Làm thế nào để có một lưới điện tái tạo

Làm thế nào để có một lưới điện tái tạo
Một lưới hoàn toàn có thể tái tạo sẽ có nghĩa là nhiều điện hơn và nhiều đường truyền hơn. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

Giải pháp chính cho biến đổi khí hậu được biết đến - ngừng đốt nhiên liệu hóa thạch. Làm thế nào để làm điều này phức tạp hơn, nhưng là một học giả làm mô hình năng lượng, tôi và những người khác nhìn thấy những phác thảo về một tương lai nhiên liệu sau hóa thạch: Chúng ta sản xuất điện với các nguồn tái tạo và điện khí hóa hầu hết mọi thứ.

Điều đó có nghĩa là chạy phương tiện và xe lửa bằng điện, sưởi ấm các tòa nhà bằng điện bơm nhiệt, điện khí hóa ứng dụng công nghiệp chẳng hạn như sản xuất thép và sử dụng điện tái tạo để sản xuất khinh khí (tương tự như khí tự nhiên) cho các yêu cầu khác. Vì vậy, trọng tâm là cung cấp năng lượng cho lưới điện với các nguồn tái tạo.

Tuy nhiên, có tranh luận về việc hệ thống điện tái tạo hoàn toàn có khả thinhanh như thế nào quá trình chuyển đổi có thể được thực hiện. Ở đây tôi cho rằng tính khả thi là rõ ràng, vì vậy chỉ có câu hỏi chuyển tiếp là có liên quan.

Công nghệ đã biết

Làm thế nào để có một lưới điện hoàn toàn có thể tái tạo Làm thế nào để có một lưới điện hoàn toàn có thể tái tạo
Một trang trại gió ở Texas. Texas nhận được về 15% điện từ gió trong 2017.
Draxis / flickr, CC BY-NĐ

Nghiên cứu của tôi tập trung vào kinh tế năng lượng tái tạo. Để chứng minh tính khả thi và ước tính chi phí của hệ thống điện tái tạo, các nhà nghiên cứu sử dụng các mô hình máy tính tính toán sản xuất tiềm năng từ các công nghệ khác nhau tại từng thời điểm, dựa trên điều kiện thời tiết thay đổi. Một mô hình cho thấy sự kết hợp giữa các nguồn điện và hệ thống lưu trữ năng lượng có chi phí thấp nhất trong khi luôn đáp ứng nhu cầu.

Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng lưới điện tái tạo hoàn toàn là khả thi trong Hoa Kỳ, Châu Âu, Úc và những nơi khác. Các đồng nghiệp của tôi và tôi gần đây đã hoàn thành một nghiên cứu quy mô nhỏ trên đảo quốc Mauritius. Quần đảo thật hấp dẫn nơi chuyển đổi tái tạo ban đầu vì quy mô nhỏ, đơn giản tương đối và phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu.

Có một số cách để tạo ra điện tái tạo: thủy điện, gió, quang điện mặt trời, địa nhiệt và đốt các dạng sinh khối khác nhau (chất thực vật), bên cạnh đó nâng cao hiệu quả sử dụng ít năng lượng hơn. Đây là những công nghệ trưởng thành với chi phí được biết đến.

Các khả năng khác bao gồm sóng, thủy triềunăng lượng mặt trời tập trung, nơi các gương phản xạ tập trung các tia năng lượng mặt trời để tạo ra năng lượng. Mặc dù chúng có thể được sử dụng trong tương lai, nhưng nhu cầu giải quyết biến đổi khí hậu là rất cấp bách, và theo ước tính của tôi, các công nghệ trưởng thành là đủ.

Ý kiến ​​về năng lượng hạt nhân chạy mạnh, đó là một cuộc trò chuyện khác. Nhưng các mô hình cho thấy Hoa Kỳ không cần năng lượng hạt nhân để nghỉ hưu nhiên liệu hóa thạch.

Lưới của tương lai

Các hệ thống năng lượng tái tạo là đặc thù của địa điểm: Hệ thống tốt nhất phụ thuộc vào tài nguyên của địa điểm (có gió không?), Mô hình thời gian của nó (có thường xuyên không có gió không?) Và có sẵn các nguồn bổ sung (có thủy điện để dự phòng không?). Mặc dù độ nhạy của vị trí này, các nghiên cứu ở những nơi khác nhau đang tìm thấy kết quả tương tự.

Có sự đa dạng của các nguồn tái tạo có thể làm giảm chi phí. Đặc biệt, năng lượng mặt trời và gió là bổ túc nếu mùa nắng không phải là mùa gió; các mô hình thấy rằng sự kết hợp của cả hai thường rẻ hơn so với một mình.

Đối với hầu hết các công nghệ, quy mô lớn hơn giảm chi phí. Ví dụ, tại Hoa Kỳ, các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn có thể lớn hơn 1,000 gấp nhiều lần so với hệ thống mái nhà dân cư và khoảng một nửa chi phí. Để giảm thiểu chi phí, chúng tôi xây dựng các hệ thống lớn.

