De goedkoopste manier om Scale Up wind- en zonne-energie?

De goedkoopste manier om Scale Up wind- en zonne-energie?

Wind- en zonne-energie zijn een manier om de koolstofemissies te verminderen, maar deze opwekkingsbronnen zijn afhankelijk van de grillen van het weer, wat betekent dat noch wind noch zonne-energie op elk uur van de dag elektriciteit op aanvraag kan produceren. Deze variabiliteit heeft velen ertoe gebracht te veronderstellen dat sterk expanderende wind en zonne-energie om koolstofemissies te verminderen de elektriciteitskosten zullen doen stijgen en dure energieopslag vereisen.

Mijn collega's en ik hebben zojuist een gepubliceerd nieuwe studie om aan te tonen dat deze veronderstelling niet correct is. Als de VS naar een nationaal elektrisch systeem van de 48-staat zouden verhuizen, zou het land in plaats van het huidige regionale systeem meer hernieuwbare energie in het hele land kunnen transporteren. Die verandering kan CO2 met 78% verlagen tegen lagere kosten dan vandaag zonder opslagtechnologieën te gebruiken.

Met behulp van een computermodel, vonden we dat dit grotere elektrische systemen energie efficiënter zouden gebruiken, ongeacht de generatoren binnen het. De kostenbesparing tussen de nationale stijlsysteem we gemodelleerd en de huidige, die is verdeeld in ongeveer 130 gebieden, is $ 47 miljard per jaar. Dat vertaalt zich in een elektriciteitskosten van tussen de 8.5 en 10.2 ¢ per kilowattuur (kWh), in vergelijking met de huidige nationale gemiddelde van 12.7 cent per kWh.

Electron supersnelweg

Onze studie was gebaseerd op een model dat de National Energy with Weather System (NEWS) -simulator wordt genoemd. De NEWS-simulator is een kostenoptimalisatiemodel dat meedogenloos de goedkoopste oplossing zoekt.

Het bevat functies van het elektriciteitsnet, zoals transmissie, generatoren, elektrische vraag, beperkingen voor het landgebruik, gedrag van de generator, weergegevens en kostengegevens voor generatoren. Om te berekenen hoe de kosten te minimaliseren, zal het NEWS-model berekenen hoe elk uur voor een heel jaar van stroom te voorzien op basis van de beschikbare generatoren en transmissielijnen die vermogen over lange afstanden transporteren.

Ons model had iets unieks, maar: een hoog-voltage direct current (HVDC) transmissie overlay.

In concept lijkt dit sterk op het interstate snelwegsysteem dat over het wegennet wordt gelegd. HVDC-technologie heeft één groot voordeel ten opzichte van traditionele hoogspanningslijnen: er gaat minder energie verloren bij het transporteren van stroom van het ene punt naar het andere. Het doet dit door gebruik te maken van gelijkstroom in plaats van wisselstroom en bij hogere spanningen.

HVDC wordt tegenwoordig in de VS gebruikt. Het wordt echter ingezet als point-to-point-systeem voor enkele (of enkele) generatoren naar verre markten. Een van de meest prominente wordt de Pacific DC-intertie genoemd, die de macht van het vreedzame noordwesten met zijn overvloedige waterkracht naar Los Angeles verscheept, 48% vermogen tijdens piekuren. Het verschil in het NEWS-model is dat HVDC wordt geïmplementeerd in een netwerk, in plaats van een eenvoudige point-to-point-configuratie, die een veel groter gebruik van de lijnen mogelijk maakt zodat stroom tussen regio's in meerdere richtingen kan stromen.

Windenergie potentieel ramingen voor de VS Rood geeft aan high potential, blauw is laag. Chris Clack / CIRES, Author voorzien Windenergie potentieel ramingen voor de VS Rood geeft aan high potential, blauw is laag. Chris Clack / CIRES, Author voorzien Kritisch gaat het NEWS-model er niet vanuit dat er meer transmissielijnen moeten worden toegevoegd aan het huidige raster. Maar het introduceert wel nieuwe transmissiecapaciteit als het model het zuinig vindt. Interessant is dat het NEWS-model altijd HVDC-transmissie selecteert wanneer dit mogelijk is. Waarom? Door de beschikbaarheid van HVDC-lijnen kunnen grotere markten worden gevormd, die dan profiteren van schaalvoordelen.

