Halvin tapa skaalata tuuli- ja aurinkoenergiaa?

Halvin tapa skaalata tuuli- ja aurinkoenergiaa?

Tuuli- ja aurinkoenergia ovat keino vähentää hiilidioksidipäästöjä, mutta nämä tuotantolähteet ovat riippuvaisia ​​säähäiriöistä, mikä tarkoittaa, että tuuli tai aurinko eivät pysty tuottamaan sähköä pyynnöstä kaikkina vuorokauden tunneina. Tämä vaihtelu on saanut monet olettamaan, että voimakkaasti kasvava tuuli ja aurinko hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi aiheuttavat sähkön kustannusten nousun ja vaativat kallista energian varastointia.

Kollegani ja minä olemme juuri julkaissut a uusi tutkimus osoittaa, että tämä oletus ei ole oikea. Itse asiassa, jos Yhdysvallat siirtyisi kansallisen 48-valtion sähköjärjestelmän sijasta nykyisen alueellisen järjestelmän sijasta, maa pystyisi kuljettamaan enemmän uusiutuvaa energiaa ympäri maata. Tämä muutos voisi vähentää CO2-määrää 78% alhaisemmilla kustannuksilla kuin nykyään käyttämättä mitään säilytystekniikkaa.

Tietokonemallia käyttämällä huomasimme, että nämä suuret sähköjärjestelmät käyttäisivät virtaa tehokkaammin riippumatta siinä olevista generaattoreista. Kustannusvähennys mallineemme ja nykyisen, joka on jaettu noin 130-alueisiin, välillä on 47 miljardia dollaria vuodessa. Tämä tarkoittaa, että sähkön hinta on välillä 8.5 - 10.2 ¢ kilowattitunnilta (kWh) verrattuna nykyiseen kansallisiin keskiarvoihin. 12.7 senttiä kilowattituntia kohti.

Elektronin valtatie

Tutkimuksemme perustui malliin nimeltään National Energy with Weather System (NEWS) -simulaattori. NEWS-simulaattori on kustannusten optimointimalli, joka etsii hellittämättä edullisimpaa ratkaisua.

Se sisältää sähköverkon ominaisuuksia, kuten siirto, generaattorit, sähkönkulutus, maankäyttörajoitukset, generaattorin käyttäytyminen, säätiedot ja generaattoreiden kustannustiedot. Selvittääkseen kuinka minimoida kustannukset, NEWS-malli laskee, kuinka syöttää virtaa tunnin välein koko vuodessa käytettävissä olevien generaattoreiden ja siirtojohtojen perusteella, jotka kuljettavat voimaa pitkiä matkoja.

Mallissamme oli kuitenkin jotain ainutlaatuista: korkeajännitteisen tasavirta (HVDC) -lähetyspeittokuva.

Periaatteessa tämä on hyvin samanlainen kuin valtioiden välinen moottoritiejärjestelmä, joka on päällekkäin tieverkoston kanssa. HVDC-tekniikalla on yksi suuri etu perinteisiin voimalinjoihin verrattuna: energian menettäminen vähenee energian siirtämisessä pisteestä toiseen. Se tekee tämän käyttämällä tasavirtaa vaihtovirran sijasta ja toimimalla suuremmilla jännitteillä.

HVDC: tä käytetään nykyään Yhdysvalloissa. Sitä käytetään kuitenkin point-to-point-järjestelmänä yksittäisille (tai muutamille) tuottajille kaukaisille markkinoille. Yksi näkyvimmistä on nimeltään Pacific DC intertie, joka toimittaa energian Tyynenmeren luoteesta runsasvesivoimallaan alaspäin Los Angelesiin. 48% tehosta tuntikausina huippunopeudella. Ero NEWS-mallissa on se, että HVDC otetaan käyttöön verkossa yksinkertaisen pisteestä pisteeseen -kokoonpanon sijasta, mikä sallii linjojen hyödyntämisen huomattavasti enemmän, jotta virta virtaa alueiden välillä useaan suuntaan.

USA: n tuulivoimapotentiaalit Punainen osoittaa suurta potentiaalia, sininen on alhainen. Chris Clack / CIRES, kirjoittaja USA: n tuulivoimapotentiaalit Punainen osoittaa suurta potentiaalia, sininen on alhainen. Chris Clack / CIRES, kirjoittaja Kriittisesti, NEWS-mallissa ei oleteta, että nykyiseen verkkoon tulisi lisätä lisää siirtojohtoja. Mutta se tuo uuden siirtokapasiteetin, jos malli pitää sitä taloudellisena. Mielenkiintoista on, että NEWS-malli valitsee HVDC-lähetyksen aina kun se pystyy. Miksi? HVDC-linjojen saatavuus antaa mahdollisuuden muodostaa suurempia markkinoita, jotka hyötyvät sitten mittakaavaetuista.

