Los Angelesin vesi- ja sähköministeriön mäntypuupuisto ja aurinkovoimala Tehachapissa, Kaliforniassa, 115 mailin päässä LA: sta. Irfan Khan / Los Angeles Times Getty Images -sivuston kautta
Monenlaiset äärimmäiset tapahtumat voivat häiritä sähköpalveluja, kuten hurrikaanit, maanjäristykset, tulvat, metsäpalot, äärimmäinen kuumuus, äärimmäiset kylmät ja pitkät kuivuudet. Suurkatastrofit voivat jättää tuhansia ihmisiä pimeään. Helmikuun Texasissa tapahtunut pakkas jäätyi 40% valtion sähköntuotantokapasiteetista.
Tällaisten tapahtumien aikana koskemattomilla alueilla voi olla voimaa säästää. Esimerkiksi Texasin helmikuun sähkökatkosten aikana sähkölaitokset tuottivat sähköä Tyynenmeren luoteisosassa sijaitsevasta vesivoimasta, koillisessa maakaasusta, pohjoisella tasangolla tuulesta ja lounaassa aurinkoenergiasta.
Nykyään ei ole mahdollista siirtää sähköä saumattomasti Yhdysvaltojen päästä toiseen. Mutta viime vuosikymmenen aikana kansallisten laboratorioiden ja yliopistojen tutkijat ovat tehneet tiivistä yhteistyötä teollisuuden insinöörien kanssa suunnitellakseen valtioiden välisen sähköjärjestelmän, joka voi. Ja Presidentti Bidenin infrastruktuurisuunnitelma siirtyisi tähän suuntaan osoittamalla miljardeja dollareita sellaisten korkeajännitteisten siirtojohtojen rakentamiseen, jotka voivat "siirtää halvempaa, puhtaampaa sähköä sinne, missä sitä eniten tarvitaan".
My tekninen tutkimus keskittyy sähköjärjestelmiin. Iowan osavaltion yliopistossa olemme työskennelleet kvantifioidaksesi edut, joita makroverkot voivat tuoda Yhdysvaltoihin. Nämä suuren kapasiteetin siirtojärjestelmät yhdistävät energiavarat ja suuren sähkön kysynnän alueet, jotka tunnetaan kuormituskeskuksina, suurille maantieteellisille alueille.
Sähköverkko siirtää energian generaattoreilta, jotka sijaitsevat usein kaukana asutuskeskuksista, energia-asiakkaille.
Kansallinen valtatiejärjestelmä sähköä varten
Dwight Eisenhower oli ajatellut kansallista valtioiden välistä valtatiejärjestelmää Vuosikymmenten ajan ennen kuin hänet vihittiin presidentiksi vuonna 1953. Eisenhower väitti, että tällainen järjestelmä oli "yhtä välttämätön puolustukselle kuin meidän kansantalous ja henkilökohtainen turvallisuus"
Kongressi suostui ja hyväksyi Liittovaltion avustuslaitoslaki vuodelta 1956, joka valtuutti liittohallituksen maksamaan 90 prosenttia tämän 114 miljardin dollarin järjestelmän kustannuksista, loput kattavat osavaltiot.
Eisenhower oli huolissaan kaupunkien evakuointi ydinsodan sattuessa. Makroverkon turvallisuusargumentti keskittyy äärimmäisiin tapahtumiin, jotka häiritsevät sähköverkkoa. Taloudelliset perusteet keskittyvät tuuli-, aurinko- ja vesivoiman siirtämiseen alueilta, joilla niitä on paljon, suurelle energiantarpeelle.
Nykyään Pohjois-Amerikan sähköverkko on viisi ristikkoa, joka tunnetaan myös nimellä yhteenliittäminen. Kaksi suurta, itä- ja länsiliitännät, kattavat suurimman osan Kanadan 48 alemmasta osavaltiosta ja suurista alueista, kun taas kolme pienempää verkkoa palvelee Texasia, Alaskaa ja Pohjois-Quebeciä. Jokainen näistä ruudukoista käyttää vaihtovirta tai vaihtovirta, siirtää sähköä generaattoreilta asiakkaille.
Itäiset, länsimaiset ja texasilaiset yhdistävät toisiinsa korkeajännite tasavirtatai HVDC-linjat, jotka mahdollistavat tehon siirtämisen niiden välillä. Nämä tilat ovat ikääntyviä ja voi siirtää vain pieniä määriä sähköä ristikkojen välillä. Yksi tapa ajatella makroverkkoa on peite, joka vetää yhteen olemassa olevat Yhdysvaltain ruudukot ja helpottaa voiman siirtämistä niiden välillä.