Làm thế nào để có một lưới điện hoàn toàn có thể tái tạo Làm thế nào để có một lưới điện hoàn toàn có thể tái tạo
Xây dựng các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn, như nhà máy năng lượng mặt trời 550-megawatt này ở sa mạc Mojave ở California, dẫn đến chi phí thấp hơn cho năng lượng sản xuất.
Bộ Nội vụ Hoa Kỳ, CC BY-SA

Bởi vì điều kiện năng lượng mặt trời và gió khác nhau trên toàn cảnh quan, hệ thống chi phí giảm khi diện tích sản xuất tăng, vì vậy cần phải có một lưới điện mạnh mẽ để di chuyển điện từ những nơi có nguồn cung đến những nơi có nhu cầu. Chúng ta cũng cần nhiều điện hơn cho các ứng dụng như giao thông hiện đang sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Điều này có nghĩa là lưới điện phải phát triển.

Các nghiên cứu cho thấy rằng chạy một lưới điện với năng lượng tái tạo thay đổi sẽ bao gồm không sử dụng, hoặc bán phá giá, một số năng lượng đôi khi, một chiến lược giảm chi phí so với việc luôn lưu trữ năng lượng dư thừa.

Tuy nhiên, một số hình thức lưu trữ điện là cần thiết. Pin hoạt động tốt để làm mịn các dao động ngắn hạn, nhưng để lưu trữ năng lượng trong nhiều giờ hoặc nhiều ngày, bơm thủy điện ít tốn kém Bơm thủy điện sử dụng bất kỳ năng lượng bổ sung nào trong lưới điện để bơm nước lên cao, và khi cần năng lượng, nước chảy ngược xuống để tạo ra năng lượng trong tuabin. Hoa Kỳ có một số ví dụ hiện có và nhiều địa điểm khả thi. Với việc mở rộng lưới, lưu trữ có thể được đặt ở khoảng cách với người dùng.

Thủy điện và năng lượng sinh khối có sẵn theo yêu cầu, do đó, có những thứ này trong lưới điện tái tạo sẽ thu hẹp nhu cầu lưu trữ năng lượng và giảm chi phí. Cả hai đều có tác động môi trường phải được quản lý.

Làm thế nào để có một lưới điện hoàn toàn có thể tái tạo Làm thế nào để có một lưới điện hoàn toàn có thể tái tạo
Quản lý Thông tin Năng lượng, CC BY

Thủy điện có thể thay đổi hệ sinh thái địa phương. Đốt sinh khối thải ra carbon dioxide, nhưng một nghiên cứu tôi thực hiện cho thấy khí thải sinh khối có thể đảo ngược và rõ ràng là carbon thích hợp hơn với khí thải nhiên liệu hóa thạch. Tính bền vững cũng phụ thuộc rất nhiều vào việc quản lý các khu vực sinh khối và rừng; hồ sơ theo dõi của con người về điều này đã không được sao.

Hệ thống năng lượng tái tạo đòi hỏi đất đai. Một Du học Mỹ cho thấy rằng việc cung cấp tất cả điện từ gió, nước và mặt trời sẽ cần 0.42% diện tích đất, cộng với 1.6% diện tích đất cho không gian giữa các tuabin gió. Năng lượng sinh khối đòi hỏi nhiều đất hơn gió hoặc mặt trời, vì vậy sinh khối phải là một phần nhỏ của giải pháp năng lượng tái tạo.

Rào cản thực sự là chính trị và văn hóa

Một mạng lưới điện tái tạo trong tương lai với điện khí hóa liên quan có thể có hoặc không giảm chi phí năng lượng. Nhưng tránh những tác động xấu nhất của biến đổi khí hậu có nghĩa là bỏ nhiên liệu hóa thạch, cho dù điều này có tiết kiệm tiền hay không. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi tái tạo sẽ nhanh hơn và dễ dàng hơn về mặt chính trị nếu nó ít tốn kém hơn.

In Mauritius, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy chi phí điện tái tạo tương tự như chi phí hiện tại ở đó, dựa trên chi phí vốn hiện tại cho năng lượng tái tạo. Một số nghiên cứu cũng thấy chi phí cho điện tái tạo trong tương lai thấp hơn chi phí nhiên liệu hóa thạch hiện tại, trong trường hợp có khả năng chi phí giảm khi chúng ta xây dựng các hệ thống năng lượng tái tạo nhiều hơn và làm tốt hơn.

Và đó là nó, từ góc độ kỹ thuật. Một sự kết hợp của các nguồn tái tạo và lưu trữ năng lượng - sự kết hợp cụ thể tùy thuộc vào điều kiện và sở thích của địa phương - có thể cung cấp tất cả điện cần thiết với giá cả phải chăng và sẽ giảm ô nhiễm không khí để khởi động.

