哎呀! 舊的,骯髒的,美國的電網將花費5萬億美元來取代

哎呀! 舊的,骯髒的,美國的電網將花費5萬億美元來取代

舊學校:我們所依賴的大部分發電廠和輸電網絡已經存在了幾十年。 andrewfhart / Flickr的, CC BY-SA

電網是跨越整個大陸的驚人的機器集成系統。 美國國家工程院稱其為其中之一 最偉大的工程成就 20世紀。 談話

但它也很貴。 根據我的分析,美國電網(包括發電廠,電線,變壓器和電線桿)的當前(折舊)價值約為1.5至2萬億美元。 替換它將花費近5萬億美元。

這意味著美國的電力基礎設施已經包含了數万億美元的沉沒資金,很快就需要進行大量的持續投資才能保持現狀。 在第二次世界大戰後的幾十年中,在電力部門快速擴張期間建造的發電廠現在已經是40年齡或更大,長期得到回報,並且可能需要更換。 事實上,美國土木工程師學會只是給了整個能源基礎設施 幾乎沒有通過D +的成績。

現任政府已發誓要大力投資基礎設施,這引發了一系列有關電力系統的問題:未來的能源網應該是什麼樣子? 我們如何實現低碳能源供應? 它會花多少錢?

基礎設施似乎是一個可以從中獲得支持的問題 過道的兩邊。 但要做出明確的支出決策,我們首先需要了解現有網格的價值。

目前的過渡狀態

電網的目標是持續數十年,但很少有人意識到整個系統必須在短時間內精確地平衡供需關係。 用於照明家庭,操作筆記本電腦或運行空調的每瓦電力在不同位置同時產生,主要是通過燃燒在發電機中旋轉磁鐵的燃料。 電網基本上沒有電力存儲; 相反,大多數能源儲存在燃料中 - 煤,天然氣,核產品和水壩後面的水,等待命令實時轉換為電力。


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網格3 17所有美國發電廠的位置和折舊狀態。 Joshua Rhodes,EIA表格860數據。

近年來,我們的力量發生了巨大變化。 最古老的發電廠是大型發電廠,其中許多發電廠位於美國東部。最近增加的發電量更小,更分散 - 想想屋頂太陽能電池板或風電場。 一些專家甚至表示,這種更接近能源消耗的分佈式發電模式 - 沿著網絡邊緣而不是中央發電廠 - 是 新規範.

展望未來,我們可以像以前一樣建立電網,或者我們可以投資可以帶來相同服務的新技術。 更低的花費.

我們怎麼能讓它變得更乾淨? 有些人認為網格可以 完全依靠可再生能源。 其他人說,整個能源系統的“脫碳”或減少碳排放的最佳方式是 廣泛的電氣化工業和運輸部門.

但要回答這些轉變的成本,我們需要知道:目前的電網成本是多少? 我們已經安裝在地下的所有混凝土,鋼材,矽等多少都是值得的? 為了幫助政策制定者和規劃者解決他們對未來的看法,我開始回答這個問題。

什麼組成電網?

在本練習中,我將“網格”限制為以下部分:

  1. 發電廠
  2. 高壓和低壓輸電線路,可長距離輸送電力
  3. 配電線路,直接將電力帶到建築物或其他終點
  4. 用於在輸電網上佈線電力的變電站
  5. 配電網上的變電站
  6. 改變配電網電壓的變壓器

這種計算省去了電網的其他必要組件,例如家中的電線,家庭和建築物電氣面板上的電錶以及消耗電力的終端設備。

通過各種公開報告並使用新建築的最新估算和估算折舊的標準方法,我們量化了國家用於發電,輸電和配電的資產價值。

這些發電廠的總容量約為1.15太瓦。 這是關於1,000核動力反應堆的發電能力(美國目前有大約100)。 可以想像,替換成本會很高。 僅對於發電廠而言,重置價值接近2.7萬億,而折舊價值或粗略電流價值接近1萬億。 總體而言,該值的細分約為56百分比發電廠,9百分比傳輸系統和35百分比分配系統。

grid2 3 17美國電力基礎設施的替代和折舊價值的細分。 包括EIA在內的許多基礎數據源與最近在UT-Austin能源研究所的全電力成本研究中使用的數據源相同。 我們使用簡化的直線折舊計劃,該計劃以其預期生命週期結束時的初始成本的15百分比的廢料值結束。 約書亞羅德斯

什麼道路前進?

如果我們想擁有一個更清潔的能源未來,那麼有多種途徑可以實現。 然而,我假設最便宜和最有可能的途徑將是最好地利用我們已經擁有的基礎設施,而不是重複的途徑。 最“即插即用”的途徑之一(以及我們今天看到的)是從發電廠的煤炭到燃氣發電的轉換,可以使用現有的電線,電線桿和水基礎設施。

另一方面,氫能經濟需要對新技術進行大規模的新投資,因此它將減少我們現有的資源。 例如,我們需要建立生產和儲存氫氣的地方。 另一方面,它有可能更具彈性和可持續性。

grid3 3 17顯示他們的年齡:升級輸電線路可以將太陽能和風力發電從該國的偏遠地區帶到人們所在的地方,這將有助於使電網更清潔並可能降低價格。 indigoskies / Flickr的, CC BY-NC-ND

一個看起來很有希望進行基礎設施投資的領域是升級大容量輸電網絡。 這些升級可能允許電力在美國各地區之間流動,並且類似於州際公路系統如何通過全國范圍的商業成本降低 大大減少了在我們廣大的國家運輸貨物和服務所需的時間.

美國有些地區的電力生產成本更低且價格更低 環境影響比其他地區少。 將輸電線路擴展到擁有良好風能和太陽能資源的國家地區可以為用戶帶來非常低成本的電力。 問題是這些區域並不總是人們所在的地方,因此要將這種力量帶給人民,我們需要一個強大的傳輸網絡。

配電網絡 - 直接向建築物供電的電網部分 - 還可以集成更多的太陽能,而不會增加電網運行的成本。 但是,一旦太陽能容量達到本地網絡上一定比例的電力需求,那麼隨著位置的不同而變化 產生更多成本.

最終,消費者或納稅人總是最終為這些升級項目付費,但收益可能超過成本。 德克薩斯州的電網擴建已經允許 更多的風力發電到達負荷中心 隨著天然氣價格的下降,這降低了批發電力市場的成本。 那時成本較低 傳遞給納稅人.

沒有任何不需要投資的道路 - 即使只是維持我們所擁有的東西,在未來十年內也會花費數千億甚至數万億美元。 更大的問題是:隨著我們不斷更換和重建這個驚人的網格,我們應該關注哪些技術?

關於作者

Joshua D. Rhodes,能源博士後研究員, 德克薩斯大學奧斯汀分校

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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