Gammel skole: Mange av kraftverket og transmisjonsnettet vi stoler på har eksistert i flere tiår. andrewfhart / flickr, CC BY-SA
Det elektriske nettet er et utrolig integrert system av maskiner som spenner over hele kontinentet. National Academy of Engineering har kalt det en av største engineering prestasjoner av 20th århundre. 
Men det er også dyrt. Ved min analyse er den nåværende (avskrevne) verdien av det amerikanske elnettet, omfattende kraftverk, ledninger, transformatorer og poler, omtrent US $ 1.5 til $ 2 trillion. Å erstatte det ville koste nesten $ 5 trillion.
Det betyr at den amerikanske elektriske infrastrukturen, som allerede inneholder trillioner dollar av nedsunket kapital, snart trenger betydelig pågående investeringer bare for å holde ting slik de er. Et kraftverk bygget under den raske ekspansjonen av energisektoren i årtier etter andre verdenskrig er nå 40 år gammel eller eldre, lenge betalt, og sannsynligvis må byttes ut. Faktisk ga American Society of Civil Engineers bare hele energiinfrastrukturen a knapt bestått karakter av D +.
Den nåværende administrasjonen har lovet å investere tungt i infrastruktur, noe som gir flere spørsmål med hensyn til det elektriske systemet: Hva skal fremtidens energinettet se ut? Hvordan oppnår vi en lavt energikilde? Hva vil det koste?
Infrastruktur synes å være et problem som kan samle støtte fra begge sider av gangen. Men for å ta gode beslutninger om utgifter, må vi først forstå verdien av det eksisterende nettet.
Nåværende overgangsstatus
Det elektriske nettet er ment å vare i flere tiår, men få mennesker innser at hele systemet må finbalanse tilbud og etterspørsel på tvers av tidsrammer så kort som et sekund. Hver watt med elektrisk kraft til belysning av boliger, bærbare datamaskiner eller løpende klimaanlegg genereres samtidig på forskjellige steder, for det meste ved brennende brensel som spinner magneter i generatorer. Det er i hovedsak ingen lagring av strøm på nettet; i stedet lagres mest energi i drivstoff - kull, naturgass, kjernefysiske produkter og vann bak dammene, og venter på at kommandoen blir omgjort til elektrisitet i sanntid.
Plassering og avskrivning av alle amerikanske kraftverk. Joshua Rhodes, EIA Form 860 data.
I de senere år, hvor vi får vår makt, har endret seg dramatisk. De eldste generatorer er store kraftverk, med mange lokalisert i den østlige delen av USA. De siste tilskuddene har vært mindre og mer spredt ut - tenk på solpaneler eller vindparker på taket. Noen eksperter har selv sagt at denne modellen av mer distribuert generasjon nærmere hvor kraften forbrukes - langs kanten av nettverket, i stedet for sentrale kraftverk - er det ny norm.
Fremover kan vi enten bygge nettet på samme måte som vi har gjort før, eller vi kan investere i ny teknologi som kan bringe samme tjeneste, men på en lavere kostnad.
Og hvordan kunne vi gjøre det renere? Noen tror nettverket kan Kjør helt på fornybare energikilder. Andre sier den beste måten å "decarbonize", eller redusere karbonutslipp, for energisystemet som helhet er utbredt elektrifisering av industri og transport sektorer.
Men for å svare på hva slike overganger ville koste, må vi vite: Hva koster det nåværende nettet? Hvor mye er alt betong, stål, silisium, etc. som vi allerede har installert i bakken, for tiden verdt? For å bidra til å informere beslutningstakere og planleggere som griper seg med deres fremtidssyn, satte jeg meg på å svare på det spørsmålet.
Hva utgjør nettverket?
For denne øvelsen har jeg begrenset "rutenettet" til følgende deler:
- Kraftverk
- Høy- og lavspenningsoverføringslinjer, som transporterer strøm over lange avstander
- Distribusjonslinjer, som gir strøm direkte til bygninger eller andre sluttpunkter
- Substasjoner for å dirigere strøm på overføringsnettverket
- Substasjoner på distribusjonsnett
- Transformatorer som endrer spenninger på distribusjonsnett
Denne beregningen etterlater ekstra og nødvendige komponenter av rutenettet, som den elektriske ledningen i hjemmet ditt, målere på elektriske paneler på boliger og bygninger og sluttbrukere som bruker strømmen.