Käytännössä tämä tarkoittaisi esimerkiksi, että Plainsin osavaltioiden tuulivoimalat voisivat viedä enemmän voimaa maan paikkoihin, joissa kysyntä on vahvaa, kuten suurkaupunkeihin. Nykyään tuuligeneraattorit tukevat voimaa vain alueellisesti ja toimittavat joskus enemmän energiaa kuin tarvitaan tietyillä vuorokauden tunneilla.

Alueellisessa järjestelmässä, jonka koko on sanottu Kansas, tuuli ja aurinko ovat yleensä ajanjaksoja, jotka ovat yli tuotantokausien ja tuotannossa. Tämä johtaa kustannusten nousuun, koska tuuli- ja aurinkogeneraattoreita on supistettava tai kytkettävä pois päältä tuotannon aikana. Voidakseen täyttää tuotannon raukeamiset, verkonhaltijoiden täytyy luottaa fossiilisten polttoaineiden tuotantolaitosten varatukeen.

Kansallisen järjestelmän avulla generaattorit voidaan sijoittaa strategisesti vierekkäisen Yhdysvaltojen päälle vähentämään tätä vaikutusta ja alentamaan kokonaiskustannuksia. HVDC helpottaa tämän sähkön siirtoa kaukaisilta alueilta kaupunkeihin, joissa häviöt ovat pienemmät kuin perinteisellä vaihtovirta.

Uusiutuvien energialähteiden skenaario

Tutkimuksen suorittamiseksi koottiin korkearesoluutioinen säätieto kolmen vuoden jokaisen tunnin kohdalta 2006: stä 2008: iin. Säätietoja käytettiin sitten syötteinä hienostuneisiin voima-algoritmeihin arvioidakseen tehoa, jonka tuuliturbiinit ja aurinkoenergia-paneelit voisivat tuottaa Yhdysvalloissa

Lisäksi koottiin tietoja sähkön kysynnästä noina aikoina Yhdysvalloissa. Tietoja tarvittiin, koska sää on keskeinen tekijä sähkön kysynnässä. Sitten ennustimme kysyntätiedot 2030: lle.

Koska tuulen ja aurinkoenergian käyttöönotolle on asetettu monia rajoituksia, rakensimme malliin maankäyttöä koskevat näkökohdat. Maankäyttöä koskeva tietokokonaisuus koottiin tunnistamaan paikat, joissa tuuli ja aurinko voivat levitä häiritsemättä suojattuja maita.

Käyttämällä näitä erilaisia ​​tietosarjoja yhdessä 2030: n sähköntuotannon arvioitujen kustannusten kanssa suoritimme erilaisia ​​simulaatioita tutkiaksemme, miten nämä tekijät vaikuttavat sähköntuottajien sekoitukseen alueellisesti minimoimalla kokonaiskustannukset.

Päästöjä eniten vähentävässä skenaariossa on käytetty huomattavasti tuuli- ja aurinkoenergiaa; Tuulen 523 gigawattia (GW) ja aurinkoenergian PV 371 gigawattia verrattuna 60 GW ja 2.5 GW vastaavasti 2012. Tässä skenaariossa maakaasua oli vain 461 GW (vähemmän kuin tänään).

Tämä tarkoittaa 38% tuulen tuonnista, 17% tuulesta, 21% maakaasusta, loput ydin- ja vesivoimasta. 2012: ssä tuulen osuus oli 3.5%, aurinko pienempi kuin 1% ja maakaasun osuus 30%.

Tämä ratkaisu on jälleen halvin mahdollinen ratkaisu.

Tälle aurinko- ja tuulen tasolle pääseminen - merkittävä hyppy nykypäivän tasolta - vaatii mallissa uusia siirtojohtoja.

Mallin rakentaman uuden HVDC-siirron määrä on 139 miljoonaa MW-mailia, mikä on iso infrastruktuuriyritys. Tämä kuulostaa suunnattomalta summalta, mutta se edustaisi vain 4 prosenttia järjestelmän kokonaiskustannuksista vuodessa.

Entä energian varastointi?

