Kuinka saada erittäin uusiutuvaa sähköverkkoa

Kuinka saada uusiutuvaa sähköverkkoa Aurinkoenergian potentiaalin laajentaminen enemmän kuin tarvitaan, voisi korvata kalliimman energian varastoinnin. Jamey Stillings, CC BY-SA

Kuuluisa keksijä Edwin Land sanoi, "Se ei ole, että tarvitsemme uusia ideoita, mutta meidän on lopetettava vanhojen ideoiden syntyminen." Hän näytti kertovan meille, että ratkaisut ovat vanhojen ajattelutapojemme ulkopuolella.

Kaupungit, valtiot ja maat ympäri maailmaa sitoutuvat puhtaan energian talouksiin, joiden uusiutuvan energian osuus on erittäin korkea - jopa 100%. Pelkästään New Yorkin osavaltiossa neljä kilpailevaa laskua kohdistuu 50% - 100% uusiutuvat energialähteet kirjoittanut tai ennen 2040.

Realistisesti vain kaksi uusiutuvia energialähteitä ovat riittävän suuria näiden erittäin tarjonnan tavoitteiden saavuttamiseksi tarjontapuolella Yhdysvalloissa - aurinko (ylivoimaisesti) ja tuuli.

Molemmat ovat kuitenkin muuttuvia resursseja, johtuvat säästä sekä päivittäisestä ja vuodenajasyklistä. Siksi ne on vahvistettava - toisin sanoen pystyttävä toimittamaan virtaa tarvittaessa - korvaamaan fossiiliset resurssit, jotka voidaan lähettää tarpeen mukaan. Tutkimuksemme perusteella väitämme, että tämä vakaa virranmuutos ei ole vain mahdollista, vaan myös edullinen - jos lopetamme vanhojen ideoiden syntymisen.

Yksi juurtunut ja erittäin yleinen ajatus - todennäköisesti historiallisesti korkeiden uusiutuvien energialähteiden hintojen tuloksena - on, että uusiutuvien energialähteiden tuottama koko energia on myytävä sellaisena kuin se syntyy. Ajatus käytettävissä olevan tuulen tai aurinkoenergian hylkäämisestä on anathema, joka asetetaan energiantuottajille, kun tuotanto näistä lähteistä ylittää verkon hyväksymän.

Tämä vanha idea jättää huomioimatta perustavanlaatuisen ehdotuksen: tuulen ja aurinkoenergian ylisuuntainen ja ennakoiva vähentäminen. Kuitenkin vastaintuitiivinen, kollegoidemme ja suorittamamme tutkimus osoitti, että nämä vaiheet ovat avain halvimmalle tielle sähköverkkoon, joka saa suurimmaksi osaksi aurinkoa ja tuulta.

Painotus energian varastointia vastaan

Auringon ja tuulen ylitarjonnan syyt ovat selkeät:

  • Energia varasto on yksi välttämätön ainesosa uusiutuvien energialähteiden vaihtelun täyttämiseen, kun aurinko ei paista tai tuuli ei puhalta. Näihin aukkoihin sisältyy päivänsisäisiä jaksoja, kuten huippunopeuden tunteja päivällä ja öisin, ja mikä tärkeintä, suurempia monen päivän ja kausien aukkoja jatkuvasta matalasta aurinko- tai matalan tuulen olosuhteista. Varastoinnissa verkonhaltijat - organisaatiot, jotka varmistavat, että sähköntoimitus vastaa kysyntää, kun se nousee ja laskee päivän aikana - luottavat tyypillisesti vesisäiliöihin nimeltään pumpattu hydro tai lyhyempiä aikoja, paristot.

  • Varastointi on halvempaa, mutta vaikka oletetaankin kaikkein optimistisimmat pitkän aikavälin kustannusennusteet, meidän opiskella sai meidät johtopäätökseen, että pelkästään varaston soveltaminen kiinteään tuuliin tai aurinkoon pysyy kohtuuttoman kalliina monen päivän ja vuodenaikojen aukkojen vuoksi. Tuuli ja aurinko muuttuvat myös paljon halvemmaksi, erityisesti aurinko, siihen pisteeseen, että ylirakentaminen on yhä edullisempaa. Tämä pitää paikkansa myös silloin, kun tuuli- ja aurinkogeneraattorien tuotanto on pääosin polkumyynnillä tai "supistettu" eikä sitä syötetä verkkoon.

