Et helt fornybart nett vil bety mer strøm og flere overføringslinjer. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

Hovedløsningen på Klima forandringer er velkjent - slutt å forbrenne fossile brensler. Hvordan du gjør dette er mer komplisert, men som en lærd som driver med energimodellering, ser jeg og andre konturene av en fremtid etter fossil brensel: Vi lage strøm med fornybare kilder og elektrifisere nesten alt.

Det betyr å kjøre kjøretøy og tog på strøm, varme bygninger med elektrisk varmepumper, elektrifiserende industrielle applikasjoner som stålproduksjon og bruk av fornybar strøm til å lage hydrogen (lignende naturgass) for andre krav. Så fokuset er å drive det elektriske nettet med fornybare kilder.

Det er imidlertid debatt om hvorvidt fullt fornybare elsystemer er det gjennomførbart og hvor raskt overgangen kan gjøres. Her argumenterer jeg for at muligheten er klar, så bare overgangsspørsmålet er relevant.

Kjente teknologier

En vindpark i Texas. Texas fikk omtrent 15% av strømmen fra vind i 2017. Draxis / flickr, CC BY-ND

Forskningen min fokuserer på økonomi i fornybar energi. For å demonstrere gjennomførbarhet og estimere kostnadene for fornybare elsystemer, bruker forskere datamodeller som beregner potensiell produksjon fra forskjellige teknologier på hvert tidspunkt, basert på skiftende værforhold. En modell avdekker hvilken kombinasjon av strømkilder og energilagringssystemer som har lavest kostnad, samtidig som den alltid imøtekommer etterspørselen.

Mange studier demonstrere at fullt fornybare elektriske nett er gjennomførbare i Forente Stater, Europa, Australia og andre steder. Mine kolleger og jeg har nylig fullført en liten studie om øya-nasjonen Mauritius. Øyene er attraktive steder for innledende fornybare overganger på grunn av deres lille skala, relative enkelhet og avhengighet av importerte drivstoff.

Det finnes en rekke måter å lage fornybar strøm på: hydro, vind, solcelleanlegg, geotermisk og forbrenning av forskjellige former for biomasse (plantestoff), foruten forbedre effektiviteten å bruke mindre energi. Dette er modne teknologier med kjente kostnader.

Andre muligheter inkluderer bølge, tidevann og konsentrere solenergi, der reflektorer fokuserer solstråler for å produsere kraft. Selv om disse kan brukes i fremtiden, er behovet for å adressere klimaendringer presserende, og etter mitt estimat er de modne teknologiene tilstrekkelige.

Meninger om kjernekraft løp sterk, som er en annen samtale. Men modeller viser at USA ikke trenger kjerneenergi for å trekke seg tilbake fossilt brensel.

Fremtidens rutenett

Systemer for fornybar energi er stedsspesifikke: Det beste systemet avhenger av en lokasjons ressurser (er det vind?), Det tidsmessige mønsteret (hvor ofte er det ikke vind?) Og tilgjengeligheten av komplementære kilder (er det vannkraft for sikkerhetskopiering?). Til tross for denne lokalitetsfølsomheten, finner studier på forskjellige steder lignende resultater.

Å ha et mangfold av fornybare kilder kan redusere kostnadene. Spesielt er sol og vind utfyllende hvis den solrige sesongen ikke er den blåsesesongen; modeller opplever at en kombinasjon av begge er typisk rimeligere enn enten alene.

For de fleste teknologier, større skala reduserer kostnadene. I USA kan for eksempel solcelleanlegg i stor skala være mer enn 1,000 ganger større enn hustakssystemer og omtrent halvparten av kostnadene. For å minimere kostnadene bygger vi store systemer.

Å bygge store fornybare energiprosjekter, som dette 550-megawatt solanlegget i Mojave-ørkenen i California, fører til lavere kostnader for produsert energi. Det amerikanske innenriksdepartementet, CC BY-SA

Fordi sol- og vindforhold varierer i landskapet, system kostnadene faller etter hvert som et produksjonsområde vokser, så det må være en robust elektrisk nett å flytte strøm fra steder hvor det er forsyning til etterspørselssteder. Vi trenger også mer strøm til applikasjoner som transport som i dag bruker fossilt brensel. Dette betyr at rutenettet må vokse.

Studier viser at det å kjøre et elektrisk nett med variabel fornybar energi inkluderer ikke å bruke eller dumpe noe energi til tider, en strategi som reduserer kostnadene sammenlignet med alltid å lagre overskuddsenergi.

Fortsatt en form for strømlagring trengs. Batterier fungerer bra for å jevne ut kortsiktige svingninger, men for å lagre energi i mange timer eller dager, pumpet vannkraftlagring er rimeligere. Pumpet vann bruker all ekstra energi i nettet for å pumpe vann oppover, og når det trengs energi, renner vannet tilbake for å generere kraft i en turbin. USA har noen eksisterende eksempler og mange gjennomførbare steder. Med nettutvidelse kan lagring være plassert i avstand fra brukere.

Vannkraft og biomassekraft er tilgjengelig på forespørsel, så å ha disse i et fornybart elektrisk nett krymper energilagringsbehovet og reduserer kostnadene. Begge har miljøeffekter som må styres.

US Energy Information Administration, CC BY

Vannkraft kan endre lokale økosystemer. Burning biomasse avgir karbondioksid, men en studie jeg jobbet med viser at utslipp av biomasse er reversible og er tydelig karbon-foretrukket fremfor fossilt brenselutslipp. Bærekraft avhenger også kritisk av forvaltning av biomasse felt og skog; den menneskelige merittlisten på dette har ikke vært fantastisk.

