Az áramkimaradások megelőzése Texasban megújuló energiával

Tizenkét hónappal később az állam elektromos hálózata, miközben javult, Még mindig sebezhető Áramszünet az időjárás miatt.

„Ha idén újabb vihar ér bennünket, mint 2021-ben az Ureyt, a rács újra le fog esni” – mondta Andrew Dessler, a Texas A&M Egyetem légkörtudományi professzora. – Ez még mindig túl kockázatos számunkra.

Most, friss tanulmány Ez azt mutatja, hogy az országos áramkimaradások – esetleg szélsőséges időjárási események idején is – elkerülhetők lennének a 100 százalékban tiszta, megújuló energiaforrásokra, például nap-, szél- és vízenergiára való átállással.

„Technikai és gazdasági szempontból a technológia 95 százaléka rendelkezésünkre áll ahhoz, hogy ma mindent átalakítsunk” – mondta Marc Jacobson, a tanulmány vezető szerzője, a Stanford Egyetem építő- és környezetmérnöki professzora. A szél, a víz és a napenergia már most is az ország elektromos áramának mintegy ötödét adja, bár a teljes átalakulás sok területen lassú.

A tanulmány kimutatta, hogy a megújuló energiaforrásokra való átállás csökkenti az energiaszükségletet, csökkenti a fogyasztói költségeket, több millió új munkahelyet teremt, és javítja az emberek egészségét.

Néhányan évek óta kétségeiket fejezték ki a megújuló energiaforrások nagyarányú elterjedésének megvalósíthatóságával kapcsolatban, azok költségei miatt. Dessler azonban azt mondta, hogy bár a napenergia drága energiaforrás volt 10 évvel ezelőtt, az Az egyik legolcsóbb ár ma.

„Sok embernek a megújuló energiával kapcsolatos ismerete nagyon elavult” – mondta Dessler, aki nem vett részt a kutatásban.

A szélenergia nagyon hatékony is lehet, és néhány napon a texasi energia felét megtakarítja – a Dessler podcaster meglepte ezt a tényt Joe Rogan Amikor vendégként megjelent a „The Joe Rogan Experience” csütörtöki epizódjában.

„A nap- és szélenergia a rendelkezésre álló legolcsóbb energiaforrás” – mondta Dessler. „Úgy tűnik, hogy az emberek ezt nem értik, és azt sem, hogy tudjuk, hogyan készítsünk megbízható hálózatot, amely elsősorban megújuló energiaforrásokra épül.”

A legújabb tanulmányban Jacobson és munkatársai bemutatják, hogyan lehet 30 másodpercenként kielégíteni az energiaigényt az Egyesült Államokban áramkimaradás nélkül egy zöldebb, népesebb országban 2050-ben és 2051-ben.

A szimulációkban képzelje el, hogy az összes jármű elektromos vagy hidrogén üzemanyagcellás volt. Elektromos hőszivattyúk, vízmelegítők, szélturbinák és napelemek váltották fel a fosszilis tüzelőanyagok alternatíváit. A csapat új hőenergia-forrásokat is tartalmazott, de új vízerőműveket nem.

Modellezték a hálózat stabilitását a szomszédos Egyesült Államokban, beleértve a Levegőszennyezési, Éghajlati és Időjárási Modell adatait is, amely magában foglalja az éghajlati tényezőket és az adott területen előforduló statisztikailag jellemző időjárási mintákat. Az Energy Information Administrationtől származó energiafogyasztási adatok felhasználásával a csapat szimulálta a 2050-2051 közötti időszakra vonatkozó energiaszükségletet. A tápegységnek 30 másodpercenként meg kellett egyeznie az áramigénnyel, különben a modell bezárult.

A csapat úgy találta, hogy a tényleges energiaigény jelentősen csökkent azáltal, hogy egyszerűen átváltott a megújuló erőforrásokra, amelyek hatékonyabbak. Az Egyesült Államok teljes végfelhasználói energiaigénye körülbelül 57 százalékkal esett vissza. A háztartások egy főre jutó éves energiaköltsége mintegy 63 százalékkal volt alacsonyabb, mint a „business as usual” forgatókönyve.