  • Ylisuuntaaminen vähentää tuotantokuiluja, koska enemmän energiantuotantoa on saatavana aikana, jolloin aurinko ja tuuli ovat heikossa saatavuudessa. Ylirakentaminen vähentää myös säilytysvaatimuksia.

Kuinka saada uusiutuvaa sähköverkkoa Tämä kaavio osoittaa, kuinka ympärivuorokautisen energian tarjoaminen tuulen ja aurinkoenergian varastoinnista on edelleen paljon kalliimpaa kuin 'verkon pariteetti', maakaasun toimittaman energian hinta (B). Varastointi yhdistettynä ylimääräiseen tuuliin ja aurinkoon, jota lyhennetään noin 30% ajasta, voi kuitenkin olla halvempaa kuin verkon pariteetti ja tuottaa energiaa kysynnän mukaan (C). Richard Perez, Karl R. Rabago, CC BY-ND

Kiinteyttävä ylikapasiteetti

Nykyinen aurinko- ja tuulivoiman sähkön sääntelykäytäntö suosii tuotannon maksimointia aina. Näitä laitoksia ylläpitävät yritykset pyrkivät myymään kaiken tuotantonsa korkeimmalla hinnalla, joten tuotannon supistamista pidetään tulonmenetyksenä.

Tämä vanha toimintaidea estää siirtymistä luottamiseen aurinkoon ja tuuliin kiinteinä kysynnänlähteinä, koska koko niiden tuotantoa käytetään vain silloin, kun se on käytettävissä. Tämä lähestymistapa pitää uusiutuvan energian myös marginaalilla.

Kuinka verkko, jossa on ylirakennettu aurinko- ja tuulivoima, toimisi käytännössä? Oletetaan, että alueellisen sähköverkon operaattori tarvitsee X megawattituntia päivässä kysynnän tyydyttämiseksi. Nykyään kyseisen alueen aurinkoenergiatilat pystyvät vastaamaan tai ylittämään tämän kysynnän vain suurimman tuotannon päivinä, kuten esimerkiksi kesäpäivinä. Muina päivinä varastointi korjaa tuotannon aukot.

Sitä vastoin, kun aurinkoenergia on liian suuri, aurinkogeneraattori pystyy vastaamaan X MWh / päivä kysyntään enemmän päiviä vuodessa, ja aukkoja on vähemmän - siis on harvemmin, että energian varastoinnin on täytettävä aukot.

Kun muuttuvista uusiutuvista energialähteistä on viritetty yhdistelmän ylitarjonnan ja varastoinnin avulla, niistä tulee tehokkaasti siirrettäviä - kykeneviä tuottamaan energiaa tarvittaessa - ja toiminnallisesti vastaavia kuin perinteiset voimalaitokset. Tällä tavoin uusiutuvat energialähteet voivat korvata nämä generaattorit ilman suurta verkon suunnittelua.

Tiimimme on mallinnut a korkea aurinko ja ylirakennettu ratkaisu erityisen aurinkoisessa Minnesotan osavaltiossa. Tavoitteena oli selvittää edullisimmin verkkoon kytketyn aurinkoenergian, tuulen ja varaston yhdistelmä, joka on tarpeen ympärivuotisen energiapalvelun tarjoamiseksi.

Tutkimus osoittaa, että aurinko- ja tuulen luonnollisen vaihtelun voittaminen voidaan saavuttaa kustannuksilla, jotka ovat nykyisiä verkon kustannuksia alhaisemmat (ns. "Verkon pariteetti"), rakentamalla aurinko- ja tuulivoimavaroja yli ja ottamalla käyttöön verkon käyttöstrategia, joka sallii noin 20% - 40% ylimääräisen energiantuotannon vähentäminen. Energian varastointia käytetään myös mallissamme, mutta ylivoimainen taloustiede johtuu suoraan siitä, että ylimääräinen supistettava tuotanto korvataan kalliimmalla varastoinnilla.

Perusteltu kysymys on, mikä olisi ala, jota tarvitaan ylisuurten aurinkoenergian PV täysimääräiseen käyttöönottoon. Minnesotassa äärimmäisissä 100% PV-tuotantosuunnitelmissa olettaen, että ylisuuntainen kertoimella kaksinkertaistetaan tai nykyisen kysynnän tyydyttämiseen tarvittava aurinko kaksinkertaistuu - tämä alue olisi 435 neliökilometriä, olettaen, että aurinkopaneelit ovat huipputasoa. hyötysuhde 20%. Tämä alue edustaa alle 1% valtion osavaltiosta viljellyt viljelykasvit ja puolet tiheän ja keskitiheän kaupungistuneesta tilasta.