Yhdysvaltojen potentiaalinen makroverkko, joka yhdistää itä-, länsi- ja texas-verkot ja yhdistää merituulipuistoihin. James McCalley, CC BY-ND
Voiman jakaminen alueiden välillä
Presidentti Biden on ehdottanut laajamittaisia toimia puhtaan energian siirtymän saavuttamiseksi Yhdysvalloissa, mukaan lukien sähkövirran tekeminen hiilettömäksi vuoteen 2035 mennessä. Tämä edellyttää uuden uusiutuvan energian tuotantokapasiteetin lisäämistä seuraavien 15 vuoden aikana.
Tuuli- ja aurinkokustannukset ovat laskeneet dramaattisesti viime vuosina. Nykyään uusien, suurten tuuli- tai aurinkovoimaloiden sähkö on halvempaa kuin sähköntuotanto olemassa olevat hiilivoimalaitokset. Silti vain uusiutuvat energialähteet tarjoavat noin 21% Yhdysvaltain sähköstä.
Makroverkko vähentäisi uusien tuuli- ja aurinkovoimaloiden sähkön kustannuksia kahdella tavalla. Ensinnäkin se mahdollistaisi korkealaatuisen uusiutuvan sähkön - lähinnä Keskilännen tuuli- ja eteläisen aurinkoenergian sekä mahdollisesti Kanadan vesivoiman - toimittavan rannikkokuormakeskuksia. On halvempaa rakentaa siirtojärjestelmiä, jotka pystyvät siirtämään tämän tehon pitkiä matkoja, kuin tuottaa sitä huonolaatuisemmista, heikommista aurinko- ja tuulivaroista lähempänä kaupunkeja.
Toiseksi makroverkko mahdollistaisi energiantuotannon ja verkkopalvelujen jakamisen alueiden välillä. Tässä strategiassa hyödynnetään aikavyöhykkeistä johtuvia aikaeroja ja sähkön kysynnän taipumusta huippu tiettyinä päivinä, kuten kun ihmiset saapuvat kotiin illalla. Ja sähkön hinnat nousevat ja laskevat päivän aikana kysynnän myötä.
Esimerkiksi kello 3 Tyynenmeren aikaa virrankulutus on suhteellisen vähäistä länsirannikolla, mikä tarkoittaa, että myös sähkön kustannukset ovat alhaiset. Ylimääräistä länsimaista sähköä voitaisiin käyttää kysynnän tarjontaan itärannikolla, joka huipentuu päivittäin samanaikaisesti tämän kello 3 länsirannikon "matalan" kanssa, joka tapahtuu kello 6 itäisen ajan mukaan. Neljä tuntia myöhemmin, kun länsirannikko saavuttaa päivittäisen huippunsa klo 7 Tyynenmeren aikaa, itärannikolla olisi klo 10, jolla olisi ylimääräistä sukupolvea jakamaan länteen.
Kapasiteetin jakaminen toimii myös siksi, että vuotuinen huipputehontarve tapahtuu eri aikoina vuodesta eri alueilla. Jokaisella alueella vaaditaan olevan riittävästi tuotantokapasiteettia vuotuisen huippukuormituksensa saavuttamiseksi, ja jonkin verran liikkumavaraa kattamaan tuotantohäiriöt. Makroverkko antaisi alueille mahdollisuuden jakaa liikaa tuotantokapasiteettia, kun sitä ei tarvita paikallisesti.
Tästä strategiasta on hyötyä, vaikka kahden alueen vuosihuiput poikkeavat vain muutamalla päivällä. Kun ne eroavat viikkojen tai kuukausien mukaan, voitto voi olla suuri. Esimerkiksi virran kysyntä Tyynenmeren luoteisosassa on tyypillisesti huippu talvella, joten alue voisi lainata kapasiteettia lounaasta ja keskilännestä, missä kysyntä huipentuu kesällä, ja päinvastoin.
Siirron rakentaminen säästää rahaa
Vuonna 2020 julkaisemassani tutkimuksessa akateemisten ja teollisuuskollegoiden kanssa osoitimme, että ilman makroverkkoa se maksaa yli $ 2.2 triljoonaa vuodesta 2024 vuoteen 2038 kehittää ja käyttää maan sähköjärjestelmää ja saavuttaa 50 prosentin uusiutuva sähköntuotanto vuonna 2038. Tämä sisältää kustannukset 600 gigawatin uuden tuotantokapasiteetin lisäämisestä, joka olisi melkein kokonaan tuuli ja aurinko; jäljellä olevien fossiilisten ja ydinvoimaloiden käyttökustannukset; ja uusien AC-voimajohtojen rakentaminen uusien voimalaitosten liittämiseksi asiakkaisiin.