„Minden, amit jelenleg a fosszilis tüzelőanyagokkal teszünk, elektromos technológiával fogjuk megtenni” – mondta Anna Katharina von Kreland, Jacobson laboratóriumának társszerzője és doktorjelöltje. „A tevékenységek elvégzéséhez, elsősorban a könnyű energiaellátáshoz vagy az ipari folyamatok üzemanyagához szükséges energia mennyisége, amely valójában csökkenne, ha hatékonyabb energiaforrást használna.”

Egy szélsőséges időjárási esemény során az alacsonyabb energiaigény fontos a hálózat online tartása érdekében. Texasban a teljes zöld átállás 56 százalékkal csökkentené az átlagos éves végfelhasználói energiaigényt. Csökkenti a csúcsterhelést is, vagyis a hálózatból egyszerre leadott legnagyobb teljesítményt. Jacobson elmondta, hogy sok otthonnak saját tárolója is lesz, és nem kell annyira a hálózatra támaszkodnia.

A csapat azt is megállapította, hogy a különböző földrajzi helyekről származó elektromos hálózatok összekapcsolása megbízhatóbbá teheti az energiarendszert és csökkentheti a költségeket. A szél nagyobb valószínűséggel fúj nagyobb területeken, vagy süt a nap, vagy máshol üzemeltetnek vízerőművet, ami segíthet pótolni az ellátási hiányosságokat.

„A megújuló energiák zavarai egyre csökkennek, ahogy egyre nagyobb területeket nézünk” – mondta Dessler. „Ha nem fúj a szél Texasban, akkor Iowában fújhat. Ebben az esetben túltermelhetik az energiát, és ránk terhelhetik a plusz energiájuk egy részét.”

A tanulmány arról számolt be, hogy Texasban az egységnyi energiaköltségek 27 százalékkal alacsonyabbak, ha a közép-nyugati hálózathoz csatlakoznak, mint elszigetelten, ahogy jelenleg is.

„Az összességében úgy találtuk, hogy olcsóbb, megbízhatóbb és jobb energiafelhasználás lenne, ha bővítenénk az összekapcsolást” – mondta von Kruland. hozzá mégis „Még ha minden állam különálló sziget lenne is, akkor is lehetséges lenne 100 százalékos szél- és napenergia-ellátást megvalósítani minden egyes államban.”

A texasi tél folyamán Jacobson elmondta, hogy a megfelelően karbantartott szélturbinák is segítik az áramellátás fenntartását. A 2021. februári hideg idején néhány lefagyott szélturbinát leállítottak a jégtelenítő berendezés hiánya miatt. (Szén-, gáz- és nukleáris erőforrások közel is a berendezések közvetlen lefagyása miatt, és hozzájárult a teljesítmény még nagyobb csökkenéséhez.)

„Azokon a napokon, amikor hideg van, erős szél fúj, ami nagyon jó hír, mert amikor hideg van, akkor fűtési igénye van” – mondta Jacobson. „Valójában több energiát kapsz a hideg napokon.”

Télen a kevés napfény használhatatlanná teheti a napelemeket. Ebben az esetben a szélturbinák és a napelemek kiegészítő energiaforrások. Ha mindkettő meghibásodik valamikor, egy másik energiaforrás indulhat el, például a geotermikus energia vagy a vízenergia.

Akkumulátorokat is használnak áramellátásra, ha alacsony a nap- vagy szélenergia, de a csapat kimutatta, hogy a hosszú élettartamú akkumulátorok nem szükségesek és nem előnyösek a hálózat stabilitásához. A jelenleg forgalomban lévő 4 órás akkumulátorok közül sok csatlakoztatható a hosszú távú tárolás érdekében, például áramszünet esetén. Ez a megállapítás különösen hasznos, mert a hosszú élettartamú akkumulátor-technológia még mindig viszonylag messze van attól, hogy elérje a piacot.

„Hiba azt gondolni, hogy a megújulók megbízhatatlanok, mert nem önmagukban a megújulókra gondolunk” – mondta Dessler. „Egy rendszer részének tekinti őket. Egy stabil hálózat, amely sok megújuló energiát tartalmaz, egy állandóan telepíthető kapacitással is rendelkezik, amely újra fellendül, ha a megújuló energia kifogy.”

