如何擁有所有可再生電網

如何擁有所有可再生電網
全可再生電網將意味著更多的電力和更多的輸電線路。 Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

主要解決方案 氣候變化 眾所周知 - 停止燃燒化石燃料。 如何做到這一點更複雜,但作為一名做能量建模的學者,我和其他人看到了後化石燃料未來的輪廓:我們 利用可再生能源發電並為幾乎所有事物提供電力.

這意味著用電力運行車輛和火車,用電加熱建築物 熱泵激動人心 工業應用 例如鋼鐵生產和使用可再生電力製造 (類似於天然氣)用於其他要求。 因此,重點是用可再生能源為電網供電。

然而,關於是否完全可再生電力系統存在爭議 可行 - 太快了 可以進行過渡。 在這裡,我認為可行性是明確的,因此只有過渡問題是相關的。

已知技術

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德克薩斯州的一個風電場。 德州 在15中獲得了2017%的風電。
DRAXIS / Flickr的, CC BY-ND

我的研究重點是 可再生能源經濟學。 為了證明可再生電力系統的可行性和估算成本,研究人員使用計算機模型,根據不斷變化的天氣條件,計算每個時間點不同技術的潛在產量。 模型揭示了哪種電源和儲能係統組合成本最低,同時始終滿足需求。

很多研究 證明完全可再生的電網是可行的 美國, 歐洲, 澳洲 和其他地方。 我和我的同事最近完成了一項關於該島國的小規模研究 毛里求斯. 群島很有吸引力 由於規模小,相對簡單和對進口燃料的依賴,初始可再生轉型的地方。

製造可再生電力的方法:水力,風能,太陽能光伏發電,地熱和燃燒各種形式的生物質(植物物質),此外 提高效率 使用更少的能量。 這些是已知成本的成熟技術。

其他可能性包括 波浪,潮汐 - 集中太陽能反射器聚焦太陽光產生能量。 雖然這些可能會在未來使用,但迫切需要應對氣候變化,而在我看來,成熟的技術就足夠了。

關於。的意見 核能 運行強大,這是另一個對話。 但模型顯示,美國不需要核能來淘汰化石燃料。

未來的網格

可再生能源系統是針對具體地點的:最佳系統取決於地點的資源(風大嗎?),時間模式(多少次不風?)和補充資源的可用性(備用水電是否有?)。 儘管這種位置敏感性,但在不同地方的研究發現了類似的結果。

擁有多種可再生資源可以降低成本。 特別是太陽能和風能 補充 如果陽光明媚的季節不是刮風的季節; 模型發現兩者的組合通常比單獨使用更便宜。

對於大多數技術, 規模越大,成本越低。 例如,在美國,大型太陽能發電場可以比住宅屋頂系統大1,000倍,並且成本的一半左右。 為了降低成本,我們構建了大型系統。

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建設大型可再生能源項目,例如加利福尼亞州莫哈韋沙漠的550兆瓦級太陽能發電廠,可以降低能源生產成本。
美國內政部, CC BY-SA

因為太陽能和風力條件在整個景觀,系統中各不相同 隨著生產區域的增長,成本下降,所以需要有一個 堅固的電網 將電力從有供應的地方轉移到需求地點。 我們還需要更多的電力用於目前使用化石燃料的運輸。 這意味著網格必須增長。

研究表明,運行可變可再生能源的電網將會 包括不使用或傾倒一些能量 有時,與始終存儲剩餘能量相比,降低成本的策略。

某種形式的 電力儲存 需要。 電池可以很好地平滑短期波動,但是用於儲存能量數小時或數天, 抽水蓄能電站 比較便宜。 抽水蓄能電使用電網中的任何額外能量將水泵送到上坡,當需要能量時,水會向下流動以在渦輪機中產生電力。 美國有一些現有的例子和 許多可行的地點。 通過網格擴展,存儲可以與用戶保持一定距離。

水電和生物質能源可根據需要提供,因此在可再生電網中使用這些電力可以縮小能源存儲需求並降低成本。 兩者都具有必須管理的環境影響。

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美國能源信息署, CC BY

水電可以改變當地的生態系統。 燃燒 生物質排放二氧化碳,但我研究的一項研究表明生物質排放 是可逆的 顯然,碳優於化石燃料排放。 可持續性還主要取決於生物量場和森林的管理; 關於此的人類記錄 並不是一流的.

可再生能源系統需要土地。 一個 美國研究 表明從風,水和太陽能供應所有電力將需要0.42%的陸地面積,加上風力渦輪機之間空間的1.6%陸地面積。 生物質能源比風能或太陽能需要更多的土地,因此生物質必須是可再生能源解決方案的一小部分。

真正的障礙是政治和文化

具有相關電氣化的未來可再生電網可能會也可能不會 降低能源成本。 但是,避免氣候變化的最壞影響意味著退出化石燃料,無論這是否能節省資金。 儘管如此,如果它更便宜,那麼可再生能源的轉型將更快,政治更容易。

In 毛里求斯根據目前可再生能源的資本成本,我們的研究發現可再生電力成本與當前的成本相似。 一些研究 同時也發現未來可再生電力的成本低於目前的化石燃料成本,可能因為我們建造更多的可再生能源系統並且做得更好而成本下降。

就技術而言,就是這樣。 可再生能源和能源儲存的組合 - 根據當地條件和偏好的具體組合 - 可以以合理的價格提供所需的所有電力,並將減少空氣污染。

但是,需要政府政策來向可再生能源過渡。 氣候變化是一種外部成本 - 由社會而非能源生產者承擔 - 因此單靠市場力量不會實現轉型。 除了為碳定價(也許還有 紅利歸還給公眾),政府可以更容易地建立所需的基礎設施。 需要公眾支持:例如,公眾接受輸電線路將電力從大風平原轉移到市中心是全可再生電網的另一個挑戰。

一個關於能源系統轉型規模的項目將會 創造就業機會 - 許多工作 - 這可能是對公民最重要的經濟措施。

我和其他人的研究表明,採用現有技術,當前價格完全可再生的電網是可行的; 使用可再生電力的障礙比政治或經濟更具政治和文化。

關於作者

大衛蒂蒙斯,經濟學副教授, 麻省大學波士頓分校

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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