Het Pine Tree Wind Farm and Solar Power Plant van het Department of Water and Power van Los Angeles in Tehachapi, Californië, 115 mijl van LA. Irfan Khan / Los Angeles Times via Getty Images
Veel soorten extreme gebeurtenissen kunnen de elektriciteitsvoorziening verstoren, waaronder orkanen, aardbevingen, overstromingen, bosbranden, extreme hitte, extreme kou en langdurige droogte. Bij grote rampen kunnen duizenden mensen in het duister tasten. De diepvriezer in Texas viel in februari uit 40% van de elektrische opwekkingscapaciteit van de staat.
Tijdens dergelijke gebeurtenissen hebben niet-getroffen regio's mogelijk stroom over. Tijdens de stroomuitval in Texas in februari produceerden nutsbedrijven bijvoorbeeld elektriciteit uit waterkracht in de Pacific Northwest, aardgas in het noordoosten, wind op de noordelijke vlaktes en zonne-energie in het zuidwesten.
Tegenwoordig is het niet mogelijk om elektriciteit naadloos van het ene uiteinde van de VS naar het andere te verplaatsen. Maar het afgelopen decennium hebben onderzoekers van nationale laboratoria en universiteiten nauw samengewerkt met industriële ingenieurs om een interstatelijk elektriciteitssysteem te ontwerpen dat dat wel kan. En Het infrastructuurplan van president Biden zou in deze richting gaan door miljarden dollars uit te trekken voor de aanleg van hoogspanningstransmissielijnen die "goedkopere, schonere elektriciteit kunnen verplaatsen naar waar die het meest nodig is".
My technisch onderzoek richt zich op elektrische energiesystemen. Aan de Iowa State University hebben we gewerkt aan het kwantificeren van de voordelen die macrogrids voor de VS kunnen opleveren. Deze transmissiesystemen met hoge capaciteit verbinden energiebronnen en gebieden met een grote vraag naar elektriciteit, bekend als laadcentra, in grote geografische regio's.
Het elektriciteitsnet verplaatst stroom van generatoren, die vaak ver van bevolkingscentra staan, naar energieklanten.
Een rijkswegennet voor elektriciteit
Dwight Eisenhower had nagedacht over een nationaal snelwegsysteem al decenia voordat hij in 1953 als president werd ingehuldigd. Eisenhower voerde aan dat een dergelijk systeem 'net zo noodzakelijk was voor de verdediging als voor onze nationale economie en persoonlijke veiligheid. '
Het congres ging akkoord en keurde het Federal-Aid Highway Act van 1956, die de federale overheid machtigde om 90% van de kosten van dit systeem van 114 miljard dollar te betalen, terwijl de staten de rest voor hun rekening namen.
Eisenhower maakte zich zorgen steden evacueren in het geval van een nucleaire oorlog. Het veiligheidsargument voor een macrogrid richt zich op extreme gebeurtenissen die het elektriciteitsnet verstoren. En het economische argument draait om het verplaatsen van wind-, zonne- en waterkracht van gebieden waar ze overvloedig aanwezig zijn naar gebieden met een grote vraag naar energie.
Tegenwoordig is het Noord-Amerikaanse elektriciteitsnet dat eigenlijk vijf roosters, ook wel interconnecties genoemd. Twee grote, de Eastern en Western Interconnects, bestrijken de meeste van de 48 lagere staten en grote delen van Canada, terwijl drie kleinere netwerken Texas, Alaska en Noord-Quebec bedienen. Elk van deze roosters gebruikt wisselstroom of AC, om elektriciteit van generatoren naar klanten te verplaatsen.
De Eastern, Western en Texas Interconnects zijn verbonden door gelijkstroom met hoge spanningof HVDC, lijnen die het mogelijk maken om vermogen tussen hen over te brengen. Deze faciliteiten verouderen en kan slechts kleine hoeveelheden elektriciteit overdragen tussen roosters. Een manier om een macrogrid te zien, is als een overlay die de bestaande Amerikaanse netten samenbrengt en het gemakkelijker maakt om de macht tussen hen te verplaatsen.
Een potentieel Amerikaans macrogrid dat de oostelijke, westelijke en Texas-netten verbindt en verbindt met offshore windparken. James McCalley, CC BY-SA
Macht delen tussen regio's
President Biden heeft ingrijpende maatregelen voorgesteld om een schone energietransitie in de VS te bewerkstelligen, inclusief elektriciteit koolstofvrij maken tegen 2035 Hiervoor is de komende 15 jaar veel nieuwe hernieuwbare opwekkingscapaciteit nodig.
De kosten van wind en zonne-energie zijn de afgelopen jaren dramatisch gedaald. Tegenwoordig is stroom uit nieuwe, grootschalige wind- of zonne-energiecentrales goedkoper dan elektriciteit uit bestaande kolencentrales Maar hernieuwbare energiebronnen bieden alleen ongeveer 21% van de Amerikaanse elektriciteit.