In de praktijk zou dit betekenen dat windgeneratoren in de vlaktes van de Verenigde Staten bijvoorbeeld meer macht zouden kunnen exporteren naar plaatsen in het land waar grote vraag is, zoals grote steden. Zoals het nu is, ondersteunen windgenerators alleen regionaal vermogen en leveren ze soms meer vermogen dan op sommige uren van de dag nodig is.

In een regionaal systeem, eentje die zo groot is als Kansas, hebben wind en zonne-energie de neiging om periodes van overproductieperiodes en in productie te zijn. Dit resulteert in hogere kosten omdat wind- en zonne-energiegeneratoren moeten worden ingeperkt of uitgeschakeld tijdens overproductie. Om productieverlies te voorkomen, moeten netbeheerders rekenen op een back-upgeneratie van fabrieken met fossiele brandstoffen.

Met een nationaal systeem, kan de generatoren strategisch worden geplaatst over de aangrenzende VS om dit effect te verminderen en de totale kosten. De HVDC het verkeer van deze elektriciteit uit verre uithoeken naar steden met lagere verliezen dan de traditionele AC.

Hernieuwbare scenario's

Om het onderzoek uit te voeren, werden weergegevens met hoge resolutie voor elk uur van de drie jaar samengesteld uit 2006 tot en met 2008. De weergegevens werden vervolgens gebruikt als input voor geavanceerde energiealgoritmen om het vermogen te schatten dat zou kunnen worden gegenereerd door windturbines en zonnepanelen in de VS.

Daarnaast verzamelden we gegevens over de vraag naar elektriciteit in die tijd in de VS. De gegevens waren nodig omdat het weer een fundamentele motor is voor de elektrische vraag. Vervolgens projecteerden we vraaggegevens naar 2030.

Omdat de inzet van wind en zon aan veel beperkingen onderhevig is, hebben we landgebruiksoverwegingen in het model ingebouwd. Gegevensverzameling voor landgebruik is samengesteld om locaties te identificeren waar wind en zon kunnen worden ingezet zonder te interfereren met beschermde gebieden.

Met behulp van deze verschillende sets van gegevens, samen met de verwachte kosten voor de opwekking van energie in 2030, liepen we verschillende simulaties te onderzoeken hoe deze factoren de mix van stroomgeneratoren regionaal van invloed zou zijn terwijl het minimaliseren van de totale kosten.

Het scenario dat de emissies het meest terugdringt, heeft aanzienlijke wind- en zon-PV ingezet; 523 gigawatt (GW) wind en 371 gigawatt aan zon-PV vergeleken met 60 GW en 2.5 GW repectief in 2012. In dit scenario was er alleen 461 GW van aardgas (minder dan vandaag).

Dit komt overeen met 38% elektriciteit afkomstig van wind, 17% van wind, 21% van aardgas en de rest van nucleair en hydro-elektrisch. In 2012 was wind goed voor 3.5%, zonne-energie voor minder dan 1% en aardgas voor 30%.

Nogmaals, deze oplossing is de goedkoopste oplossing.

Om dit niveau van zon en wind te bereiken - een aanzienlijke sprong van de huidige niveaus - zijn er nieuwe transmissielijnen nodig in het model.

De hoeveelheid nieuwe HVDC-transmissie die door het model wordt gebouwd, is 139 miljoen MW-miles, wat een grote infrastructuuronderneming is. Dit klinkt als een enorme hoeveelheid, maar het zou slechts voor 4% van de totale kosten van het systeem jaarlijks vertegenwoordigen.

Hoe zit het met energie-opslag?