NEWS-malli on ainutlaatuinen tutkittaessa korkeampien tuuli- ja aurinkovoimakkuuksien integrointia, koska se käsittelee valtavia määriä säätietoja ja laskee samalla sähköverkon tärkeät näkökohdat, kuten generaattorien rajoitusrajoitukset, generaattorien seisoajat, virrankulutuksen voimansiirtolinjat, sähköhäviöt, jotka sekoittavat voimaa järjestelmän ympärillä, kysynnän tyydyttäminen jokaisella tunnilla kaikilla markkinoilla ja muut toimintarajoitukset. Lisäksi se sisältää kaikki kaikki teknologiavaihtoehdot; se etsii vain halvimmat vaihtoehdot.

Sähköä voidaan varastoida monella tapaa, esimerkiksi pumppaamalla ja poistamalla vettä säiliöistä tai asentamalla suuria akkukantoja. Alkuperäisissä malliajoissa sähkövarastointi ei ollut kilpailukykyinen käyttämällä 2030: n kustannusarvioita verrattuna siirto- tai maakaasugeneraattoreiden lisäämiseen (puhtaasti kustannusten perusteella).

NEWS-malli on työkalu, joka auttaa ymmärtämään, kuinka sähköverkkoa voidaan muuttaa, pitäen samalla kustannukset alhaisina. Alhaiset kustannukset ovat ehdottoman välttämättömiä, koska kasvavat energiakustannukset hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi voivat aiheuttaa taloudellisia vaikeuksia.

Hiilidioksidin poistuneen talouden ja yhteiskunnan kehittämisessä on lukuisia vastatuuleja. Mutta NEWS-malli on osoittanut, että tuuli- ja aurinkoenergia, yhdistettynä korkeajännitteiseen tasavirransiirtoon, voivat todellakin mennä pitkälle vähentääkseen päästöjä sähköalalla.

Tämä on totta myös ilman uutta ihmeakkua tai innovaatiota sähkövarastointiteollisuudessa, vaikka halpa, tehokas sähkövarastointi auttaisi uusiutuvien energialähteiden integroinnissa.

Hiilen poistamiseksi koko taloudesta on ensin tehtävä hiili hiilestä. Jos se voidaan tehdä edullisin kustannuksin, muut sektorit voivat seurata esimerkkiä. Tuulen, aurinkoenergian, maakaasun ja voimansiirron yhdistäminen on mahdollinen silta päästöttömään tulevaisuuteen.

AuthorConversation

Christopher Clack, tutkija, National Oceanic and Atmospheric Administration. Hän on tekninen johtaja ryhmässä, joka tutkii tuuli- ja aurinkoenergian optimointia. Tavoitteena on selvittää, millä tasolla Yhdysvallat voi tukea itsensä uusiutuviin energialähteisiin ja mihin sijoittaa nämä lähteet, jotta saataisiin halvin, tehokkain tuotantojärjestelmä, jolla on pienimmät mahdolliset ympäristövaikutukset.

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.

Aiheeseen liittyvä kirja:

InnerSelf Market

Amazon

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvaketwitter kuvakeyoutube kuvakeinstagram-kuvakepintrest-kuvakerss-kuvake

 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

UUSIMMAT VIDEOT

Suuri ilmastomuutto on alkanut
Suuri ilmastomuutto on alkanut
by Super User
Ilmastokriisi pakottaa tuhannet ympäri maailmaa pakenemaan, kun heidän kodeistaan ​​tulee yhä asumattomampia.
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
by Alan N Williams, et ai
Hallitustenvälisen ilmastomuutospaneelin (IPCC) viimeisimmässä raportissa todetaan, että ilman merkittävää vähennystä…
Maa on pysynyt asuttavana miljardeja vuosia - kuinka paljon onnekkaita saimme?
Maa on pysynyt asuttavana miljardeja vuosia - kuinka paljon onnekkaita saimme?
by Toby Tyrrell
Evoluutio kesti 3 tai 4 miljardia vuotta Homo sapiensin tuottamiseksi. Jos ilmasto olisi täysin epäonnistunut vain kerran siinä…
Kuinka 12,000 XNUMX vuoden takaisen sään kartoittaminen voi auttaa ennustamaan tulevaa ilmastonmuutosta
Kuinka 12,000 XNUMX vuoden takaisen sään kartoittaminen voi auttaa ennustamaan tulevaa ilmastonmuutosta
by Brice Rea
Viimeisen jääkauden loppua, noin 12,000 XNUMX vuotta sitten, leimasi viimeinen kylmävaihe nimeltä Nuoremmat Dryat.
Kaspianmeren on tarkoitus pudota vähintään 9 metriä tällä vuosisadalla
Kaspianmeren on tarkoitus pudota vähintään 9 metriä tällä vuosisadalla
by Frank Wesselingh ja Matteo Lattuada
Kuvittele, että olet rannikolla ja katsot merelle. Edessäsi on 100 metriä karuista hiekkaa, joka näyttää…
Venus oli jälleen kerran maankaltainen, mutta ilmastonmuutos teki siitä asumaton
Venus oli jälleen kerran maankaltainen, mutta ilmastonmuutos teki siitä asumaton
by Richard Ernst
Voimme oppia paljon ilmastonmuutoksesta sisarplaneettamme Venukselta. Venuksen pintalämpötila on tällä hetkellä…
Viisi epäuskoa ilmastoon: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
Viisi ilmastonmuutosta: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
by John Cook
Tämä video on kaatumiskurssi väärässä ilmastotiedossa, jossa esitetään yhteenveto tärkeimmistä argumenteista, joita on käytetty epäilemään todellisuutta…
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
by Julie Brigham-Grette ja Steve Petsch
Pohjoisen Jäämeren merijää peittyy joka vuosi matalaan pisteeseen syyskuun puolivälissä. Tänä vuonna se on vain 1.44…

