Zon en wind concurreren met kolencentrales als het gaat om energieopslagsystemen. AP Photo / Mel Evans

Koolstofvrije energie: waait het antwoord in de wind? Misschien, maar de wind blaast niet altijd, en de zon schijnt ook niet altijd. De energie opgewekt door wind- en zonne-energie is met tussenpozen, wat betekent dat de opgewekte elektriciteit op en neer gaat afhankelijk van het weer.

Maar de output van het elektriciteitsnet moet controleerbaar zijn om te voldoen aan de tweede per seconde veranderende vraag van consumenten. Dus de verstrengeling van wind- en zonne-energie is een operationele uitdaging voor het elektriciteitssysteem.

Energieopslag is een algemeen erkende oplossing voor het probleem van intermitterende hernieuwbare energiebronnen. Het idee is dat de opslag opraakt wanneer de wind waait, of de zon schijnt en dan later ontlaadt wanneer de energie nodig is. Opslag voor het raster kan een zijn chemische batterij zoals die we gebruiken in elektronische apparaten, maar het kan ook de vorm aannemen van water op een heuvel oppompen naar een reservoir en het opwekken van elektriciteit wanneer het weer naar beneden laat stromen, of opslaan en ontladen perslucht in een ondergrondse grot.

De meest gebruikte vorm van energieopslag op het elektriciteitsnet is het pompen van water omhoog en vervolgens loslaten tijdens piekuren om een ​​krachtige turbine te laten draaien. Vattenfall, CC BY-NC-ND

Gemotiveerd door de opvatting dat opslag een "groene" technologie is, promoten overheden steeds vaker utility-scale en gedistribueerde energieopslag. In november ondertekende 2017, de New Yorkse regeringsleider Andrew Cuomo een wetsvoorstel doelen voor opslagacceptatie door 2030. Andere staten met vergelijkbaar beleid zijn Oregon, Massachusetts, Californië en Maryland. Bedrijven zoals Tesla zijn ook brandingopslagsystemen geweest als schone technologieën.

Maar verminderen grote opslagsystemen de emissies in onze huidige netten? In een recente studie, we vonden dit niet noodzakelijk het geval - een weerspiegeling van hoe complex het elektriciteitssysteem kan zijn.

De rol van steenkool

Omdat opslag hernieuwbare energie kan bieden om aan de veranderende vraag te voldoen, nemen we vaak aan dat de technologie inherent groen is. Dat wil zeggen dat we door het toevoegen van opslag en hernieuwbare energie aan het net, de uitstoot van broeikasgassen verminderen. Het lijkt op het feit dat computers voordelen kunnen bieden op het gebied van onderwijs en productiviteit, en vervolgens aan te nemen dat alles wat een persoon op een computer doet, leerzaam of productief is. Zowel voor energieopslag als voor computers hangt het af van hoe u het gebruikt.

In onze analyse hebben we vastgesteld dat het toevoegen van opslag voor sommige netten de koolstofemissies kan verhogen. Hoewel dit op het eerste gezicht contra-intuïtief is, is dit resultaat logisch als men bedenkt hoe elektriciteitsnetten worden geëxploiteerd. In grote lijnen wordt het hele Amerikaanse netwerk als een regionale subnetten die de VS bedekken als een lappendeken.

Tesla CEO Elon Musk introduceert de batterij van het bedrijf voor het elektriciteitsnet in 2015. AP Photo / Ringo HW Chiu

Energieopslag heeft geen rookemissies zoals kolen- of aardgascentrales. Maar nieuwe opslag beïnvloedt de werking van andere energiecentrales op het elektriciteitsnet, resulterend in een toename of een afname van de koolstofemissies, afhankelijk van het type elektriciteitscentrales dat elektriciteit levert voor die regio.

In de meeste gevallen werken opslagsystemen in de VS om de winst te maximaliseren. Om dit te doen, koopt opslag "laag en verkoopt het hoog." Elektriciteit is meestal 's nachts goedkoop wanneer de vraag laag is en overdag duurder, vooral wanneer mensen thuiskomen van het werk en een heleboel apparaten aanzetten. Dus opslagsysteembeheerders hebben de neiging om 's nachts te kopen en overdag te verkopen. Het netto-effect van opslag op emissies hangt dus af van wat voor soort generatoren worden gebruikt om in de nacht ten opzichte van de dag aan de nieuwe vraag te voldoen.

In netten met veel kolenmachten - Midwesten, Westerse en Zuidelijke staten zijn sterk afhankelijk van kolen - de kolencentrales worden meestal gebruikt om aan kleine veranderingen in de vraag 's nachts te voldoen. Aardgascentrales werken overdag om aan de piekvraag te voldoen. In deze elektriciteitsnetten heeft opslag 's nachts de neiging op te laden met kolenkracht, waardoor overdag aardgasvermogen wordt verplaatst.

Kolenergie is een vuiler bron van elektriciteit dan aardgas, met ongeveer twee keer de CO2-uitstoot voor elke geproduceerde eenheid elektriciteit. Daarom zal opslag op plaatsen waar nieuwe opslag meer kolen en minder aardgas zal genereren, de totale koolstofemissies van het net verhogen.

In het Midwesten ontdekten we dat het toevoegen van een opslagcapaciteit van 3 gigawatt, voldoende stroom voor het leveren van ongeveer 500,000 US-woningen, de CO2-uitstoot verhoogt als equivalent van het toevoegen van 6,700-auto's per jaar aan de weg. En naarmate er meer opslagruimte wordt toegevoegd, nemen de koolstofemissies toe.

Aan de andere kant ontdekten we dat in New York, een staat met zeer weinig kolenmassa, het toevoegen van opslag de koolstofemissies verlaagt. Het Midwesten is momenteel het smerigste elektriciteitsnet in de VS en New York is een van de schoonste elektriciteitsnetten, dus andere regio's zouden daar ergens tussenin vallen.

