Предотвращение отключения электроэнергии в Техасе с помощью возобновляемых источников энергии

Двенадцать месяцев спустя электрическая сеть штата, хотя и улучшилась, Все еще уязвимы Отключение электричества из-за погодных условий.

«Если в этом году на нас обрушится еще один шторм, как на Юри в 2021 году, сеть снова выйдет из строя», — сказал Эндрю Десслер, профессор атмосферных наук Техасского университета A&M. «Это все еще слишком рискованно для нас».

Сейчас, недавнее обучение Это показывает, что общенациональных отключений электроэнергии — возможно, даже во время экстремальных погодных явлений — можно избежать, перейдя на 100-процентно чистые возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, ветер и вода.

««С технической и экономической точки зрения у нас есть 95% технологий, необходимых сегодня для преобразования всего», — сказал Марк Джейкобсон, ведущий автор статьи и профессор инженерной инженерии в Стэнфордском университете. Ветер, вода и солнечная энергия уже составляют около пятой части электроэнергии страны, хотя полная трансформация во многих областях идет медленно.

Исследование показало, что переход на возобновляемые источники энергии также снизит потребность в энергии, уменьшит потребительские расходы, создаст миллионы новых рабочих мест и улучшит здоровье людей.

В течение многих лет некоторые выражали сомнения в возможности широкомасштабного внедрения возобновляемых источников энергии из-за их стоимости. Но Десслер сказал, что, хотя 10 лет назад солнечная энергия была дорогим источником энергии, она Одна из самых дешевых цен на сегодняшний день.

«Понимание многими людьми возобновляемых источников энергии сильно устарело», — сказал Десслер, не участвовавший в исследовании.

Энергия ветра также может быть очень эффективной и в некоторые дни экономить половину энергии Техаса — факт, который удивил подкастера. Джо Роган Когда он появился в качестве гостя в четверг в эпизоде ​​«Опыт Джо Рогана».

«Солнечная энергия и ветер — самые дешевые источники энергии», — сказал Десслер. «Кажется, люди этого не понимают, и они также не понимают, что мы знаем, как создать надежную сеть, которая в основном зависит от возобновляемых источников энергии».

В последнем исследовании Джейкобсон и его коллеги показывают, как удовлетворять потребности в энергии каждые 30 секунд в Соединенных Штатах без отключения электроэнергии в более зеленой и густонаселенной стране в 2050 и 2051 годах.

В симуляциях представьте, что все транспортные средства были электрическими или питались от водородных топливных элементов. Электрические тепловые насосы, водонагреватели, ветряные турбины и солнечные батареи пришли на смену альтернативам, связанным с ископаемым топливом. В состав группы также вошли новые источники тепловой энергии, но не новые гидроэлектростанции.

Они смоделировали стабильность сети на территории Соединенных Штатов, включая данные модели загрязнения воздуха, климата и погоды, которая включает климатические факторы и статистически типичные погодные условия, которые происходят в данной области. Используя данные об энергопотреблении Управления энергетической информации, команда смоделировала потребность в энергии на 2050–2051 годы. Электропитание должно было равняться потребляемой мощности каждые 30 секунд, иначе модель была бы закрыта..

Команда обнаружила, что фактический спрос на энергию был значительно снижен за счет простого перехода на возобновляемые ресурсы, которые более эффективны. Для всех Соединенных Штатов общий спрос на энергию для конечного использования упал примерно на 57 процентов. Годовые затраты на энергию на душу населения для домохозяйств были примерно на 63 процента ниже, чем в сценарии «обычного ведения бизнеса».

«Все, что мы сейчас делаем с ископаемым топливом, будет делаться с помощью технологий, работающих на электричестве», — сказала Анна Катарина фон Креланд, соавтор и докторант лаборатории Якобсона. «Количество энергии, необходимое для выполнения действий, в первую очередь для питания света или для подпитки промышленных процессов, которое на самом деле было бы меньше, если бы вы использовали более эффективный источник энергии».

Во время экстремальных погодных явлений важно снизить потребление энергии, чтобы сохранить сеть в рабочем состоянии. В Техасе полный экологический переход снизит среднегодовой спрос на энергию для конечного использования на 56 процентов. Это также снижает пиковые нагрузки или максимальное количество энергии, получаемой из сети за раз. Джейкобсон сказал, что во многих домах также будет собственное хранилище, и им не нужно будет так сильно полагаться на сеть.

Команда также обнаружила, что соединение электрических сетей из разных регионов может сделать энергосистему более надежной и снизить затраты. Ветры, скорее всего, будут дуть на больших территориях, или освещать солнце, или запускать гидроэлектростанции в других местах, что может помочь заполнить любые пробелы в подаче электроэнергии.

«Прерывистость возобновляемых источников энергии уменьшается по мере того, как вы смотрите на все большие и большие площади», — сказал Десслер. «Если в Техасе нет ветра, то в Айове может быть ветрено. В этом случае они могут производить избыточную энергию и могут взимать с нас часть своей дополнительной энергии».