Een macrogrid zou de elektriciteitskosten van nieuwe wind- en zonne-energiecentrales op twee manieren verlagen. Ten eerste zou het hoogwaardige hernieuwbare energie mogelijk maken - voornamelijk wind uit het middenwesten en zuidelijke zonne-energie, en mogelijk Canadese waterkracht - om kustbelastingscentra te bevoorraden. Het is goedkoper om transmissiesystemen te bouwen die dit vermogen over lange afstanden kunnen verplaatsen dan het op te wekken uit lagere kwaliteit, zwakkere zon- en windbronnen dichter bij steden.
Ten tweede zou een macrogrid het mogelijk maken om energieproductie en netdiensten tussen regio's te delen. Deze strategie maakt gebruik van tijdsverschillen als gevolg van tijdzones en het feit dat de vraag naar elektriciteit de neiging heeft piek op bepaalde tijden van de dag, zoals wanneer mensen 's avonds thuiskomen. En elektriciteitsprijzen stijgen en dalen gedurende de dag met de vraag.
Om 3 uur Pacific Time is de vraag naar stroom bijvoorbeeld relatief laag aan de westkust, wat betekent dat de kosten van die elektriciteit ook laag zijn. Overtollige westerse elektriciteit zou kunnen worden gebruikt om te voorzien in de vraag aan de oostkust, die dagelijks een piek bereikt, gelijktijdig met deze "lage" westkust van 3 uur die plaatsvindt om 6 uur Eastern Time. Vier uur later, wanneer de westkust zijn dagelijkse piek van 7 uur Pacific Time bereikt, zou het 10 uur zijn aan de oostkust, die een extra generatie zou hebben om westwaarts te delen.
Capaciteitsverdeling werkt ook omdat de jaarlijkse piekvraag naar stroom voor verschillende regio's op verschillende tijdstippen van het jaar plaatsvindt. Elke regio moet toegang hebben tot voldoende opwekkingscapaciteit om aan zijn jaarlijkse piekbelasting te voldoen, met een zekere marge om storingen op te vangen. Een macrogrid zou regio's in staat stellen om overtollige opwekkingscapaciteit te delen wanneer dit lokaal niet nodig is.
Deze strategie biedt voordelen, zelfs wanneer jaarlijkse pieken in twee regio's slechts enkele dagen verschillen. Als ze weken of maanden verschillen, kan de uitbetaling groot zijn. De stroomvraag in de Pacific Northwest piekt bijvoorbeeld typisch in de winter, dus de regio zou capaciteit kunnen lenen van het zuidwesten en middenwesten, waar de vraag piekt in de zomer, en vice versa.
Transmissie van gebouwen bespaart geld
In een studie die ik in 2020 publiceerde met academische en industriële collega's, toonden we aan dat het zonder een macrogrid zou kosten meer dan $ 2.2 biljoen van 2024 tot 2038 om het elektriciteitssysteem van het land te ontwikkelen en te exploiteren en in 50 2038% hernieuwbare energieopwekking te realiseren. Dit omvat de kosten voor het toevoegen van 600 gigawatt aan nieuwe opwekkingscapaciteit die bijna volledig uit wind en zon zou bestaan; exploitatiekosten voor resterende fossiele en kerncentrales; en het bouwen van nieuwe AC-transmissielijnen om nieuwe energiecentrales met klanten te verbinden.
We hebben echter berekend dat als de VS $ 50 miljard zou uitgeven om een macrogrid te ontwikkelen, de totale langetermijnkosten voor de ontwikkeling en exploitatie van het elektriciteitssysteem van het land en het bereiken van 50% hernieuwbare elektriciteit in 2038 met meer dan $ 50 miljard zouden dalen. Met andere woorden, door het mogelijk te maken om stroom over regio's te delen en hoogwaardige duurzame stroom te leveren vanuit afgelegen gebieden naar laadcentra, zou het macrogrid zichzelf meer dan terugbetalen.
Sommige waarnemers maken zich misschien zorgen dat een landelijk aangesloten netwerk kwetsbaarder zou zijn voor trapsgewijze stroomuitval dan ons bestaande systeem. In feite zou een macrogrid eigenlijk betrouwbaarder zijn, omdat HVDC via zijn flexibele convertorstations meer netwerkbeheer biedt.
Industrie leiders en voorstanders van schone energie roepen de VS op om macrogrid-ontwikkeling na te streven. Maar Noord-Amerika is dat wel achterlopen het grootste deel van de wereld bij de ontwikkeling van interregionale elektriciteitsleidingen om goedkope schone energiebronnen aan te boren. En als $ 50 miljard een grote investering lijkt, overweeg dan dit: het is ook de geschatte minimale kosten van uitval en pieken in de energieprijzen tijdens de diepvries in Texas.
Over de auteur
James D. McCalley, Hoogleraar elektrotechniek, Iowa State University
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.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
