Meer potentieel voor zonne-energie uitbreiden dan nodig is, kan duurdere energieopslag vervangen. Jamey stillings, CC BY-SA

De beroemde uitvinder Edwin Land zei"Het is niet zo dat we nieuwe ideeën nodig hebben, maar we moeten stoppen met oude ideeën." Hij leek ons ​​te vertellen dat oplossingen net buiten onze oude gewoonten van het denken liggen.

Steden, staten en landen over de hele wereld verbinden zich ertoe om energie-economieën schoon te maken die op zeer hoge niveaus - zelfs 100% - van hernieuwbare energie lopen. Alleen al in de staat New York zijn vier concurrerende facturen gericht 50% naar 100% hernieuwbare energiebronnen door of voor 2040.

Realistisch gezien, slechts twee hernieuwbare energiebronnen zijn groot genoeg om tegemoet te komen aan deze zeer hoge penetratiedoelstellingen aan de aanbodzijde in de VS - zon (ver) en wind.

Beide zijn echter variabele bronnen, zowel door weersomstandigheden als door dagelijkse en seizoenscycli. Daarom moeten ze "worden gefixeerd" - dat wil zeggen dat ze macht op vraag kunnen leveren - om fossiele bronnen te vervangen die naar behoefte kunnen worden verzonden. Op basis van ons onderzoek beweren we dat deze krachtige machtstransformatie niet alleen mogelijk is, maar ook betaalbaar is - als we ophouden met oude ideeën.

Een diepgeworteld en veel voorkomend idee - waarschijnlijk het gevolg van historisch hoge prijzen van hernieuwbare energie - is dat alle energie die wordt opgewekt met hernieuwbare bronnen moet worden verkocht zodra deze wordt gegenereerd. Het idee van het weggooien van beschikbare wind- of zonne-energie is een gruwel, opgelegd aan stroomproducenten wanneer de productie uit deze bronnen groter is dan wat het netwerk kan accepteren.

Dit oude idee negeert een fundamentele propositie: oversized en pro-actief beperken van wind en zon. Echter, contra-intuïtief, een onderzoek dat onze collega's en wij hebben uitgevoerd, toont aan dat deze stappen de sleutel vormen tot het minst dure pad naar een elektriciteitsnet dat grotendeels wordt aangedreven door zon en wind.

Afwegen tegen energieopslag

De redenering achter overprovisioning van zon en wind is eenvoudig:

• Energie opslag is het enige essentiële ingrediënt dat nodig is om de variabiliteit van hernieuwbare energie te vullen wanneer de zon niet schijnt of de wind niet waait. Deze hiaten omvatten periodes binnen de dag, zoals uren piekaanvragen gedurende de dag en de nacht, en wat nog belangrijker is, grotere meerdaagse en seizoensgebonden verschillen als gevolg van aanhoudende omstandigheden met weinig zon of weinig wind. Voor opslag baseren netwerkexploitanten - de organisaties die ervoor zorgen dat de stroomvoorziening overeenkomt met de vraag terwijl deze overdag stijgt en daalt - meestal op waterreservoirs genaamd gepompte hydro of, voor kortere periodes, batterijen.

• Opslag wordt goedkoper, maar zelfs uitgaande van de meest optimistische langetermijnkostenprognoses, onze studies leidde ons tot de conclusie dat de opslag van alleen wind of zonne-energie onbetaalbaar blijft vanwege de grootte van meerdaagse en seizoensgebonden hiaten. Wind en zonne-energie worden ook veel goedkoper, vooral zonne-energie, tot het punt waarop overbuilding steeds betaalbaarder wordt. Dit is zelfs zo wanneer de output van wind- en zonne-generatoren in wezen wordt gestort of "ingeperkt" en niet in het net wordt gevoerd.

• Oversizing verkleint de productiehits omdat er meer energie wordt geproduceerd tijdens periodes met lage beschikbaarheid van zonne- en windenergie. Overbouw vermindert ook de opslagvereisten.

Deze grafiek laat zien hoe het leveren van 24-uurs energie uit wind en zon met opslag alleen veel duurder blijft dan 'netpariteit', de kosten van aardgas geleverd vermogen (B). Maar opslag in combinatie met overtollige wind en zon die in 30% van de tijd wordt ingeperkt, kan minder duur zijn dan netpariteit en power on demand leveren (C). Richard Perez, Karl R. Rabago, CC BY-SA

'Firming' met overcapaciteit

Tegenwoordig is de huidige regelgevende praktijk voor zonne- en windenergie voorstander van maximalisering van de productie te allen tijde. De bedrijven die deze faciliteiten exploiteren, proberen al hun output tegen de hoogste prijzen te verkopen, dus inperkingen wordt gezien als een verlies aan inkomsten.

Dat oude operationele idee remt de overgang naar zonne- en windenergie als krachtige bronnen op aanvraag, omdat al hun uitvoer alleen wordt gebruikt als deze beschikbaar is. Deze aanpak houdt ook hernieuwbare energie aan de rand.