UUSIMMAT ARTIKKELIT

vihreä energia2 3
Neljä vihreää vetymahdollisuutta Keskilännelle
by Christian Tae
Ilmastokriisin estämiseksi Keskilännen, kuten muun maan, on vähennettävä taloutensa täysin hiilidioksidipäästöistä…
ug83qrfw
Suuri este kysyntään on poistettava
by John Moore, Maan päällä
Jos liittovaltion sääntelyviranomaiset tekevät oikein, sähköasiakkaat Keskilännen alueella voivat pian ansaita rahaa…
ilmastoon istutettavat puut2
Istuta nämä puut parantaaksesi kaupunkielämää
by Mike Williams-Rice
Uusi tutkimus vahvistaa elävät tammet ja amerikkalaiset sycamorit mestareiksi 17 "superpuun" joukossa, jotka auttavat tekemään kaupungeista…
pohjoisen meren pohja
Miksi meidän on ymmärrettävä merenpohjan geologiaa valjastaaksemme tuulet
by Natasha Barlow, kvaternaarisen ympäristönmuutoksen apulaisprofessori, Leedsin yliopisto
Kaikille maille, joilla on helppo pääsy matalalle ja tuuliselle Pohjanmerelle, merituuli on avainasemassa tapaamisessa…
3 metsäpalooppituntia metsäkaupungeille, kun Dixie Fire tuhoaa historiallisen Greenvillen, Kaliforniassa
3 metsäpalooppituntia metsäkaupungeille, kun Dixie Fire tuhoaa historiallisen Greenvillen, Kaliforniassa
by Bart Johnson, maisema -arkkitehtuurin professori, Oregonin yliopisto
Kuumassa, kuivassa vuoristometsässä palava metsäpalo pyyhkäisi kultakuumeen kaupungin Greenvillessa Kaliforniassa 4. elokuuta…
Kiina voi saavuttaa energia- ja ilmastotavoitteet, jotka rajoittavat hiilivoimaa
Kiina voi saavuttaa energia- ja ilmastotavoitteet, jotka rajoittavat hiilivoimaa
by Alvin Lin
Johtajan ilmastohuippukokouksessa huhtikuussa Xi Jinping lupasi, että Kiina "valvoo tiukasti hiilivoimaloita ...
Sinistä vettä kuolleen valkoisen ruohon ympäröimänä
Kartta seuraa 30 vuoden äärimmäistä lumen sulamista Yhdysvalloissa
by Mikayla Mace-Arizona
Uusi kartta äärimmäisistä lumen sulamistapahtumista viimeisten 30 vuoden aikana selventää nopeaa sulamista edistäviä prosesseja.
Lentokone pudottaa punaisen palonestoaineen metsäpaloon, kun tien varrella pysäköidyt palomiehet katsovat oranssiin taivaaseen
Malli ennustaa 10 vuoden metsäpalojen puhkeamista ja sitten asteittaista laskua
by Hannah Hickey-U. Washington
Katse maastopalojen pitkän aikavälin tulevaisuuteen ennustaa aluksi noin vuosikymmenen pituisen metsäpalojen toiminnan,…

 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

Uudet asenteet - uudet mahdollisuudet

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 Sisäiset julkaisut. Kaikki oikeudet pidätetään.