Kuinka saada uusiutuvaa sähköverkkoa Verkko-operaattorit voivat hyötyä hallitsemalla tuuli- ja aurinkoenergiaa alueellisesti, koska niiden korkean tuotannon ajanjaksot voivat täydentää toisiaan. Esimerkiksi talvituuli on usein voimakkainta yöllä, kun taas aurinkoenergian tuotto on korkeinta kesäkuukausina. IIP-valokuva-arkisto, CC BY-NC

Suurten sähköverkkojen toiminnan tarkistaminen

Ylisuuruuden, supistamisen ja varastoinnin optimoinnin lisäksi useat toiminta- ja suunnittelukäytännöt, joista osa on jo tehty jo nyt, parantaisivat korkean aurinkoverkon arvoa ja suorituskykyä ja edistäisivät sen toteutumista mahdollisimman vähän häiriöitä. Ne sisältävät:

  • Hyödyntämällä auringon ja tuulen täydentäviä suorituskykyä ja muuttuvia toimintaprofiileja. Useimmissa paikoissa tuulen ja aurinkoenergian tuotantoprofiilit ovat toisiaan täydentäviä - tuulen korkeampi yöllä ja talvella, PV korkeampi päivällä kesällä.

  • Kysynnänhallinnan hyödyntäminen - käytön vähentäminen sähkönkulutuksesta sähkön asiakaspaikoissa - keinona minimoida tarjonnan ja kysynnän aukot.

  • Jotta verkonhaltijoilla olisi valta uusiutuvien energialähteiden sijaintiin ja tuotannon hallintaan alueillaan, jotta päätökset siitä, tapahtuvatko supistaminen tai varastointi, tehdään alueellisella pohjalla tarjonnan ja kysynnän erojen minimoimiseksi.

Asenteella maksimoida uusiutuvan energian tuotanto ja välttää rajoittamista oli järkevää, kun muuttuva aurinkoenergia oli erittäin kallista ja kiinteyttävät ratkaisut olivat vielä kalliimpia. Viimeaikaiset ja ennustetut vähennykset avaimet käteen -sovelluksessa, verkonhallinta- ja varastointikustannuksissa ovat kuitenkin muuttamassa optimaalista ratkaisuasetusta, alkaen aurinkoenergian ylikuormituksesta.

Puhtaan voiman tutkijan vanhempi tutkija Marc Perez, joka kirjoitti Columbian yliopistossa tästä aiheesta väitöskirjansa, osallistui artikkeliin. Morgan Putnam, REsuretyn aurinkoanalyysin johtaja, osallistui myös.Conversation

Author

Atmosfääritieteiden tutkimuskeskuksen vanhempi tutkija Richard Perez, University of Albany, New Yorkin osavaltion yliopisto ja oikeustieteen professori Karl R. Rabago; Toimitusjohtaja, Pace Energy and Climate Center, Pace University

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi

Paul Hawken ja Tom Steyer
9780143130444Laajasti levinneen pelon ja apatian edessä kansainvälinen tutkijoiden, ammattilaisten ja tutkijoiden koalitio on koonnut tarjoamaan joukon realistisia ja rohkeita ratkaisuja ilmastonmuutokseen. Tässä on kuvattu sata tekniikkaa ja käytäntöä - jotkut ovat hyvin tunnettuja; jotkut, joita et ole koskaan kuullut. Ne vaihtelevat puhtaasta energiasta tyttärien kouluttamiseen pienituloisissa maissa maankäytön käytäntöihin, jotka vetävät hiiltä pois ilmassa. Ratkaisut ovat olemassa, ovat taloudellisesti kannattavia ja yhteisöt kaikkialla maailmassa toteuttavat niitä taitavasti ja päättäväisesti. Saatavana Amazon

