energi rundt i landet. Denne endringen kan redusere CO2 med 78% til lavere kostnader enn i dag uten å bruke lagringsteknologier.

Ved bruk av en datamodell fant vi ut at disse større elektriske systemene ville utnytte strømmen mer effektivt uavhengig av generatorene i den. Kostnadsreduksjonen mellom det nasjonale stilsystemet vi modellerte og det nåværende, som er delt inn i omtrent 130-regioner, er $ 47 milliarder dollar per år. Dette tilsvarer en strømkostnad på mellom 8.5 og 10.2 ¢ per kilowattime (kWh), sammenlignet med dagens nasjonale gjennomsnitt 12.7 cent per kWh.

Elektron-motorvei

Studien vår var basert på en modell kalt National Energy with Weather System (NEWS) simulator. NEWS-simulatoren er en kostnadsoptimaliseringsmodell som nådeløst søker den laveste kostnadsløsningen.

Det inkluderer funksjoner i det elektriske nettet, som overføring, generatorer, elektrisk etterspørsel, begrensninger for arealbruk, generatoratferd, værdata og kostnadsdata for generatorer. For å finne ut hvordan man kan minimere kostnadene, vil NEWS-modellen beregne hvordan man skal levere strøm hver eneste time i et helt år, basert på tilgjengelige generatorer og transmisjonslinjer som transporterer kraft over lange avstander.

Modellen vår hadde imidlertid noe unikt: HVDC-transmisjonsoverlegg med høyspenning.

I konseptet er dette veldig likt det utdannede motorveisystemet som er lagt på vegvesenet. HVDC-teknologi har en stor fordel i forhold til tradisjonelle kraftledninger: det går mindre energi i å transportere kraft fra et punkt til et annet. Det gjør dette ved å bruke likestrøm, snarere enn vekselstrøm, og operere ved høyere spenninger.

HVDC brukes i USA i dag. Imidlertid blir det distribuert som et punkt-til-punkt-system for enkelt (eller noen få) generatorer til fjerne markeder. En av de mest fremtredende kalles Pacific DC intertie, som sender strøm fra Stillehavet nordvest med sin rikelig vannkraft ned til Los Angeles, og forsyner 48% av strømmen i timevis med høy etterspørsel. Forskjellen i NEWS-modellen er at HVDC er distribuert i et nettverk, i stedet for en enkel punkt-til-punkt-konfigurasjon, som lar mye større utnyttelse av linjene for strøm å strømme mellom regioner i flere retninger.

Vindkraftpotensiale estimater for USAs røde indikerer høyt potensial, blå er lav. Chris Clack / CIRES, forfatter gitt Vindkraftpotensiale estimater for USAs røde indikerer høyt potensial, blå er lav. Chris Clack / CIRES, forfatter gitt Kritisk sett antar NEWS-modellen ikke at flere overføringslinjer bør legges til dagens nett. Men den innfører ny overføringskapasitet hvis modellen anser det som økonomisk. Interessant nok velger NEWS-modellen alltid HVDC-overføring når den kan. Hvorfor? Tilgjengeligheten av HVDC-linjer gjør det mulig å danne større markeder, som da drar fordel av stordriftsfordeler.

I praksis vil dette bety at vindgeneratorer i delstatene i slettene for eksempel kan eksportere mer strøm til steder i landet der det er stor etterspørsel, som storbyer. Slik det er nå, støtter vindgeneratorer bare kraft regionalt og leverer noen ganger mer strøm enn det som trengs noen timer på døgnet.

I et regionalt system, som er på størrelse med Kansas, pleier vind og sol å være perioder med over produksjonsperioder og under produksjon. Dette resulterer i økte kostnader fordi vind- og solgeneratorer trenger å begrense eller slå av under overproduksjon. For å imøtekomme tap av produksjon, må nettoperatører stole på sikkerhetskopiering av fossile fossile anlegg.

Med et nasjonalt system kan generatorene strategisk plasseres over det sammenhengende USA for å redusere denne effekten og senke de samlede kostnadene. HVDC letter bevegelsen av denne elektrisiteten fra fjerne rekkevidde til byer med lavere tap enn tradisjonell vekselstrøm.

Fornybart scenario

For å utføre studien ble høyoppløselig værdata samlet for hver time av de tre årene fra 2006 til 2008. Værdataene ble deretter brukt som innspill til sofistikerte kraftalgoritmer for å estimere kraften som kan genereres av vindturbiner og solcellepaneler over hele USA

I tillegg har vi samlet data om etterspørsel etter elektrisitet i disse tider i USA. Dataene var nødvendige fordi været er en grunnleggende driver for det elektriske etterspørselen. Så projiserte vi etterspørseldata til 2030.

