Een volledig hernieuwbaar net betekent meer elektriciteit en meer transmissielijnen. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

De belangrijkste oplossing voor klimaatverandering is bekend - stop met het verbranden van fossiele brandstoffen. Hoe dit te doen is ingewikkelder, maar als een geleerde die energiemodellering doet, zien ik en anderen de contouren van een toekomst na fossiele brandstoffen: wij maak elektriciteit met hernieuwbare bronnen en elektriseer bijna alles.

Dat betekent voertuigen en treinen op elektriciteit laten rijden, gebouwen met elektriciteit verwarmen warmtepompen, opwindend industriële toepassingen zoals staalproductie en het gebruik van hernieuwbare elektriciteit om te maken waterstof (vergelijkbaar met aardgas) voor andere vereisten. Dus de focus ligt op het voeden van het elektriciteitsnet met hernieuwbare bronnen.

Er is echter discussie over de vraag of volledig hernieuwbare elektriciteitssystemen zijn uitvoerbaar en hoe snel de overgang kan worden gemaakt. Hier betoog ik dat de haalbaarheid duidelijk is, zodat alleen de overgangsvraag relevant is.

Bekende technologieën

Een windmolenpark in Texas. Texas kreeg ongeveer 15% van zijn elektriciteit uit wind in 2017. Draxis / Flickr, CC BY-SA

Mijn onderzoek richt zich op de economie van hernieuwbare energie. Om de haalbaarheid aan te tonen en de kosten van hernieuwbare elektriciteitssystemen te schatten, gebruiken onderzoekers computermodellen die de potentiële productie van verschillende technologieën op elk tijdstip berekenen, op basis van veranderende weersomstandigheden. Een model laat zien welke combinatie van elektriciteitsbronnen en energieopslagsystemen de laagste kosten heeft en altijd aan de vraag voldoet.

Vele studies aantonen dat volledig hernieuwbare elektrische netwerken haalbaar zijn in de Verenigde Staten, Europa, Australië en elders. Mijn collega's en ik hebben onlangs een kleinschalige studie afgerond op het eiland Mauritius. Eilanden zijn aantrekkelijk plaatsen voor initiële hernieuwbare overgangen vanwege hun kleinschaligheid, relatieve eenvoud en afhankelijkheid van geïmporteerde brandstoffen.

Er zijn een aantal manieren om duurzame elektriciteit te maken: waterkracht, wind, fotovoltaïsche zonne-energie, aardwarmte en verbranding van verschillende vormen van biomassa (plantmateriaal), bovendien verbetering van de efficiëntie om minder energie te gebruiken. Dit zijn volwassen technologieën met bekende kosten.

Andere mogelijkheden omvatten golf, getijden en concentreren van zonne-energie, waar reflectoren zonnestralen richten om stroom te produceren. Hoewel deze in de toekomst kunnen worden gebruikt, is de noodzaak om de klimaatverandering aan te pakken dringend en naar mijn inschatting volstaan ​​de volwassen technologieën.

Meningen over kernenergie sterk worden, wat een ander gesprek is. Maar modellen tonen aan dat de Verenigde Staten geen kernenergie nodig hebben om fossiele brandstoffen terug te winnen.

Het raster van de toekomst

Hernieuwbare energiesystemen zijn locatiespecifiek: het beste systeem hangt af van de bronnen van een locatie (is het winderig?), Het tijdelijke patroon (hoe vaak is het niet winderig?) En de beschikbaarheid van aanvullende bronnen (is er waterkracht voor back-up?). Ondanks deze locatiegevoeligheid vinden studies op verschillende plaatsen vergelijkbare resultaten.

Het hebben van een diversiteit aan hernieuwbare bronnen kan de kosten drukken. In het bijzonder, zijn zonne- en wind complementair als het zonnige seizoen niet het winderige seizoen is; modellen vinden dat een combinatie van beide doorgaans goedkoper is dan beide alleen.

Voor de meeste technologieën grotere schaal vermindert kosten. In de Verenigde Staten kunnen grootschalige zonneparken bijvoorbeeld meer dan 1,000 keer groter zijn dan daksystemen voor woningen en ongeveer de helft van de kosten. Om de kosten te minimaliseren, bouwen we grote systemen.

Het bouwen van grootschalige projecten voor duurzame energie, zoals deze 550-megawatt-zonne-energiecentrale in de Mojave-woestijn in Californië, leidt tot lagere kosten voor geproduceerde energie. Amerikaanse ministerie van binnenlandse zaken, CC BY-SA

Omdat de zonne- en windomstandigheden variëren over het landschap, systeem de kosten dalen naarmate een productiegebied groeit, dus er moet een zijn robuust elektrisch net om elektriciteit te verplaatsen van plaatsen waar aanbod is naar plaatsen van vraag. We hebben ook meer elektriciteit nodig voor toepassingen zoals transport die momenteel fossiele brandstoffen gebruiken. Dit betekent dat het rooster moet groeien.