Ilmastoratkaisujen suunnittelu: Poliittinen opas vähähiiliseen energiaan

Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Kun ilmastonmuutos vaikuttaa jo meille, tarve vähentää maailmanlaajuisia kasvihuonekaasupäästöjä ei ole vain kiireellinen. Se on pelottava haaste, mutta teknologiat ja strategiat sen täyttämiseksi ovat nykyään olemassa. Pieni joukko energiapolitiikkoja, jotka on suunniteltu ja toteutettu hyvin, voivat saada meidät matkalla kohti vähähiilistä tulevaisuutta. Energiajärjestelmät ovat suuria ja monimutkaisia, joten energiapolitiikan on oltava kohdennettua ja kustannustehokasta. Yhden kokoiset lähestymistavat eivät yksinkertaisesti tee työtä. Poliittiset päättäjät tarvitsevat selkeän ja kattavan resurssin, jossa hahmotellaan energiapolitiikat, joilla on suurin vaikutus ilmaston tulevaisuuteen, ja kuvataan, miten nämä politiikat suunnitellaan hyvin. Saatavana Amazon

Tämä muuttaa kaikkea: kapitalismi vs. ilmasto

kirjoittanut Naomi Klein
1451697392In Tämä muuttaa kaiken Naomi Klein väittää, että ilmastonmuutos ei ole pelkästään toinen asia, joka on jätettävä verojen ja terveydenhuollon välillä. Se on hälytys, joka kutsuu meitä vahvistamaan taloudellisen järjestelmän, joka on jo meitä monin tavoin epäonnistumassa. Klein rakentaa huolellisesti tapaa, jolla kasvihuonekaasupäästömme vähentäminen on meidän tilaisuutemme vähentää samanaikaisesti eriarvoisuutta, kuvitella rikkoutuneita demokratiojamme uudelleen ja rakentaa taloutemme. Hän paljastaa ilmastonmuutoksen denierien ideologisen epätoivon, mahdollisten geoengineerien messiaaniset harhaluulot ja liian monien vihreiden aloitteiden traagisen defeatismin. Ja hän osoittaa täsmälleen, miksi markkinat eivät ole - eivätkä voi - korjata ilmastokriisiä, vaan pahentavat sen sijaan entistä äärimmäisempiä ja ekologisesti haitallisia uuttomenetelmiä, joihin liittyy riehuva katastrofi kapitalismi. Saatavana Amazon

Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ja ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}

UUSIMMAT VIDEOT

Pienet Plankton-asemaprosessit merellä, jotka keräävät kahdesti niin paljon hiiltä kuin tutkijat ajattelivat
Pienet Plankton-asemaprosessit merellä, jotka keräävät kahdesti niin paljon hiiltä kuin tutkijat ajattelivat
by Ken Buesseler
Meressä on merkittävä rooli maailman hiilisyklissä. Vetovoima tulee pienistä planktoneista, jotka tuottavat…
Ilmastomuutos uhkaa juomaveden laatua suurten järvien yli
Ilmastomuutos uhkaa juomaveden laatua suurten järvien yli
by Gabriel Filippelli ja Joseph D. Ortiz
”Älä juo / älä kiehauta” ei ole mitä kukaan haluaa kuulla kaupunginsa vesijohtovedestä. Mutta yhdistetyt vaikutukset
Energian muutoksesta puhuminen voi rikkoa ilmaston umpikujan
Energian muutoksesta puhuminen voi rikkoa ilmaston umpikujan
by InnerSelfin henkilökunta
Jokaisella on energiatarinoita, olipa kyse sitten sukulaisesta, joka työskentelee öljynporauslautalla, vanhemmasta, joka opettaa lasta kääntymään ...
Viljelykasvit saattavat kohdata hyönteisten ja lämpenevän ilmaston kaksoisvaikeuksia
Viljelykasvit saattavat kohdata hyönteisten ja lämpenevän ilmaston kaksoisvaikeuksia
by Gregg Howe ja Nathan Havko
Hyönteiset ja kasvit, joista he ruokkivat, ovat vuosituhansien ajan olleet mukana evoluutiotaistelussa: syödä tai olla ...
Päästöttömien päästöjen saavuttamiseksi hallituksen on puututtava esteisiin, joilla ihmiset saatetaan pois sähköautoista
Päästöttömien päästöjen saavuttamiseksi hallituksen on puututtava esteisiin, joilla ihmiset saatetaan pois sähköautoista
by Swapnesh Masrani
Yhdistyneen kuningaskunnan ja Skotlannin hallitukset ovat asettaneet kunnianhimoiset tavoitteet tulla nolla-hiilidioksiditalouksiksi vuosiksi 2050 ja 2045 ...
Kevät on saapunut aikaisemmin Yhdysvaltojen yli, ja se ei ole aina hyviä uutisia
Kevät on saapunut aikaisemmin Yhdysvaltojen yli, ja se ei ole aina hyviä uutisia
by Theresa Crimmins
Lämmin ilmasto on edistänyt kevään saapumista suuressa osassa Yhdysvaltoja. Tämä vuosi ei ole poikkeus.
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
by Alan N Williams, et ai
Hallitustenvälisen ilmastomuutospaneelin (IPCC) viimeisimmässä raportissa todetaan, että ilman merkittävää vähennystä…
Georgian kaupunki saa puolet sähköstään presidentti Jimmy Carterin aurinkotilalta
Georgian kaupunki saa puolet sähköstään presidentti Jimmy Carterin aurinkotilalta
by Johnna Crider
Plains, Georgia, on pieni kaupunki, joka on vain Columbuksen, Maconin ja Atlantan eteläpuolella ja Albanyn pohjoispuolella. Se on…