Niet altijd gemakkelijk om groen te zijn

Hoe kunnen gridplanners de belofte van een gelukkig huwelijk tussen opslag en hernieuwbare energie bereiken, ervan uitgaande dat ze in hetzelfde huis moeten leven met de knapperige oude Uncle Coal?

Een mogelijkheid is dat zelfs met opslag die de winst maximaliseert, het toevoegen van voldoende wind en zonne-energie aan het net het effect van steenkool zou kunnen tegengaan. Met voldoende overtollige hernieuwbare energie, zou opslag in welke vorm dan ook - batterijen of waterreservoirs bijvoorbeeld - bij voorkeur zonne- en windenergie gebruiken, omdat ze de goedkoopste bronnen zijn wanneer de stroomtoevoer groter is dan de vraag. Opslag zou de kolencentrale nog steeds van dag tot dag verschuiven, maar meer hernieuwbare energie zou voldoende zijn om de extra uitstoot te compenseren.

Regelingen kunnen zo worden ontworpen dat energieopslagsystemen worden opgeladen met overtollige elektriciteit uit wind en zon, wat een stap is naar het schoner maken van opslag. petrmalinak / Shutterstock.com

We hebben dit bestudeerd en hebben vastgesteld dat er voor het Midwest-net een keerpunt is wanneer wind en zon ongeveer 18 procent van de totale productiecapaciteit bereiken: op dat moment begint het toevoegen van opslag te verminderen in plaats van de emissies te verhogen. Het huidige acceptatieniveau is 10 procent, dus het zou enige tijd duren voordat de opslag in het Midwesten de uitstoot verlaagt.

Een andere optie is om te veranderen hoe opslag wordt beheerd. Met een bescheiden prijs op koolstof, bijvoorbeeld, zouden de kosten van verschillende generatoren verschuiven, zodat opslag minder kost van kolencentrales, waardoor de uitstoot zelfs in het kolossale Midwest-net wordt verminderd.

Hoewel een nationale CO2-belasting in de nabije toekomst niet waarschijnlijk is, zijn er andere paden om te zorgen voor groene resultaten van opslag. Staten kunnen bijvoorbeeld beleid invoeren dat meer gebruik van koolstofvrije hulpbronnen in plaats van steenkool aanmoedigt.

Hoe dan ook, opslag zal ons altijd helpen om meer van onze goedkope elektriciteitsbronnen te gebruiken. De vraag is of dat kolen, nucleair of hernieuwbaar is.

Over de auteur

Naga Srujana Goteti, PhD Student in Energy and Sustainabiltiy, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, universitair docent Public Policy, Rochester Institute of Technologyen Eric Williams, universitair hoofddocent duurzaamheid, Rochester Institute of Technology

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan

door Paul Hawken en Tom Steyer
In het licht van de wijdverspreide angst en apathie, is een internationale coalitie van onderzoekers, professionals en wetenschappers bij elkaar gekomen om een ​​reeks realistische en gewaagde oplossingen voor klimaatverandering aan te bieden. Honderd technieken en werkwijzen worden hier beschreven - sommige zijn bekend; sommigen heb je misschien nog nooit van gehoord. Ze variëren van schone energie tot het opleiden van meisjes in lagere inkomenslanden tot landgebruikspraktijken die koolstof uit de lucht halen. De oplossingen bestaan, zijn economisch levensvatbaar, en gemeenschappen over de hele wereld voeren ze momenteel uit met vaardigheid en vastberadenheid. Beschikbaar op Amazon

Ontwerp van klimaatoplossingen: een beleidsgids voor koolstofarme energie

door Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Nu de gevolgen van klimaatverandering al voor ons zijn, is de noodzaak om de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen terug te dringen niets minder dan urgent. Het is een enorme uitdaging, maar de technologieën en strategieën om eraan te voldoen, bestaan ​​tegenwoordig. Een klein aantal goed ontworpen en geïmplementeerde energiebeleidslijnen kan ons op weg helpen naar een koolstofarme toekomst. Energiesystemen zijn groot en complex, dus het energiebeleid moet gericht en kosteneffectief zijn. One-size-fits-all benaderingen zullen de klus gewoon niet klaren. Beleidsmakers hebben een duidelijke, alomvattende bron nodig die het energiebeleid schetst dat de grootste impact zal hebben op onze klimaattoekomst, en beschrijft hoe dit beleid goed vormgegeven kan worden. Beschikbaar op Amazon

Dit verandert alles: Kapitalisme versus The Climate

door Naomi Klein
In Dit verandert alles Naomi Klein betoogt dat klimaatverandering niet alleen een kwestie is die netjes moet worden ingediend tussen belastingen en gezondheidszorg. Het is een alarm dat ons oproept om een ​​economisch systeem te repareren dat ons op veel manieren al tekortschiet. Klein bouwt nauwgezet op hoe massaal onze uitstoot van broeikasgassen wordt teruggedrongen, is onze beste kans om tegelijkertijd gapende ongelijkheden te verminderen, onze gebroken democratieën opnieuw te verbeelden en onze uitgeholde lokale economieën weer op te bouwen. Ze legt de ideologische wanhoop bloot van ontkenners van klimaatverandering, de messiaanse waanideeën van de zogenaamde geo-ingenieurs en het tragische defaitisme van te veel mainstream groene initiatieven. En ze laat precies zien waarom de markt de klimaatcrisis niet-kan en niet-kan oplossen, maar in plaats daarvan de zaken erger zal maken, met steeds extremere en ecologisch schadelijke extractiemethoden, vergezeld door een ongebreideld rampzalig kapitalisme. Beschikbaar op Amazon

Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.