Old school: Veel van de energiecentrales en transmissienetwerken waar we op vertrouwen, bestaat al tientallen jaren. andrewfhart / Flickr, CC BY-SA
Het elektriciteitsnet is een verbazingwekkend geïntegreerd systeem van machines dat zich over een heel continent uitstrekt. De National Academy of Engineering heeft het een van de. Genoemd grootste technische prestaties van de 20e eeuw. 
Maar het is ook duur. Volgens mijn analyse is de huidige (afgeschreven) waarde van het Amerikaanse elektriciteitsnet, bestaande uit elektriciteitscentrales, draden, transformatoren en palen, ongeveer US $ 1.5 tot $ 2 biljoen. Het zou bijna $ 5 biljoen kosten om het te vervangen.
Dat betekent dat de Amerikaanse elektrische infrastructuur, die al miljarden dollars aan verzonken kapitaal bevat, binnenkort aanzienlijke investeringen nodig zal hebben om de dingen zo te houden als ze zijn. Een energiecentrale gebouwd tijdens de snelle expansie van de energiesector in de decennia na de Tweede Wereldoorlog is nu 40 jaar of ouder, lang afbetaald en moet waarschijnlijk worden vervangen. In feite heeft de American Society of Civil Engineers gewoon de volledige energie-infrastructuur gegeven nauwelijks geslaagd cijfer van D +.
De huidige regering heeft gezworen om zwaar te investeren in infrastructuur, wat een aantal vragen met betrekking tot het elektrische systeem doet rijzen: hoe moet het energienet van de toekomst eruit zien? Hoe bereiken we een koolstofarme energievoorziening? Wat gaat het kosten?
Infrastructuur lijkt een probleem te zijn dat steun kan krijgen beide zijden van het gangpad. Maar om goede beslissingen te nemen over de uitgaven, moeten we eerst de waarde van het bestaande netwerk begrijpen.
Huidige staat van overgang
Het elektriciteitsnet is bedoeld om tientallen jaren mee te gaan, maar toch beseffen maar weinig mensen dat het hele systeem vraag en aanbod op tijdschalen zo kort als een seconde moet afstemmen. Elke watt aan elektriciteit voor het verlichten van huizen, het bedienen van laptops of draaiende airconditioners wordt tegelijkertijd op verschillende locaties gegenereerd, meestal door brandstoffen te verbranden die magneten in generatoren laten draaien. Er is in essentie geen opslag van elektriciteit op het elektriciteitsnet; in plaats daarvan wordt de meeste energie opgeslagen in brandstoffen - steenkool, aardgas, nucleaire producten en water achter dammen, in afwachting van de opdracht om in real time te worden omgezet in elektriciteit.
Locatie en afgeschreven status van alle Amerikaanse energiecentrales. Joshua Rhodes, EIA Formulier 860-gegevens.
In de afgelopen jaren is de kracht van onze macht drastisch veranderd. De oudste generatoren zijn grote energiecentrales, waarvan er vele zich in het oostelijk deel van de VS bevinden. De meeste recente toevoegingen zijn kleiner en meer verspreid - denk aan zonnepanelen op het dak of windparken. Sommige experts hebben zelfs gezegd dat dit model van meer gedistribueerde opwekking dichter bij waar stroom wordt verbruikt - langs de rand van het netwerk, in plaats van centrale energiecentrales - de nieuwe norm.
In de toekomst kunnen we het net op dezelfde manier bouwen als voorheen of kunnen we investeren in nieuwe technologieën die dezelfde service kunnen bieden, maar dan op een lagere kost.
En hoe kunnen we het schoner maken? Sommige mensen denken dat het rooster dat kan volledig draaien op hernieuwbare energiebronnen. Anderen zeggen dat de beste manier om koolstofemissies te "decarboniseren" of te verminderen, voor het hele energiesysteem is wijdverspreide elektrificatie van de industrie en transport.
Maar om te beantwoorden wat dergelijke overgangen zouden kosten, moeten we weten: wat kost het huidige netwerk? Hoeveel zijn al het beton, staal, silicium, enz. Dat we al in de grond hebben geïnstalleerd momenteel de moeite waard? Om beleidsmakers en planners te informeren die worstelen met hun visie op de toekomst, ben ik op het punt om die vraag te beantwoorden.
Wat maakt het rooster uit?
Voor deze oefening heb ik "het raster" beperkt tot de volgende onderdelen:
- Energiecentrales
- Hoog- en laagspannings transmissielijnen, die vermogen over lange afstanden transporteren
- Distributielijnen, die stroom rechtstreeks naar gebouwen of andere eindpunten brengen
- Substations voor het routeren van stroom op het transmissienet
- Substations op het distributienet
- Transformatoren die spanningen op het distributienet wijzigen
Deze berekening laat aanvullende en noodzakelijke componenten van het rooster weg, zoals de elektriciteitsdraad in uw huis, meters op de elektrische panelen op huizen en gebouwen en eindapparatuur die de elektriciteit verbruiken.