UUSIMMAT ARTIKKELIT

Hurrikaanit ja muut äärimmäiset sääkatastrofit saavat jotkut ihmiset liikkumaan ja vangitsemaan toiset paikalleen
Hurrikaanit ja muut äärimmäiset sääkatastrofit saavat jotkut ihmiset liikkumaan ja vangitsemaan toiset paikalleen
by Jack DeWaard
Jos näyttää siltä, ​​että äärimmäiset sääkatastrofit, kuten hurrikaanit ja metsäpalot, ovat yhä yleisempiä, vakavia ja…
Jos kaikki autot olisivat sähköisiä, Ison-Britannian hiilidioksidipäästöt väheneisivät 12%
Jos kaikki autot olisivat sähköisiä, Ison-Britannian hiilidioksidipäästöt väheneisivät 12%
by George Milev ja Amin Al-Habaibeh
COVID-19-lukitus on vähentänyt saastumista ja päästöjä Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja muualla maailmassa tarjoamalla selkeän…
Brasilian Jair Bolsonaro on tuhoisa alkuperäiskansojen maat, ja maailma häiritsee sitä
Brasilian Jair Bolsonaro on tuhoisa alkuperäiskansojen maat, ja maailma häiritsee sitä
by Brian Garvey ja Mauricio Torres
Vuoden 2019 Amazonin tulipalot aiheuttivat Brasilian metsien suurimman yhden vuoden menetyksen kymmenessä vuodessa. Mutta maailman kanssa ...
Miksi maat eivät laske päästöjä maahantuomistaan ​​tavaroista
Miksi maat eivät laske päästöjä maahantuomistaan ​​tavaroista
by Sarah McLaren
Haluaisin tietää, sisältävätkö Uuden-Seelannin 0.17 prosentin hiilidioksidipäästöt valmistettujen tuotteiden päästöjä…
Vihreät pelastuspalvelut: Luottamalla hiilidioksidipäästöihin, saastuttavat lentoyhtiöt pääsevät koukkuun
Vihreät pelastuspalvelut: Luottamalla hiilidioksidipäästöihin, saastuttavat lentoyhtiöt pääsevät koukkuun
by Ben Christopher Howard
Koronaviruspandemia on maadoittanut tuhansia lentokoneita, mikä edistää kaikkien aikojen suurinta CO fall-laskua…
Pidemmin kasvavilla vuodenaikoilla on rajoitettu vaikutus ilmastomuutoksen torjuntaan
Pidemmin kasvavilla vuodenaikoilla on rajoitettu vaikutus ilmastomuutoksen torjuntaan
by Alemu Gonsamo
Ilmaston lämpeneminen johtaa varhaisiin lähteisiin ja viivästyneisiin syksyihin kylmempissä ympäristöissä, jolloin kasvit voivat kasvaa ...
Sekä konservatiivit että liberaalit haluavat vihreän energian tulevaisuutta, mutta eri syistä
Sekä konservatiivit että liberaalit haluavat vihreän energian tulevaisuutta, mutta eri syistä
by Deidra Miniard et ai
Poliittiset erimielisyydet ovat nykyään yhä kasvava kiinnitys Yhdysvalloissa riippumatta siitä, onko kyse avioliitosta, joka ylittää puolueen linjat.
Kuinka naudanlihan ilmastovaikutukset ovat verrattavissa kasviperäisiin vaihtoehtoihin
Kuinka naudanlihan ilmastovaikutukset ovat verrattavissa kasviperäisiin vaihtoehtoihin
by Alexandra Macmillan ja Jono Drew
Ihmettelen vegaaninlihan ilmastovaikutuksia verrattuna naudanlihaan. Kuinka hyvin käsitelty patty verrataan…