Kombinere gjennom en rekke offentlige rapporter og ved hjelp av oppdaterte estimater for nybygging og standardmetoder for estimering av avskrivninger, kvantifiserte vi verdien av nasjonens eiendeler for kraftproduksjon, overføring og distribusjon.
Den totale kapasiteten til disse kraftverkene handler om 1.15 terawatts. Det er genereringskapasiteten til omtrent 1,000-kjernereaktorer (USA har for tiden om 100). Som du kan forestille deg, ville det være kostbart å erstatte. For kraftverk alene er erstatningsverdien nesten $ 2.7 trillion, og den avskrivede verdien eller den svake nåværende verdien er nesten $ 1 trillion. Samlet sett er nedbrytningen av verdien om 56 prosent kraftverk, 9 prosent transmisjonssystem og 35 prosent distribusjonssystem.
Fordeling av erstatning og avskrivet verdi av amerikansk elektrisk infrastruktur. Mange av de underliggende datakilder, inkludert fra VVM, er de samme som de som nylig ble benyttet i UT-Austin Energi Instituttets Full Cost of Electricity studie. Vi brukte en forenklet straight-line avskrivningsplan som slutter i en skrapverdi av 15 prosent av den opprinnelige kostnaden ved slutten av den forventede levetiden. Joshua Rhodos
Hvilken vei fremover?
Hvis vi ønsker å få en renere energi fremtid, er det flere veier å komme seg dit. Imidlertid forutser jeg at den billigste og mest sannsynlige vei vil være den som bruker best, ikke duplikater, infrastrukturen vi allerede har. En av de mest "plug and play" -banene (og det vi ser idag) er en omlegging fra kull til gassfyrt generasjon ved kraftverk som kan bruke eksisterende ledninger, poler og vanninfrastruktur.
I den andre enden av spekteret ville en hydrogenøkonomi kreve massive nye investeringer i nye typer teknologi, slik at det ville utnytte mindre av det vi har for øyeblikket. For eksempel må vi bygge steder for å generere og lagre hydrogen. På den annen side har det potensial til å være mer motstandsdyktig og bærekraftig.
Viser alder: Oppgradering av overføringslinjer kan føre til sol- og vindkraft fra fjerntliggende deler av landet til hvor folk er, noe som vil bidra til å gjøre rutenettet renere og potensielt lavere priser. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND
Et område som ser lovende ut for infrastrukturinvesteringer, er å oppgradere nettverket for kraftoverføring. Disse oppgraderingene kan tillate strømforsyning mellom regioner i USA og vil lignes på hvordan interstate highway-systemet kjørte ned virksomheten kostnader over hele landet av kraftig redusere tiden det tok å transportere varer og tjenester over hele landet vårt.
Det er områder i USA hvor kraften produseres billigere og med færre miljøpåvirkninger enn i andre områder. Utvidelse av overføringslinjer til områder i landet som har gode vind- og solressurser, kan gi svært lav strøm til brukerne. Problemet er at disse områdene ikke alltid er hvor folk er, så for å få denne kraften til folket, trenger vi et sterkt overføringsnettverk.
Distribusjonsnett - den delen av nettverket som leverer strøm direkte til bygninger - kan også integrere mer sol uten mye ekstra kostnad for nettets drift. Men når solkapasiteten når en viss prosentandel strømforbruk på det lokale nettverket, som varierer fra sted til sted flere kostnader påløper.
Til slutt, forbrukere, eller skattebetalere, ender alltid med å betale for disse oppgraderingsprosjektene, men fordelene kan oppveie kostnadene. Texas 'utvidelse av det elektriske nettet har tillatt mye mer vindkraft for å nå lastsentre som sammen med en nedgang i naturgasspriser, har drevet ned grossistmarkedet for elektrisitetsmarkedet. Disse lavere kostnadene er da sendt videre til ratepayers.
Det er ingen vei som ikke krever investering - selv om bare å opprettholde det vi har, vil det koste hundrevis av milliarder dollar, om ikke trillioner, i løpet av det neste tiåret. Jo større spørsmål er: Som vi fortsetter å erstatte og gjenoppbygge dette fantastiske nettet, hvilke teknologier skal vi fokusere på?
Om forfatteren
Joshua D. Rhodes, postdoktoralforsker av energi, University of Texas at Austin
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.
Relaterte bøker
at InnerSelf Market og Amazon