Исследование показало, что затраты на единицу энергии в Техасе на 27 процентов ниже при подключении к сети Среднего Запада, чем при изоляции, как в настоящее время.

«Повсеместно мы обнаружили, что расширение межсетевого соединения будет менее дорогостоящим, более надежным и позволит лучше использовать энергию», — сказал фон Круланд. добавить хотя «Даже если бы каждый штат был отдельным островом, все равно можно было бы использовать 100-процентную энергию ветра и солнца в каждом отдельном штате».

Якобсон сказал, что зимой в Техасе правильно обслуживаемые ветряные турбины также помогут поддерживать электроснабжение. Во время резкого похолодания в феврале 2021 года некоторые замерзшие ветряные турбины были остановлены из-за отсутствия противообледенительного оборудования. (Уголь, газ и ядерные ресурсы слишком близко от прямого замерзания оборудования и способствовало еще большему снижению мощности.)

«В те дни, когда холодно, дует сильный ветер, и это действительно хорошая новость, потому что когда холодно, у вас есть потребность в отоплении», — сказал Джейкобсон. «На самом деле вы получаете больше энергии в холодные дни».

Зимой при слабом солнечном свете солнечные панели могут стать бесполезными. В этом случае ветряные турбины и солнечные панели являются взаимодополняющими источниками энергии. Если оба в какой-то момент выходят из строя, может начать работу другой источник энергии, такой как геотермальная энергия или гидроэнергетика.

Батареи также используются для подачи электроэнергии, когда солнечная или ветровая энергия низкая, но команда показала, что батареи с длительным сроком службы не являются необходимыми или полезными для стабильности сети. Многие из 4-часовых аккумуляторов, представленных в настоящее время на рынке, могут быть подключены для обеспечения длительного хранения, например, во время отключения электроэнергии. Этот вывод особенно полезен, поскольку технология аккумуляторов с длительным сроком службы все еще может быть относительно далека от выхода на рынок.

«Ошибочно думать о возобновляемых источниках энергии как о ненадежных, потому что вы не думаете о возобновляемых источниках энергии как таковых», — сказал Десслер. «Вы думаете о них как о части системы. Стабильная сеть с большим количеством возобновляемых источников энергии также будет иметь развертываемую постоянную мощность, которая восстановится, когда возобновляемые источники энергии закончатся».

Моделирование команды также предполагало отключение электроэнергии в Калифорнии, например, Те, что в августе 2020 года, по низкой цене. Установка большего количества морских ветряных турбин летом может сэкономить энергию, в том числе на охлаждение зданий. Переход на все виды чистой возобновляемой энергии может снизить потребность Калифорнии в энергии на 60 процентов.

В дополнение к повышению стабильности сети исследование показало, что эксплуатация чистой, возобновляемой сети может создать почти 5 миллионов долгосрочных рабочих мест с полной занятостью, от строительства до производства и косвенной занятости в компаниях. Эти системы также будут производить более чистый воздух, что может снизить смертность от загрязнения на 53 000 человек в год и снизить количество заболеваний, связанных с загрязнением, для миллионов людей к 2050 году.

«Это очень важное исследование», — сказал Роберт Ховарт, профессор Корнельского университета, не участвовавший в исследовании. «Отрасли, работающие на ископаемом топливе, продолжают утверждать, что возобновляемые источники энергии являются опасным экспериментом и что стабильность и надежность сети будут по-прежнему частично зависеть от ископаемого топлива. Здесь Джейкобсон и его коллеги ясно показывают, что это совсем не так».

Десслер соглашается с тем, что не считает результаты этого исследования «совсем спорными».

«Очевидно, что это сработает только потому, что на планете доступно много возобновляемой энергии. Просто с точки зрения физики здесь нет принципиальных ограничений», — сказал он. «Ограничение носит политический характер. Вы должны собрать людей и решить сделать это, а это действительно сложно».

Во время резкого похолодания в феврале 2021 года бывший губернатор Техаса Рик Перри заявил, что техасцы будут проводить больше времени на холоде и без электричества, чтобы «не допустить федерального правительства к своим делам». демократы помешали которые хотят предложить новые правила.

Около 15 штатов, территорий и более 180 городов ввели в действие политику, направленную на увеличение количества возобновляемой электроэнергии, но Джейкобсон надеется, что подобные выводы придадут политикам уверенность в принятии законов и политик для более быстрого перехода. Предыдущие исследования Джейкобсона и работа через его некоммерческую организацию проектные решения Помогите составить обоснованный план, например Зеленый новый курс и законодательный орган штата.

«Нам нужен действительно быстрый 80-процентный переход [of clean energy] к 2030 году и на 100 процентов как можно скорее после этого, сказал Джейкобсон. «Действительно, для решения этой проблемы требуются широкомасштабные усилия многих людей. Одно научное исследование не решит проблему».