A csapat szimulációja kaliforniai áramszünetre is utalt, mint pl Azok 2020 augusztusában, alacsony költséggel. Több tengeri szélturbina nyáron történő telepítése energiát takaríthat meg, beleértve az épületek hűtését is. A tiszta, megújuló energiaforrásokra való átállás 60 százalékkal csökkentheti Kalifornia energiaigényét.

A hálózat stabilitásának javítása mellett a tanulmány megállapította, hogy egy tiszta, megújuló hálózat működtetése közel 5 millió hosszú távú, teljes munkaidős munkahelyet teremthet, az építőipartól a gyártáson át a közvetett vállalatoknál való foglalkoztatásig. A rendszerek tisztább levegőt is termelnének, ami 2050-ben 53 000 emberrel csökkentheti a szennyezéssel összefüggő halálesetek számát, és több millió ember szennyezéssel összefüggő megbetegedését.

„Ez egy nagyon fontos tanulmány” – mondta Robert Howarth, a Cornell Egyetem professzora, aki nem vett részt a kutatásban. „A fosszilis tüzelőanyag-ágazat továbbra is azzal érvel, hogy a megújulók veszélyes kísérletek, és hogy a hálózat stabilitása és megbízhatósága továbbra is részben a fosszilis tüzelőanyagoktól függ. Jacobson és munkatársai egyértelműen megmutatják, hogy ez egyáltalán nem így van.”

Jacobson korábbi, 2015-ös kutatása a megújuló energia masszív átalakulásáról kritizálni A tudományos közösség egyes tagjaitól. Több mint 20 kutató publikált tanulmány Az elégtelen modellezési technikák és feltételezések miatti aggodalmakra hivatkozva. Az egyik problémás feltételezés az volt, hogy a meglévő vízerőművek gátak növelhetik energiatermelésüket. Jacobson beperelte a vezető szerzőt, Christopher Clackot rágalmazás miatt, de vonja vissza az öltönyt.

Ez az új tanulmány figyelembe veszi a korábbi kritikákat, módosítja a feltételezéseket, teszteli a modellt számos különböző körülmény között, és tartalmazza a 2015-ös tanulmány óta rendelkezésre álló adatokat is, mondta Jacobson. „Ezek nagyon frissített, reálisabb tervek, és sokkal kevesebb kritika van velük kapcsolatban. dátum – mondta.

– mondta Dessler Nem hiszi, hogy ennek a tanulmánynak az eredményei „teljesen ellentmondásosak”. Kimondja, hogy elméletileg lehetséges egy 100 százalékban tiszta, megújuló hálózat.

„Nyilvánvalóan csak azért fog működni, mert rengeteg megújuló energia áll rendelkezésre a bolygón. Fizikai szempontból itt nincsenek alapvető korlátok” – mondta. „A korlátok politikai jellegűek. Össze kell fogni az embereket, és úgy kell dönteni, hogy ezt tegyék, és ez nagyon nehéz.”

A 2021 februári hideg idején Rick Perry volt texasi kormányzó azt mondta, hogy a texasiak több időt töltenek hidegben és áram nélkül, hogy „kizárják a szövetségi kormányt a dolgukból”. a demokraták meghiúsították akik új szabályozást akarnak javasolni.

Körülbelül 15 állam, terület és több mint 180 város vezetett be olyan politikát, amely növeli a megújuló villamos energia mennyiségét, de Jacobson reméli, hogy az ehhez hasonló eredmények önbizalmat adnak a döntéshozóknak ahhoz, hogy törvényeket és politikákat fogadjanak el a gyorsabb átmenet érdekében. Jacobson korábbi tanulmányai és munkája non-profit szervezetén keresztül projekt megoldások Segítsen megalapozott tervek elkészítésében, mint pl Green New Deal és az állami törvényhozás.

„Igazán gyors, 80 százalékos átállásra van szükségünk [of clean energy] 2030-ra, és 100 százalékot a lehető leghamarabb utána – mondta Jacobson. „Valóban sok ember nagy erőfeszítésére van szükség ennek a problémának a megoldásához. Nem egyetlen tudományos tanulmány fogja megoldani a problémát.”