Laskimme kuitenkin, että jos Yhdysvallat käytti 50 miljardia dollaria makroverkon kehittämiseen, maan sähköjärjestelmän kehittämisen ja käytön sekä 50 prosentin uusiutuvan sähkön saavuttamisen kokonaiskustannukset pitkällä aikavälillä laskisivat yli 2038 miljardilla dollarilla. Toisin sanoen, antamalla mahdollisuuden jakaa voimaa alueiden välillä ja toimittaa korkealaatuista uusiutuvaa energiaa syrjäisiltä alueilta kuormituskeskuksiin, makroverkko maksaisi enemmän kuin itsensä.
Jotkut tarkkailijat saattavat olla huolissaan siitä, että kansallisesti kytketty verkko olisi alttiimpi CSS: lle kuin nykyinen järjestelmämme. Itse asiassa makroverkko olisi itse asiassa luotettavampi, koska HVDC tarjoaa paremman verkon ohjauskyvyn joustavien muunninasemiensa kautta.
Alan johtajat ja puhtaan energian kannattaja vaativat Yhdysvaltoja jatkamaan makroverkkokehitystä. Mutta Pohjois-Amerikka on jäljessä kehittämällä alueiden välisiä voimajohtoja halpojen puhtaiden energialähteiden hyödyntämiseksi. Ja jos 50 miljardia dollaria tuntuu suurelta investoinnilta, harkitse tätä: Se on myös arvioidut vähimmäiskustannukset keskeytyksistä ja energian hintapiikeistä Texasissa.
Author
James D.McCalley, Sähkötekniikan professori, Iowa State University
Liittyvät kirjat
Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi
Paul Hawken ja Tom Steyer
Laajasti levinneen pelon ja apatian edessä kansainvälinen tutkijoiden, ammattilaisten ja tutkijoiden koalitio on koonnut tarjoamaan joukon realistisia ja rohkeita ratkaisuja ilmastonmuutokseen. Tässä on kuvattu sata tekniikkaa ja käytäntöä - jotkut ovat hyvin tunnettuja; jotkut, joita et ole koskaan kuullut. Ne vaihtelevat puhtaasta energiasta tyttärien kouluttamiseen pienituloisissa maissa maankäytön käytäntöihin, jotka vetävät hiiltä pois ilmassa. Ratkaisut ovat olemassa, ovat taloudellisesti kannattavia ja yhteisöt kaikkialla maailmassa toteuttavat niitä taitavasti ja päättäväisesti. Saatavana Amazon
Ilmastoratkaisujen suunnittelu: Poliittinen opas vähähiiliseen energiaan
Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Koska ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat jo kohdanneet, tarve vähentää maailmanlaajuisia kasvihuonekaasupäästöjä on kiireellistä. Se on pelottava haaste, mutta tekniikat ja strategiat sen täyttämiseksi ovat olemassa tänään. Pieni joukko energiapolitiikkoja, jotka on suunniteltu ja toteutettu hyvin, voivat viedä meidät polulle vähähiiliseen tulevaisuuteen. Energiajärjestelmät ovat suuria ja monimutkaisia, joten energiapolitiikan on oltava kohdennettua ja kustannustehokasta. Yksi koko sopiva lähestymistapa ei yksinkertaisesti saa aikaan työtä. Päättäjät tarvitsevat selkeän, kattavan resurssin, jossa hahmotellaan energiapolitiikat, joilla on suurin vaikutus ilmastotulevaisuuteen, ja kuvataan, miten nämä politiikat suunnitellaan hyvin. Saatavana Amazon
Tämä muuttaa kaikkea: kapitalismi vs. ilmasto
kirjoittanut Naomi Klein
In Tämä muuttaa kaiken Naomi Klein väittää, että ilmastonmuutos ei ole pelkästään toinen asia, joka on jätettävä verojen ja terveydenhuollon välillä. Se on hälytys, joka kutsuu meitä vahvistamaan taloudellisen järjestelmän, joka on jo meitä monin tavoin epäonnistumassa. Klein rakentaa huolellisesti tapaa, jolla kasvihuonekaasupäästömme vähentäminen on meidän tilaisuutemme vähentää samanaikaisesti eriarvoisuutta, kuvitella rikkoutuneita demokratiojamme uudelleen ja rakentaa taloutemme. Hän paljastaa ilmastonmuutoksen denierien ideologisen epätoivon, mahdollisten geoengineerien messiaaniset harhaluulot ja liian monien vihreiden aloitteiden traagisen defeatismin. Ja hän osoittaa täsmälleen, miksi markkinat eivät ole - eivätkä voi - korjata ilmastokriisiä, vaan pahentavat sen sijaan entistä äärimmäisempiä ja ekologisesti haitallisia uuttomenetelmiä, joihin liittyy riehuva katastrofi kapitalismi. Saatavana Amazon
Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ja ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.
Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
