如何拥有所有可再生电网

如何拥有所有可再生电网
全可再生电网将意味着更多的电力和更多的输电线路。 Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

主要解决方案 气候变化 众所周知 - 停止燃烧化石燃料。 如何做到这一点更复杂,但作为一名做能量建模的学者,我和其他人看到了后化石燃料未来的轮廓:我们 利用可再生能源发电并为几乎所有事物提供电力.

这意味着用电力运行车辆和火车,用电加热建筑物 热泵激动人心 工业应用 例如钢铁生产和使用可再生电力制造 加氢 (类似于天然气)用于其他要求。 因此,重点是用可再生能源为电网供电。

然而,关于是否完全可再生电力系统存在争议 可行太快了 可以进行过渡。 在这里,我认为可行性是明确的,因此只有过渡问题是相关的。

已知技术

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德克萨斯州的一个风电场。 德州 在15中获得了2017%的风电。
DRAXIS / Flickr的, CC BY-ND

我的研究重点是 可再生能源经济学。 为了证明可再生电力系统的可行性和估算成本,研究人员使用计算机模型,根据不断变化的天气条件,计算每个时间点不同技术的潜在产量。 模型揭示了哪种电源和储能系统组合成本最低,同时始终满足需求。

很多研究 证明完全可再生的电网是可行的 美国, 欧洲, 澳大利亚 和其他地方。 我和我的同事最近完成了一项关于该岛国的小规模研究 毛里求斯. 群岛很有吸引力 由于规模小,相对简单和对进口燃料的依赖,初始可再生转型的地方。

有很多 制造可再生电力的方法:水力,风能,太阳能光伏发电,地热和燃烧各种形式的生物质(植物物质),此外 提高效率 使用更少的能量。 这些是已知成本的成熟技术。

其他可能性包括 波浪,潮汐集中太阳能反射器聚焦太阳光产生能量。 虽然这些可能会在未来使用,但迫切需要应对气候变化,而在我看来,成熟的技术就足够了。

意见 核能 运行强大,这是另一个对话。 但模型显示,美国不需要核能来淘汰化石燃料。

未来的网格

可再生能源系统是针对具体地点的:最佳系统取决于地点的资源(风大吗?),时间模式(多少次不风?)和补充资源的可用性(备用水电是否有?)。 尽管这种位置敏感性,但在不同地方的研究发现了类似的结果。

拥有多种可再生资源可以降低成本。 特别是太阳能和风能 补充 如果阳光明媚的季节不是刮风的季节; 模型发现两者的组合通常比单独使用更便宜。

对于大多数技术, 规模越大,成本越低。 例如,在美国,大型太阳能发电场可以比住宅屋顶系统大1,000倍,并且成本的一半左右。 为了降低成本,我们构建了大型系统。

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建设大型可再生能源项目,例如加利福尼亚州莫哈韦沙漠的550兆瓦级太阳能发电厂,可以降低能源生产成本。
美国内政部, 创用CC BY-SA

因为太阳能和风力条件在整个景观,系统中各不相同 随着生产区域的增长,成本下降,所以需要有一个 坚固的电网 将电力从有供应的地方转移到需求地点。 我们还需要更多的电力用于目前使用化石燃料的运输。 这意味着网格必须增长。

研究表明,运行可变可再生能源的电网将会 包括不使用或倾倒一些能量 有时,与始终存储剩余能量相比,降低成本的策略。

某种形式的 电力储存 需要。 电池可以很好地平滑短期波动,但是用于储存能量数小时或数天, 抽水蓄能电站 比较便宜。 抽水蓄能电使用电网中的任何额外能量将水泵送到上坡,当需要能量时,水会向下流动以在涡轮机中产生电力。 美国有一些现有的例子和 许多可行的地点。 通过网格扩展,存储可以与用户保持一定距离。

水电和生物质能源可根据需要提供,因此在可再生电网中使用这些电力可以缩小能源存储需求并降低成本。 两者都具有必须管理的环境影响。

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美国能源信息署, CC BY

水电可以改变当地的生态系统。 燃烧 生物质排放二氧化碳,但我研究的一项研究表明生物质排放 是可逆的 显然,碳优于化石燃料排放。 可持续性还主要取决于生物量场和森林的管理; 关于此的人类记录 并不是一流的.

可再生能源系统需要土地。 一个 美国研究 表明从风,水和太阳能供应所有电力将需要0.42%的陆地面积,加上风力涡轮机之间空间的1.6%陆地面积。 生物质能源比风能或太阳能需要更多的土地,因此生物质必须是可再生能源解决方案的一小部分。

真正的障碍是政治和文化

具有相关电气化的未来可再生电网可能会也可能不会 降低能源成本。 但是,避免气候变化的最坏影响意味着退出化石燃料,无论这是否能节省资金。 尽管如此,如果它更便宜,那么可再生能源的转型将更快,政治更容易。

In 毛里求斯根据目前可再生能源的资本成本,我们的研究发现可再生电力成本与当前的成本相似。 一些研究 同时也发现未来可再生电力的成本低于目前的化石燃料成本,可能因为我们建造更多的可再生能源系统并且做得更好而成本下降。

就技术而言,就是这样。 可再生能源和能源储存的组合 - 根据当地条件和偏好的具体组合 - 可以以合理的价格提供所需的所有电力,并将减少空气污染。

但是,需要政府政策来向可再生能源过渡。 气候变化是一种外部成本 - 由社会而非能源生产者承担 - 因此单靠市场力量不会实现转型。 除了为碳定价(也许还有 红利归还给公众),政府可以更容易地建立所需的基础设施。 需要公众支持:例如,公众接受输电线路将电力从大风平原转移到市中心是全可再生电网的另一个挑战。

一个关于能源系统转型规模的项目将会 创造就业机会 - 许多工作 - 这可能是对公民最重要的经济措施。

我和其他人的研究表明,采用现有技术,当前价格完全可再生的电网是可行的; 使用可再生电力的障碍比政治或经济更具政治和文化。

关于作者

大卫蒂蒙斯,经济学副教授, 马萨诸塞州波士顿大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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