Hoe zou een netwerk met overgebouwde zonne- en windbronnen in de praktijk werken? Laten we zeggen dat de exploitant van een regionaal elektriciteitsnet X megawattuur / dag nodig heeft om aan de vraag te voldoen. Tegenwoordig kunnen zonneboerderijen in die regio alleen op dagen met de hoogste productie, zoals heldere dagen in de zomer, aan deze vraag voldoen of deze overstijgen. Op andere dagen wordt aan de productiekloven voldaan door opslag.

Wanneer daarentegen de zonne-energiebron te groot is, kan die zonnegenerator voldoen aan de vraag van X MWh / dag, meer dagen van het jaar en er zijn minder gaten - vandaar dat er minder tijden is dat energieopslag nodig is om de hiaten te vullen.

Eenmaal gefixeerd door een combinatie van overprovisioning en opslag, worden variabele hernieuwbare energiebronnen effectief dispatchable - in staat om stroom te leveren wanneer dat nodig is - en functioneel equivalent aan traditionele energiecentrales. Op deze manier kunnen hernieuwbare energiebronnen deze generatoren vervangen zonder grote netherstructurering.

Ons team heeft een gemodelleerd hoog-zonne- en overgebouwde oplossing voor de niet bijzonder zonnige staat Minnesota. Het doel was om de goedkoopste combinatie te bepalen van netgekoppelde zonne-energie, wind en opslag die nodig is om het hele jaar door energiediensten te leveren.

De studie toont aan dat het overwinnen van de natuurlijke variabiliteit van zon en wind kan worden bereikt tegen kosten die lager zijn dan de huidige netwerkkosten (de zogenaamde "netpariteit") door het overbieden van zonne- en windenergiebronnen en het aannemen van een netwerkwerkingsstrategie om 20% toe te staan ​​aan 40% beperking van overtollige energieopwekking. Energieopslag wordt ook gebruikt in ons model, maar de superieure economie is het directe resultaat van het vervangen van een te hoge inperkbare generatie voor duurdere opslag.

Een legitieme vraag die moet worden gesteld, is wat het gebied zou zijn dat vereist is voor een volledige inzet van extra grote zonne-energie. Voor Minnesota, in het meest extreme 100% PV-generatiescenario uitgaande van een overmaat van een factor twee - of een verdubbeling van de benodigde zonne-energie om aan de huidige vraag te voldoen - zou dit oppervlak 435 vierkante mijl bedragen, ervan uitgaande dat zonnepanelen met state-of-the-art efficiëntie van 20%. Dit gebied vertegenwoordigt minder dan 1% van de staat gecultiveerde gewassen en de helft van de verstedelijkte ruimte met hoge en gemiddelde dichtheid.

Netbeheerders kunnen hiervan profiteren door wind- en zonne-energie op regionale basis te beheren, omdat hun periodes van hoge output elkaar kunnen aanvullen. Winterwind is bijvoorbeeld 's nachts vaak het sterkst, terwijl de zonne-energie het hoogst is in de zomermaanden. IIP Fotoarchief, CC BY-NC

Een aanpassing van het bulkstroomnet

Naast overmaat, beperking en opslagoptimalisatie, zouden verschillende operationele en planningspraktijken, waarvan sommige nu al worden uitgevoerd, de waarde en prestaties van een hoog-zonnepaneel verder vergroten en de realisatie ervan met minimale verstoringen bevorderen. Ze bevatten:

• Gebruik maken van de complementaire prestaties en variabele werkingsprofielen van zon en wind. Op de meeste locaties hebben wind en zon aanvullende dag- en seizoensproductieprofielen - wind hoger 's nachts en in de winter, PV hoger overdag in de zomer.

• Gebruikmaken van vraagbeheer - de praktijk van het verminderen van energieverbruik op locaties van elektriciteitsklanten - als een manier om de verschillen in vraag en aanbod tot een minimum te beperken.

• Netbeheerders in staat stellen zeggenschap te hebben over locatiebepaling van hernieuwbare energie en productiebeheer in hun regio's, zodat beslissingen over wanneer inperking plaatsvindt of opslag wordt toegepast, op regionale basis worden genomen om de verschillen in vraag en aanbod tot een minimum te beperken.

Een houding van maximaliseren van de productie van hernieuwbare energie en vermijden van inperking was logisch toen variabele zonne-energie opwekking duur was en verstevigingsoplossingen zelfs duurder waren. Recente en voorspelde reducties in turn-key zonne-, netbeheer- en opslagkosten veranderen echter de optimale oplossingsset, te beginnen met het overbruggen van zonne-energie.

Marc Perez, senior onderzoeker bij Clean Power Researcher, die zijn dissertatie schreef aan Columbia University over dit onderwerp, heeft bijgedragen aan dit artikel. Morgan Putnam, VP van Solar Analytics bij REsurety, leverde ook een bijdrage.

Over de auteur

Richard Perez, Senior Research Associate in Atmospheric Sciences Research Center, University at Albany, State University of New York en Karl R. Rabago, hoogleraar in de rechten; Uitvoerend directeur, Pace Energy and Climate Center, Pace University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. 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.