Fordi utplasseringen av vind og sol er underlagt mange begrensninger, bygde vi hensyn til arealbruk i modellen. Datasett for arealbruk ble satt sammen for å identifisere steder der vind og sol kan brukes, uten å forstyrre beskyttede land.

Ved å bruke disse forskjellige datasettene sammen med den anslåtte kostnaden for kraftproduksjon i 2030, kjørte vi forskjellige simuleringer for å undersøke hvordan disse faktorene ville påvirke blandingen av kraftgeneratorer regionalt, samtidig som de totale kostnadene minimeres.

Scenariet som reduserer utslippene mest har betydelig vind- og solcelleanlegg utplassert; 523 gigawatt (GW) av vind og 371 gigawatt av solcelle PV sammenlignet med 60 GW og 2.5 GW repektivt i 2012. I dette scenariet var det bare 461 GW naturgass (mindre enn i dag).

Dette tilsvarer 38% av elektrisiteten som kommer fra vind, 17% fra vind, 21% fra naturgass resten fra kjernefysisk og vannkraft. I 2012 utgjorde vinden 3.5%, solenergi for mindre enn 1% og naturgass for 30%.

Igjen, denne løsningen er den billigste mulige løsningen.

For å komme til dette nivået av sol og vind - et betydelig hopp fra dagens nivå - krever nye transmisjonslinjer i modellen.

Mengden av ny HVDC-overføring som er bygget av modellen er 139 millioner MW-miles, som er et stort infrastrukturforetak. Dette høres ut som et enormt beløp, men det vil bare utgjøre for 4% av de totale kostnadene for systemet årlig.

Hva med energilagring?

NEWS-modellen er unik i studiet av å integrere høyere nivåer av vind og sol, fordi den håndterer store mengder værdata, mens den beregner de viktige aspektene ved det elektriske nettet, for eksempel ramping av generatorer, nedetider for generatorer, strømflyt i transmisjonslinjer, elektriske tap som stokker kraft rundt systemet, som imøtekommer etterspørselen hver time i hvert marked og andre driftsbegrensninger. Videre inkluderer det alle teknologimuligheter; den søker bare de laveste alternativene.

Elektrisitet kan lagres på flere måter, for eksempel å pumpe og mate ut vann fra reservoarer eller installere store batteribanker. I de første modellkjøringene var elektrisk lagring ikke konkurransedyktig ved å bruke kostnadsestimater for 2030 sammenlignet med å legge til transmisjon eller naturgassgeneratorer (rent basert på kostnader).

NEWS-modellen er et verktøy for å forstå hvordan et elektrisk nett kan transformeres, samtidig som kostnadene er lave. Lave kostnader er helt essensielle fordi økende energikostnader for å redusere karbonreduksjoner kan føre til økonomiske vanskeligheter.

Det er mange motvind til utviklingen av en avkarbonisert økonomi og samfunn. NEWS-modellen har vist at vind- og solcelleanlegg, kombinert med høyspent likestrømoverføring, faktisk kan gå langt i å redusere utslippene i elsektoren.

Dette er tilfelle selv uten et nytt mirakelbatteri eller innovasjon innen elektrisk lagringsindustri, selv om billig, effektiv elektrisk lagring ville være nyttig i å integrere fornybar energi.

For å fjerne karbon fra hele økonomien, må elektrisitet avkarboniseres først. Hvis det kan gjøres til lave kostnader, vil andre sektorer kunne følge etter. Å kombinere vind, sol, naturgass og transmisjon er en mulig bro til en nullutslipp framtid.

Om forfatterenDen Conversation

Christopher Clack, forskningsforsker, National Oceanic and Atmospheric Administration. Han er den tekniske lederen i et team som studerer optimalisering av nettsteder for vind- og solenergi. Målet er å bestemme på hvilket nivå USA kan støtte seg selv på fornybare energikilder, og hvor man skal plassere disse kildene, for å gi det minst kostbare, mest effektive produksjonssystemet med minst mulig miljøbelastning.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relatert bok:

InnerSelf Market

Amazon

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

følg InnerSelf på

facebook icontwitter ikonetyoutube-ikonetinstagram ikonpintrest-ikonetrss ikon

 Få den siste via e-post

Ukentlig magasin Daglig Inspirasjon

SENESTE VIDEOER

Den store klimamigrasjonen har begynt
Den store klimamigrasjonen har begynt
by super~~POS=TRUNC
Klimakrisen tvinger tusenvis over hele verden til å flykte ettersom deres hjem blir stadig ubeboelig.
Den siste istiden forteller oss hvorfor vi trenger å bry oss om en 2 ℃ temperaturendring
Den siste istiden forteller oss hvorfor vi trenger å bry oss om en 2 ℃ temperaturendring
by Alan N Williams, et al
Den siste rapporten fra klimapanelet (IPCC) uttaler at uten vesentlig reduksjon ...
Jorden har vært beboelig i milliarder av år - nøyaktig hvor heldige vi fikk?
Jorden har vært beboelig i milliarder av år - nøyaktig hvor heldige vi fikk?
by Toby Tyrrell
Det tok evolusjon 3 eller 4 milliarder år å produsere Homo sapiens. Hvis klimaet hadde sviktet helt en gang i det ...
Hvordan kartlegging av været 12,000 XNUMX år siden kan bidra til å forutsi fremtidige klimaendringer
Hvordan kartlegging av været 12,000 XNUMX år siden kan bidra til å forutsi fremtidige klimaendringer
by Brice Rea
Slutten av den siste istiden, for rundt 12,000 år siden, var preget av en siste kald fase kalt Younger Dryas ...
Det kaspiske hav vil falle med 9 meter eller mer i løpet av dette århundret
Det kaspiske hav vil falle med 9 meter eller mer i løpet av dette århundret
by Frank Wesselingh og Matteo Lattuada
Tenk deg at du er på kysten og ser ut mot havet. Foran deg ligger 100 meter karrig sand som ser ut som en ...
Venus var nok en gang jordlignende, men klimaendringene gjorde det ubeboelig
Venus var nok en gang jordlignende, men klimaendringene gjorde det ubeboelig
by Richard Ernst
Vi kan lære mye om klimaendringer fra Venus, vår søsterplanet. Venus har for øyeblikket en overflatetemperatur på ...
Fem klimatroer: Et kollisjonskurs i feil informasjon om klima
The Five Climate Disbeliefs: A Crash Course in Climate Desinformation
by John Cook
Denne videoen er et kollisjonskurs i misinformasjon om klimaet, og oppsummerer de viktigste argumentene som brukes til å tvile på virkeligheten ...
Arktis har ikke vært så varmt i 3 millioner år, og det betyr store endringer for planeten
Arktis har ikke vært så varmt i 3 millioner år, og det betyr store endringer for planeten
by Julie Brigham-Grette og Steve Petsch
Hvert år krymper havisen i Polhavet til et lavt punkt i midten av september. I år måler den bare 1.44 ...

SISTE ARTIKLER

grønn energi2 3
Fire grønne hydrogenmuligheter for Midtvesten
by Christian Tae
For å avverge en klimakrise, må Midtvesten, som resten av landet, fullstendig dekarbonisere økonomien ved å …
ug83qrfw
Stor barriere for å kreve respons må opphøre
by John Moore, On Earth
Hvis føderale regulatorer gjør det rette, kan strømkunder over hele Midtvesten snart kunne tjene penger mens ...
trær å plante for klima2
Plant disse trærne for å forbedre bylivet
by Mike Williams-Rice
En ny studie fastslår levende eik og amerikanske plataner som mestere blant 17 "supertrær" som vil bidra til å gjøre byer...
havbunnen i nord
Hvorfor vi må forstå havbunnsgeologi for å utnytte vindene
by Natasha Barlow, førsteamanuensis i kvartær miljøendring, University of Leeds
For ethvert land som er velsignet med enkel tilgang til det grunne og vindfulle Nordsjøen, vil havvind være nøkkelen til å møte nett...
3 brannleksjoner for skogbyer da Dixie Fire ødelegger historiske Greenville, California
3 brannleksjoner for skogbyer da Dixie Fire ødelegger historiske Greenville, California
by Bart Johnson, professor i landskapsarkitektur, University of Oregon
Et brann som brenner i varm, tørr fjellskog feide gjennom Gold Rush -byen Greenville, California, 4. august,…
Kina kan møte energi- og klimamål som begrenser kullkraften
Kina kan møte energi- og klimamål som begrenser kullkraften
by Alvin Lin
På Leader's Climate Summit i april lovet Xi Jinping at Kina strengt vil kontrollere kullkraft ...
Blått vann omgitt av dødt hvitt gress
Kart viser 30 års ekstrem snøsmelting i USA
by Mikayla Mace-Arizona
Et nytt kart over ekstreme snøsmeltingshendelser de siste 30 årene tydeliggjør prosessene som driver rask smelting.
Et fly slipper rød brannhemmende over på en skogbrann mens brannmenn parkert langs en vei ser opp i den oransje himmelen
Modellen spår 10-års brannskudd, deretter gradvis tilbakegang
by Hannah Hickey-U. Washington
En titt på den langsiktige fremtiden for skogsbranner forutsier en innledende omtrent tiår lang brannaktivitet,…

 Få den siste via e-post

Ukentlig magasin Daglig Inspirasjon

Nye holdninger - Nye muligheter

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publikasjoner. Alle rettigheter reservert.