Het NEWS-model is uniek in de studie naar integratie van hogere niveaus van wind en zon omdat het grote hoeveelheden weergegevens verwerkt, terwijl het de belangrijke aspecten van het elektriciteitsnet berekent, zoals oplopende beperkingen op generatoren, down-time voor generatoren, stroomsterkte in de transmissielijnen, elektrische verliezen die de macht over het systeem heen en weer schudden, voldoen aan de vraag op elk uur in elke markt en andere operationele beperkingen. Verder omvat het alle alle technologische opties; het zoekt alleen naar de goedkoopste opties.

Elektriciteit kan op een aantal manieren worden opgeslagen, zoals pompen en releasting van water uit reservoirs of het installeren van grote accubanken. In de eerste modelruns was elektrische opslag niet concurrerend met behulp van kostenramingen voor 2030 in vergelijking met het toevoegen van transmissie- of aardgasgeneratoren (puur gebaseerd op kosten).

De NEWS model is een instrument om te helpen begrijpen hoe een elektriciteitsnet zou kunnen worden omgezet, terwijl de kosten laag. Lage kosten is absoluut noodzakelijk omdat de stijgende energiekosten tot vermindering van de koolstofuitstoot te verminderen kunnen de economische ontberingen veroorzaken.

Er zijn tal tegenwind de ontwikkeling van een gecarboniseerd de economie en de samenleving. Maar, heeft de NEWS model aangetoond dat wind- en zonne-PV, gecombineerd met HVDC transmissie kan eigenlijk een lange weg te gaan bij het verminderen van de uitstoot in de elektrische sector.

Dit geldt zelfs zonder een nieuwe wonderaccu of innovatie binnen de sector van elektrische opslag, hoewel goedkope, effectieve elektrische opslag nuttig zou zijn bij het integreren van hernieuwbare energiebronnen.

Om koolstof uit de hele economie te verwijderen, moet elektriciteit eerst worden gedecarboniseerd. Als het tegen lage kosten kan worden gedaan, kunnen andere sectoren dit voorbeeld volgen. Het combineren van wind, zon, aardgas en transmissie is een mogelijke brug naar een nul-emissietoekomst.

Over de auteurThe Conversation

Christopher Clack, Research Scientist, National Oceanic and Atmospheric Administration. Hij is de technische leider in een team dat site-optimalisatie voor wind- en zonne-energie bestudeert. Het doel is om te bepalen op welk niveau de Verenigde Staten zichzelf kunnen ondersteunen op het gebied van hernieuwbare energiebronnen en waar ze deze bronnen kunnen plaatsen, om het goedkoopste, meest efficiënte opwekkingssysteem te voorzien van de kleinst mogelijke milieu-impact.

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

Verwante Boek:

InnerSelf Market

Amazone

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

volg InnerSelf op

facebook icontwitter iconyoutube iconinstagram pictogrampintrest pictogramrss-pictogram

 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

NIEUWSTE VIDEO'S

De grote klimaatmigratie is begonnen
De grote klimaatmigratie is begonnen
by Super User
De klimaatcrisis dwingt duizenden over de hele wereld te vluchten omdat hun huizen steeds onbewoonbaarder worden.
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
by Alan N Williams, et al
Het laatste rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) stelt dat zonder een substantiële afname ...
De aarde is al miljarden jaren bewoonbaar - hoe gelukkig hebben we het gehad?
De aarde is al miljarden jaren bewoonbaar - hoe gelukkig hebben we het gehad?
by Toby Tyrrell
Het kostte de evolutie 3 of 4 miljard jaar om Homo sapiens te produceren. Als het klimaat maar één keer volledig was mislukt in die ...
Hoe het weer in kaart brengen 12,000 jaar geleden kan helpen bij het voorspellen van toekomstige klimaatverandering
Hoe het weer in kaart brengen 12,000 jaar geleden kan helpen bij het voorspellen van toekomstige klimaatverandering
by Brice Rea
Het einde van de laatste ijstijd, zo'n 12,000 jaar geleden, werd gekenmerkt door een laatste koude fase genaamd de Jongere Dryas.…
De Kaspische Zee zal deze eeuw met 9 meter of meer dalen
De Kaspische Zee zal deze eeuw met 9 meter of meer dalen
by Frank Wesselingh en Matteo Lattuada
Stel je voor dat je aan de kust bent en uitkijkt over zee. Voor je ligt 100 meter kaal zand dat eruitziet als een ...
Venus leek weer op de aarde, maar door klimaatverandering werd het onbewoonbaar
Venus leek weer op de aarde, maar door klimaatverandering werd het onbewoonbaar
by Richard Ernst
We kunnen veel leren over klimaatverandering van Venus, onze zusterplaneet. Venus heeft momenteel een oppervlaktetemperatuur van ...
Vijf klimaatongevallen: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
The Five Climate Disbeliefs: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
by John Cook
Deze video is een spoedcursus over verkeerde informatie over het klimaat, waarin de belangrijkste argumenten worden samengevat die worden gebruikt om de realiteit in twijfel te trekken ...
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
by Julie Brigham-Grette en Steve Petsch
Elk jaar krimpt de zee-ijsbedekking in de Noordelijke IJszee tot half september tot een dieptepunt. Dit jaar meet het slechts 1.44 ...