Door verschillende openbare rapporten te doorzoeken en geactualiseerde schattingen voor nieuwbouw en standaardbenaderingen voor het schatten van afschrijvingen te gebruiken, hebben we de waarde van de activa van de natie voor stroomopwekking, transmissie en distributie gekwantificeerd.
De totale capaciteit van deze centrales is ongeveer 1.15 terawatt. Dat is de opwekkingscapaciteit van ongeveer 1,000-kernreactoren (de VS hebben momenteel ongeveer 100). Zoals je je kunt voorstellen, zou dat kostbaar zijn om te vervangen. Voor elektriciteitscentrales alleen al is de vervangingswaarde bijna $ 2.7 biljoen, en de afgeschreven waarde, of de ruwe huidige waarde, is bijna $ 1 biljoen. Over het algemeen is de uitsplitsing van de waarde ongeveer 56 procent elektriciteitscentrale, 9 procent transmissiesysteem en 35 procent distributiesysteem.
Verdeling van de vervangende en afgeschreven waarde van Amerikaanse elektrische infrastructuur. Veel van de onderliggende gegevensbronnen, waaronder die van de EIA, zijn dezelfde als die recent zijn gebruikt in de Full Cost of Electricity-studie van het UT-Austin Energy Institute. We gebruikten een vereenvoudigd lineair afschrijvingsschema dat eindigt in een schrootwaarde van 15 procent van de initiële kosten aan het einde van zijn verwachte levensduur. Joshua Rhodes
Welke weg vooruit?
Als we in de toekomst een schonere energietoekomst willen hebben, zijn er meerdere paden om daar te komen. Ik veronderstel echter dat de goedkoopste en waarschijnlijkste route degene is die de infrastructuur die we al hebben niet optimaal benut, en niet dupliceert. Een van de meest "plug-and-play" -routes (en wat we vandaag zien) is een conversie van steenkool naar gasgestookte energiecentrales bij elektriciteitscentrales die bestaande draden, palen en waterinfrastructuur kunnen gebruiken.
Aan de andere kant van het spectrum zou een waterstofeconomie enorme nieuwe investeringen in nieuwe soorten technologie vereisen, dus het zou minder profiteren van wat we momenteel hebben. We zouden bijvoorbeeld plaatsen moeten bouwen om waterstof te genereren en op te slaan. Aan de andere kant heeft het de potentie om veerkrachtiger en duurzamer te zijn.
Tonen van hun leeftijd: het upgraden van transmissielijnen kan door zonne-energie en wind gegenereerde stroom van afgelegen delen van het land naar de plaats van de mensen brengen, wat zou helpen om het net schoner te maken en mogelijk lagere prijzen. indigoskies / Flickr, CC BY-NC-ND
Een gebied dat er veelbelovend uitziet voor infrastructuurinvesteringen, is het upgraden van het bulktransmissienetwerk. Deze upgrades kunnen het mogelijk maken dat de stroom tussen regio's in de VS stroomt en vergelijkbaar zijn met hoe het interstate-snelwegsysteem de bedrijfskosten in het hele land heeft doen dalen door de tijd die het kostte om goederen en diensten over ons uitgestrekte land te vervoeren aanzienlijk te verminderen.
Er zijn gebieden in de VS waar stroom goedkoper en goedkoper wordt geproduceerd minder milieueffecten dan in andere gebieden. Uitbreiding van transmissielijnen naar gebieden in het land met goede wind- en zonne-energiebronnen kan de gebruikers zeer lage kosten opleveren. Het probleem is dat deze gebieden niet altijd zijn waar de mensen zijn, dus om deze kracht naar de mensen te brengen, hebben we een sterk transmissienetwerk nodig.
Distributienetwerken - het deel van het netwerk dat rechtstreeks stroom levert aan gebouwen - kunnen ook meer zonne-energie integreren zonder veel extra kosten voor de werking van het netwerk. Maar zodra de capaciteit van de zon een bepaald percentage van de stroombehoefte bereikt op het lokale netwerk, dat per locatie varieert, dan meer kosten zijn gemaakt.
Uiteindelijk betalen consumenten, of belastingbetalers, altijd voor deze upgradeprojecten, maar de voordelen kunnen opwegen tegen de kosten. De uitbreiding van Texas van zijn elektrisch net heeft toegestaan veel meer windenergie om laadcentra te bereiken die, samen met een daling van de aardgasprijzen, de kosten van de groothandelsmarkt voor elektriciteit heeft doen dalen. Die lagere kosten zijn dan doorgegeven aan de belastingbetalers.
Er is geen pad dat geen investeringen vereist - zelfs het handhaven van wat we hebben, kost in het komende decennium honderden miljarden, zo niet biljoenen dollars. De grotere vraag is: wanneer we doorgaan met het vervangen en herbouwen van dit geweldige raster, op welke technologieën moeten we ons richten?
Over de auteur
Joshua D. Rhodes, postdoctoraal onderzoeker van energie, Universiteit van Texas in Austin
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