Fornybare energisystemer krever land. EN USAs studie viser at forsyning med all strøm fra vind, vann og sol vil trenge 0.42% av landarealet, pluss 1.6% av landarealet for plass mellom vindturbiner. Biomasseenergi krever mye mer land enn vind eller sol, så biomasse må være en liten del av den fornybare energiløsningen.

Ekte barrierer er politiske og kulturelle

Et fremtidig fornybart strømnett med tilhørende elektrifisering kan eller ikke redusere energikostnadene. Men å unngå de verste effektene av klimaendringer betyr å slutte med fossilt brensel, uansett om dette sparer penger eller ikke. Likevel vil den fornybare overgangen være raskere og politisk enklere hvis den er rimeligere.

In Mauritius, finner studien vår at fornybar strømkostnad tilsvarer dagens kostnader der, basert på nåværende kapitalkostnader for fornybar energi. Noen studier finner også at kostnadene for fremtidig fornybar elektrisitet er lavere enn dagens fossile brenselkostnader, i sannsynligvis tilfelle at kostnadene faller når vi bygger flere fornybare energisystemer og blir flinkere til å gjøre det.

Og det er det, fra et teknisk perspektiv. En kombinasjon av fornybare kilder og energilagring - den spesifikke kombinasjonen avhengig av lokale forhold og preferanser - kan levere all strøm som trengs til en overkommelig pris, og vil redusere luftforurensningen å starte opp.

Men regjeringens politikk er nødvendig for å gjøre en overgang til fornybar energi. Klimaendringer er en ekstern kostnad - båret av samfunnet snarere enn av energiprodusenter - så markedskreftene alene vil ikke gjøre overgangen. Foruten å sette en pris på karbon (kanskje med utbytte returnert til publikum), kunne myndighetene gjøre det lettere å bygge den nødvendige infrastrukturen. Og offentlig støtte er nødvendig: For eksempel er offentlig aksept av overføringslinjer for å flytte strøm fra de vindrike Great Plains til sentrum, en annen utfordring for et alt-fornybart nett.

Et prosjekt i omfanget av transformering av energisystemet vil skape arbeidsplasser - mange jobber - som kanskje er det økonomiske målet som er viktigst for innbyggerne.

Forskning fra meg og andre viser at fullt fornybare elektriske nett er mulig med dagens teknologi til nåværende priser; barrierer for å bruke fornybar elektrisitet er mer politisk og kulturelt enn teknologisk eller økonomisk.

om forfatteren

David Timmons, Førsteamanuensis i økonomi, University of Massachusetts Boston

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

Drawdown: Den mest omfattende planen som noen gang har foreslått å reversere global oppvarming

av Paul Hawken og Tom Steyer
I møte med utbredt frykt og apati har en internasjonal koalisjon av forskere, fagfolk og forskere kommet sammen for å tilby et sett av realistiske og dristige løsninger på klimaendringer. Et hundre teknikker og praksis er beskrevet her-noen er velkjente; noe du kanskje aldri har hørt om. De spenner fra ren energi til å utdanne jenter i lavinntektsland til landbrukspraksis som trekker karbon ut av luften. Løsningene eksisterer, er økonomisk levedyktige, og samfunn over hele verden for tiden anvender dem med dyktighet og besluttsomhet. Tilgjengelig på Amazon

Utforming av klimaproblemer: En retningslinje for lavkol Energi

av Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Med effekten av klimaendringene som allerede er over oss, er behovet for å kutte globale klimagassutslipp intet mindre enn presserende. Det er en skremmende utfordring, men teknologiene og strategiene for å møte den eksisterer i dag. Et lite sett med energipolitikk, designet og implementert godt, kan sette oss på veien mot en fremtid med lite karbon. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken må være fokusert og kostnadseffektiv. En-størrelse-passer-alle-tilnærminger vil ganske enkelt ikke få jobben gjort. Politiske beslutningstakere trenger en klar, omfattende ressurs som skisserer energipolitikken som vil ha størst innvirkning på klimafremtiden vår, og beskriver hvordan vi kan utforme disse retningslinjene. Tilgjengelig på Amazon

Dette forandrer alt: kapitalisme vs klimaet

av Naomi Klein
In Dette endrer alt Naomi Klein hevder at klimaendringer ikke bare er et annet problem, som skal skjenkes nøye mellom skatt og helsevesen. Det er en alarm som kaller oss for å fikse et økonomisk system som allerede mangler oss på mange måter. Klein bygger omhyggelig saken for hvor massivt å redusere utslippene av drivhusgasser er vår beste mulighet til samtidig å redusere ulikheter i ulikhet, omdefinere våre ødelagte demokratier og gjenoppbygge våre slanke lokale økonomier. Hun avslører den ideologiske desperasjonen til klimaendringene, de rasjonelle vrangforestillinger fra de vilde geoengineers og den tragiske nederlaget av for mange grønne grenser. Og hun demonstrerer nettopp hvorfor markedet ikke har - og ikke kan løse klimakrisen, men vil i stedet gjøre ting verre, med stadig mer ekstreme og økologisk skadelige utvinningsmetoder, ledsaget av voldsomme katastrofkapitalisme. Tilgjengelig på Amazon

Fra Utgiver:
Innkjøp på Amazon går for å dekke kostnadene ved å bringe deg InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uten kostnad og uten annonsører som sporer surfevaner. Selv om du klikker på en kobling, men ikke kjøper disse utvalgte produktene, betaler alt annet du kjøper i samme besøk på Amazon oss en liten provisjon. Det er ingen ekstra kostnader for deg, så vær så snill å bidra til innsatsen. Du kan også bruk denne lenken å bruke til Amazon når som helst slik at du kan bidra til å støtte vår innsats.