LAATSTE ARTIKELEN

groene energie2 3
Vier groene waterstofkansen voor het middenwesten
by Christian Tae
Om een ​​klimaatcrisis af te wenden, zal het Midwesten, net als de rest van het land, zijn economie volledig koolstofarm moeten maken door...
ug83qrfw
Grote barrière om respons te eisen moet worden beëindigd
by John Moore, op aarde
Als federale regelgevers het juiste doen, kunnen elektriciteitsklanten in het Midwesten binnenkort misschien geld verdienen terwijl ...
bomen om te planten voor het klimaat
Plant deze bomen om het stadsleven te verbeteren
by Mike Williams-Rice
Een nieuwe studie stelt levende eiken en Amerikaanse platanen vast als kampioenen onder 17 "superbomen" die zullen helpen steden te maken ...
Noordzee zeebodem
Waarom we de geologie van de zeebodem moeten begrijpen om de wind te benutten?
by Natasha Barlow, universitair hoofddocent quartaire milieuverandering, Universiteit van Leeds
Voor elk land dat gezegend is met gemakkelijke toegang tot de ondiepe en winderige Noordzee, zal offshore wind de sleutel zijn om te voldoen aan de netto ...
3 natuurbrandlessen voor bossteden terwijl Dixie Fire het historische Greenville, Californië vernietigt
3 natuurbrandlessen voor bossteden terwijl Dixie Fire het historische Greenville, Californië vernietigt
by Bart Johnson, hoogleraar landschapsarchitectuur, Universiteit van Oregon
Een wildvuur brandde in heet, droog bergbos op 4 augustus door de Gold Rush-stad Greenville, Californië, ...
China kan energie- en klimaatdoelstellingen halen om steenkoolstroom af te dekken
China kan energie- en klimaatdoelstellingen halen om steenkoolstroom af te dekken
by Alvin Lin
Tijdens de klimaattop van de leider in april beloofde Xi Jinping dat China “de kolengestookte energie strikt zal controleren …
Blauw water omringd door dood wit gras
Kaart volgt 30 jaar extreme sneeuwsmelt in de VS
by Mikayla Mace-Arizona
Een nieuwe kaart van extreme sneeuwsmeltgebeurtenissen in de afgelopen 30 jaar verduidelijkt de processen die snel smelten veroorzaken.
Een vliegtuig laat rode brandvertrager op een bosbrand vallen terwijl brandweerlieden die langs een weg geparkeerd staan ​​omhoog kijken naar de oranje lucht
Model voorspelt 10-jarige uitbarsting van natuurbrand, daarna geleidelijke afname
by Hannah Hickey-U. Washington
Een blik op de toekomst van bosbranden op de lange termijn voorspelt een eerste ruwweg tien jaar durende uitbarsting van natuurbrandactiviteit, ...

 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

Nieuwe attitudes - nieuwe mogelijkheden

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Alle rechten voorbehouden.