Studies tonen aan dat het exploiteren van een elektrisch netwerk met variabele hernieuwbare energie dat zal doen inclusief het niet gebruiken of dumpen van wat energie soms een strategie die de kosten verlaagt in vergelijking met het altijd opslaan van overtollige energie.

Toch is een vorm van elektriciteit opslag is nodig. Batterijen werken goed om kortetermijnschommelingen weg te werken, maar om uren of dagen energie op te slaan, verpompte hydro-elektrische opslag is minder duur. Gepompte hydro verbruikt extra energie in het rooster om water bergop te pompen, en wanneer energie nodig is, loopt het water terug naar beneden om stroom in een turbine te genereren. De Verenigde Staten hebben enkele bestaande voorbeelden en veel haalbare locaties. Bij uitbreiding van het net kan de opslag zich op een afstand van gebruikers bevinden.

Waterkracht en biomassa-energie zijn op aanvraag beschikbaar, dus als deze in een hernieuwbaar elektrisch netwerk zijn, wordt de behoefte aan energieopslag kleiner en worden de kosten verlaagd. Beide hebben milieueffecten die moeten worden beheerd.

US Energy Information Administration, CC BY

Waterkracht kan lokale ecosystemen veranderen. Brandend biomassa stoot kooldioxide uit, maar een studie waaraan ik heb gewerkt, laat zien dat de uitstoot van biomassa zijn omkeerbaar en hebben duidelijk de voorkeur boven de uitstoot van fossiele brandstoffen. Duurzaamheid hangt ook kritisch af van het beheer van biomassavelden en bossen; het menselijke track record hierover is niet fantastisch geweest.

Hernieuwbare energiesystemen vereisen land. EEN Amerikaans onderzoek toont aan dat het leveren van alle elektriciteit uit wind, water en zonne-energie 0.42% van het landoppervlak nodig heeft, plus 1.6% van het landoppervlak voor ruimte tussen windturbines. Biomassa-energie vereist veel meer land dan wind of zonne-energie, dus biomassa moet een klein deel van de duurzame energieoplossing zijn.

Echte barrières zijn politiek en cultureel

Een toekomstig hernieuwbaar elektriciteitsnet met bijbehorende elektrificatie kan wel of niet energiekosten verlagen. Maar het vermijden van de ergste effecten van klimaatverandering betekent stoppen met fossiele brandstoffen, ongeacht of dit geld bespaart. Toch zal de hernieuwbare overgang sneller en politiek gemakkelijker zijn als deze goedkoper is.

In Mauritius, vindt onze studie dat de kosten van hernieuwbare elektriciteit daar vergelijkbaar zijn met de huidige kosten, op basis van de huidige kapitaalkosten voor hernieuwbare energie. Sommige studies vind ook dat de kosten voor toekomstige hernieuwbare elektriciteit lager zijn dan de huidige fossiele brandstofkosten, in het waarschijnlijke geval dat de kosten dalen naarmate we meer duurzame energiesystemen bouwen en daar beter in worden.

En dat is het, technisch gezien. Een combinatie van hernieuwbare bronnen en energieopslag - de specifieke combinatie afhankelijk van de lokale omstandigheden en voorkeuren - kan alle benodigde elektriciteit leveren tegen een betaalbare prijs en zal de luchtvervuiling verminderen.

Maar overheidsbeleid is nodig om een ​​transitie naar duurzame energie te maken. Klimaatverandering is een externe kost - gedragen door de maatschappij in plaats van door energieproducenten - dus marktkrachten alleen zullen de overgang niet maken. Naast het plaatsen van een prijs op koolstof (misschien met dividenden teruggegeven aan het publiek), kan de overheid het gemakkelijker maken om de benodigde infrastructuur te bouwen. En publieke steun is nodig: bijvoorbeeld publieke acceptatie van transmissielijnen om elektriciteit van de winderige Great Plains naar stadscentra te verplaatsen, is een andere uitdaging voor een volledig hernieuwbaar netwerk.

Een project op de schaal van het transformeren van het energiesysteem zal het scheppen van werkgelegenheid - veel banen - wat misschien de economische maatstaf is die het belangrijkst is voor de burgers.

Uit onderzoek van mij en anderen is gebleken dat volledig hernieuwbare elektrische netwerken haalbaar zijn met de huidige technologie tegen huidige prijzen; belemmeringen voor het gebruik van hernieuwbare elektriciteit zijn meer politiek en cultureel dan technologisch of economisch.

Over de auteur

David Timmons, Universitair hoofddocent economie, Universiteit van Massachusetts Boston

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.