Nhưng chính sách của chính phủ là cần thiết để thực hiện chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. Biến đổi khí hậu là một chi phí bên ngoài - do xã hội gánh chịu chứ không phải do các nhà sản xuất năng lượng - vì vậy một mình các lực lượng thị trường sẽ không thực hiện quá trình chuyển đổi. Bên cạnh việc đặt giá carbon (có lẽ với cổ tức trả lại cho công chúng), chính phủ có thể làm cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết dễ dàng hơn. Và cần có sự hỗ trợ của công chúng: Ví dụ, sự chấp nhận của công chúng đối với các đường dây truyền tải để di chuyển điện từ Great Plains đầy gió đến các trung tâm thành phố là một thách thức khác đối với lưới điện hoàn toàn có thể tái tạo.

Một dự án trên quy mô chuyển đổi hệ thống năng lượng sẽ Tạo việc làm - nhiều việc làm - có lẽ là thước đo kinh tế có tầm quan trọng nhất đối với công dân.

Nghiên cứu từ tôi và những người khác cho thấy lưới điện tái tạo hoàn toàn là khả thi với công nghệ hiện tại với mức giá hiện tại; rào cản đối với việc sử dụng điện tái tạo là chính trị và văn hóa hơn là công nghệ hoặc kinh tế.

Lưu ý

David Timmons, Phó Giáo sư Kinh tế, Đại học Massachusetts Boston

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu

của Paul Hawken và Tom Steyer
9780143130444Trước nỗi sợ hãi và sự thờ ơ lan rộng, một liên minh quốc tế gồm các nhà nghiên cứu, chuyên gia và nhà khoa học đã cùng nhau đưa ra một loạt các giải pháp thực tế và táo bạo cho biến đổi khí hậu. Một trăm kỹ thuật và thực hành được mô tả ở đây, một số người nổi tiếng; một số bạn có thể chưa bao giờ nghe nói Chúng bao gồm từ năng lượng sạch đến giáo dục các cô gái ở các nước thu nhập thấp hơn đến các hoạt động sử dụng đất kéo carbon ra khỏi không khí. Các giải pháp tồn tại, có hiệu quả kinh tế và các cộng đồng trên toàn thế giới hiện đang ban hành chúng với kỹ năng và quyết tâm. Có sẵn trên Amazon

Thiết kế các giải pháp khí hậu: Hướng dẫn chính sách cho năng lượng carbon thấp

của Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Với những tác động của biến đổi khí hậu đã xảy ra với chúng ta, nhu cầu cắt giảm khí thải nhà kính toàn cầu không gì khác hơn là cấp bách. Đó là một thách thức khó khăn, nhưng các công nghệ và chiến lược để đáp ứng nó tồn tại đến ngày nay. Một tập hợp nhỏ các chính sách năng lượng, được thiết kế và thực hiện tốt, có thể đưa chúng ta đến con đường tương lai carbon thấp. Các hệ thống năng lượng rất lớn và phức tạp, vì vậy chính sách năng lượng phải được tập trung và tiết kiệm chi phí. Cách tiếp cận một kích cỡ phù hợp với tất cả chỉ đơn giản là sẽ không hoàn thành công việc. Các nhà hoạch định chính sách cần một nguồn lực rõ ràng, toàn diện, phác thảo các chính sách năng lượng sẽ có tác động lớn nhất đến tương lai khí hậu của chúng ta và mô tả cách thiết kế tốt các chính sách này. Có sẵn trên Amazon

Đây Changes Everything: Chủ nghĩa tư bản vs khí hậu

bởi Naomi Klein
1451697392In Đây Changes Everything Naomi Klein lập luận rằng biến đổi khí hậu không chỉ là vấn đề khác được nộp gọn gàng giữa thuế và chăm sóc sức khỏe. Đó là một báo động kêu gọi chúng tôi sửa chữa một hệ thống kinh tế đã làm chúng tôi thất bại theo nhiều cách. Klein xây dựng một cách tỉ mỉ trường hợp làm thế nào để giảm lượng khí thải nhà kính một cách ồ ạt là cơ hội tốt nhất của chúng tôi để đồng thời giảm bất bình đẳng, tưởng tượng lại các nền dân chủ bị phá vỡ của chúng tôi và xây dựng lại nền kinh tế địa phương bị cắt đứt. Cô vạch trần sự tuyệt vọng về ý thức hệ của những người từ chối biến đổi khí hậu, những ảo tưởng lộn xộn của những người theo chủ nghĩa địa lý và sự thất bại bi thảm của quá nhiều sáng kiến ​​xanh chính thống. Và cô ấy chứng minh chính xác lý do tại sao thị trường không khắc phục được và không thể khắc phục khủng hoảng khí hậu mà thay vào đó sẽ làm mọi thứ tồi tệ hơn, với các phương pháp khai thác cực kỳ nghiêm trọng và gây tổn hại về mặt sinh thái, kèm theo chủ nghĩa tư bản thảm họa tràn lan. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}