Vanha koulu: Suuri osa luotettavasta voimalaitoksesta ja siirtoverkosta on ollut jo vuosikymmeniä. andrewfhart / Flickr, CC BY-SA
Sähköverkko on hämmästyttävä integroitu järjestelmä koko mantereelle. National Academy of Engineering on kutsunut sitä yhdeksi suurimmat tekniset saavutukset vuosisadan. 
Mutta se on myös kallista. Analyysissani Yhdysvaltain sähköverkon nykyinen (poistettu) arvo, joka käsittää voimalaitokset, johdot, muuntajat ja napat, on suunnilleen US $ 1.5 ja $ 2 triljoonaa. Korvaamiseksi se maksaisi lähes $ 5 triljoonaa.
Tämä tarkoittaa, että Yhdysvaltain sähköinfrastruktuuri, joka sisältää jo biljoonaa dollaria upotetusta pääomasta, tarvitsee pian merkittäviä jatkuvia investointeja vain pitääkseen asiat niin kuin ne ovat. Voimalaitoksen nopean laajenemisen aikana rakennettu voimalaitos toisen maailmansodan jälkeisinä vuosikymmeninä on nyt 40-ikäinen tai vanhempi, pitkään maksettu ja todennäköisesti on korvattava. Itse asiassa amerikkalainen insinööritoimisto antoi juuri koko energiainfrastruktuurin a D +: n luokkaa ei juurikaan kuljeta.
Nykyinen hallinto on luvannut investoida voimakkaasti infrastruktuuriin, mikä herättää useita sähköjärjestelmää koskevia kysymyksiä: Mitä tulevaisuuden energiaverkko näyttää? Miten saavutamme vähähiilisen energiahuollon? Mitä se maksaa?
Infrastruktuuri näyttää olevan ongelma, josta voi saada tukea käytävän molemmin puolin. Jotta voimme tehdä hyviä päätöksiä menoista, meidän on ensin ymmärrettävä olemassa olevan verkon arvo.
Nykyinen siirtymävaihe
Sähköverkon on tarkoitus kestää vuosikymmeniä, mutta vain harvat ymmärtävät, että koko järjestelmän on tasapainotettava tarjontaa ja kysyntää hitaasti kuin toinen. Jokainen valaistusasioiden, käyttökannettavien tai käynnissä olevien ilmastointilaitteiden sähköteho syntyy samanaikaisesti eri paikoissa, pääasiassa polttamalla polttoaineita, jotka pyörivät magneetteja generaattoreissa. Sähkön varastointia ei ole pääasiassa verkkoon; sen sijaan suurin osa energiasta varastoidaan polttoaineisiin - hiili, maakaasu, ydintuotteet ja patojen takana oleva vesi, odottaen, että komento muunnetaan sähköksi reaaliajassa.
Kaikkien Yhdysvaltain voimalaitosten sijainti ja poistotilanne. Joshua Rhodes, YVA-lomakkeen 860 tiedot.
Viime vuosina voimme on muuttunut dramaattisesti. Vanhimmat generaattorit ovat suuria voimalaitoksia, ja monet sijaitsevat Yhdysvaltojen itäosassa. Viimeisimmät lisäykset ovat olleet pienempiä ja levinneitä - ajattelevat kattopaneelit tai tuulipuistot. Jotkut asiantuntijat ovat jopa sanoneet, että tämä hajautetumman tuotannon malli, joka on lähempänä sitä, missä energiaa kulutetaan - verkon reunan sijasta, ei keskusvoimalaitokset. uusi normi.
Edelleen, voimme joko rakentaa ruudukon takaisin samalla tavalla kuin olemme tehneet aikaisemmin tai voimme investoida uusiin teknologioihin, jotka voivat tuoda saman palvelun, mutta alempi kustannus.
Ja miten voisimme tehdä sen puhtaammaksi? Jotkut ajattelevat, että verkko voi uusiutuviin energialähteisiin. Toiset sanovat parhaan tavan hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi tai hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi kokonaisuudessaan laajalle levinnyt sähköistys että teollisuuden ja liikenteen aloilla.
Mutta vastaamaan siihen, mitä tällaiset siirtymät maksaisivat, meidän on tiedettävä: Mitä nykyinen verkko maksaa? Kuinka paljon kaikki betoni, teräs, pii jne. On jo asennettu maahan? Jotta voisin tiedottaa päätöksentekijöille ja suunnittelijoille heidän tulevaisuuden näkemyksensä kanssa, aion vastata tähän kysymykseen.
Mikä muodostaa ruudukon?
Tässä harjoituksessa olen rajoittanut verkkoa seuraaviin osiin:
- Voimalaitokset
- Korkean ja matalan jännitteen siirtolinjat, jotka kuljettavat voimaa suurilla etäisyyksillä
- Jakelulinjat, jotka tuovat voimaa suoraan rakennuksiin tai muihin päätepisteisiin
- Siirtoverkon voimansiirtoasemat
- Jakeluverkon asemat
- Muuntajat, jotka muuttavat jakeluverkon jännitteitä
Tämä laskelma jättää pois ruudukon lisä- ja välttämättömät komponentit, kuten kodin sisäisen sähköjohdon, metriä sähköpaneeleissa kodeissa ja rakennuksissa sekä loppukäyttölaitteita, jotka kuluttavat sähköä.
Yhdistämällä lukuisia julkisia raportteja ja käyttämällä päivitettyjä arvioita uusille rakentamisille ja tavanomaisille menetelmille poistojen arvioimiseksi määrittelimme maan varojen arvon energiantuotannossa, siirrossa ja jakelussa.
Näiden voimalaitosten kokonaiskapasiteetti on noin 1.15 terawatteja. Tämä on noin 1,000-ydinvoimalaitosten (USA: n tällä hetkellä noin 100) tuottava kapasiteetti. Kuten voitte kuvitella, se olisi kallista korvata. Pelkästään voimalaitoksilla korvausarvo on lähes $ 2.7 triljoonaa ja poistettu arvo tai karkea nykyarvo on lähes $ 1 triljoonaa. Kaiken kaikkiaan arvon jakautuminen on noin 56-prosentin voimalaitos, 9-prosentin lähetysjärjestelmä ja 35-prosenttijakelujärjestelmä.
Yhdysvaltain sähköinfrastruktuurin korvaavan ja poistetun arvon erittely. Monet taustalla olevista tietolähteistä, myös ympäristövaikutusten arvioinnista, ovat samat kuin ne, joita on äskettäin käytetty UT-Austin Energy Institutein sähkön kokonaiskustannustutkimuksessa. Käytimme yksinkertaistettua suoraviivoista poistoaikataulua, joka päättyy 15-prosentin romutusarvoon alkuperäisestä kustannuksesta sen odotetun käyttöiän lopussa. Joshua Rhodes
Mitä polkua eteenpäin?
Jos haluamme puhtaamman energian tulevaisuuden, siellä on useita polkuja. Oletan kuitenkin, että halvin ja todennäköisin reitti on se, joka parhaiten hyödyntää, ei kaksinkertaista, jo olemassa olevaa infrastruktuuria. Yksi "plug and play" -reitteistä (ja mitä näemme tänään) on muuntaminen kivihiilestä kaasukäyttöiseksi voimalaitoksille, jotka voivat käyttää olemassa olevia johtoja, napoja ja vesiinfrastruktuuria.
Spektrin toisessa päässä vedyn taloutta vaatisi uusia uusia investointeja uusiin teknologioihin, joten se hyödyttäisi vähemmän nykyistä. Esimerkiksi meidän pitäisi rakentaa paikkoja, joissa tuotetaan ja varastoidaan vetyä. Toisaalta se voi olla joustavampi ja kestävämpi.
Heidän ikänsä osoittaminen: Siirtolinjojen päivittäminen voisi tuoda aurinko- ja tuulivoimaa maan syrjäisiltä osilta, missä ihmiset ovat, mikä auttaisi tekemään verkosta puhtaampia ja mahdollisesti alempia hintoja. indigoskies / Flickr, CC BY-NC-ND
Yksi alue, joka näyttää lupaavalta infrastruktuuriin liittyvistä investoinneista, on irtotehon siirtoverkon parantaminen. Nämä päivitykset voisivat antaa virtaa Yhdysvaltojen alueiden välillä, ja ne olisivat samankaltaisia kuin se, miten valtioiden välinen maantieliikenne ajaa liiketoiminnan kustannuksia koko maassa. vähentää huomattavasti aikaa, joka kului tavaroiden ja palvelujen kuljettamiseen laajalla maallamme.
Yhdysvalloissa on alueita, joissa valtaa tuotetaan halvemmalla ja vähemmän ympäristövaikutuksia kuin muilla alueilla. Siirtolinjojen laajentaminen alueille, joilla on hyvät tuuli- ja aurinkoenergiavarat, voi tuoda käyttäjille erittäin edullista voimaa. Ongelmana on, että nämä alueet eivät aina ole, missä ihmiset ovat, joten tuoda tämä valta ihmisille, tarvitsemme vahvan siirtoverkon.
Jakeluverkot - verkoston osa, joka toimittaa voimaa suoraan rakennuksiin - voi myös integroida enemmän aurinkoa ilman, että verkkoon liittyy paljon lisäkustannuksia. Mutta kun aurinkokapasiteetti saavuttaa tietyn prosenttiosuuden paikallisverkon kysynnästä, joka vaihtelee sijainnin mukaan lisää kustannuksia.
Loppujen lopuksi kuluttajat tai veronmaksajat joutuvat aina maksamaan näistä päivitysprojekteista, mutta hyödyt voivat ylittää kustannukset. Texasin sähköverkon laajennus on sallinut paljon enemmän tuulivoimaa kuormakeskusten saavuttamiseen jotka yhdessä maakaasun hintojen laskun kanssa ovat vähentäneet sähkön tukkumarkkinoiden kustannuksia. Nämä alhaisemmat kustannukset ovat sitten ohjattiin ratepayersille.
Ei ole polkua, joka ei vaadi investointeja - vaikka vain säilyttäisimme sen, mitä meillä on, maksaa satoja miljardeja dollareita, mikäli ei biljoonaa, seuraavan vuosikymmenen aikana. Suurempi kysymys on: Kun jatkamme tämän hämmästyttävän verkon korvaamista ja uudelleenrakentamista, mitä teknologioita meidän pitäisi keskittyä?
Author
Joshua D. Rhodes, energian tutkijatohtori, University of Texas at Austin
Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.
Liittyvät kirjat
at InnerSelf Market ja Amazon
