Trường học cũ: Phần lớn nhà máy điện và mạng lưới truyền tải mà chúng tôi dựa vào đã tồn tại trong nhiều thập kỷ. andrewfhart / flickr, CC BY-SA
Lưới điện là một hệ thống tích hợp tuyệt vời của máy móc bao trùm cả một lục địa. Học viện Kỹ thuật Quốc gia đã gọi nó là một trong những thành tựu kỹ thuật lớn nhất của thế kỷ 20. 
Nhưng nó cũng đắt Theo phân tích của tôi, giá trị hiện tại (đã khấu hao) của lưới điện Hoa Kỳ, bao gồm các nhà máy điện, dây điện, máy biến thế và cột điện, là khoảng US $ 1.5 đến hàng nghìn tỷ đô la. Để thay thế, nó sẽ tiêu tốn gần $ nghìn tỷ.
Điều đó có nghĩa là cơ sở hạ tầng điện của Hoa Kỳ, nơi đã chứa hàng nghìn tỷ đô la vốn chìm, sẽ sớm cần đầu tư đáng kể liên tục chỉ để giữ mọi thứ theo cách của họ. Một nhà máy điện được xây dựng trong quá trình mở rộng nhanh chóng của ngành điện trong những thập kỷ sau Thế chiến II hiện đã được 40 trở lên, đã được thanh toán lâu và có thể cần phải được thay thế. Trên thực tế, Hiệp hội kỹ sư dân dụng Hoa Kỳ chỉ cung cấp cho toàn bộ cơ sở hạ tầng năng lượng hầu như không qua lớp D +.
Chính quyền hiện tại đã tuyên bố sẽ đầu tư mạnh vào cơ sở hạ tầng, điều này đặt ra một số câu hỏi liên quan đến hệ thống điện: Mạng lưới năng lượng của tương lai sẽ như thế nào? Làm thế nào để chúng ta đạt được một nguồn cung cấp năng lượng carbon thấp? Nó sẽ có giá bao nhiêu?
Cơ sở hạ tầng dường như là một vấn đề có thể thu thập hỗ trợ từ cả hai bên lối đi. Nhưng để đưa ra quyết định tốt về chi tiêu, trước tiên chúng ta cần hiểu giá trị của lưới điện hiện có.
Hiện trạng quá độ
Mạng lưới điện dự định kéo dài hàng thập kỷ, nhưng ít người nhận ra toàn bộ hệ thống phải cân bằng tốt giữa cung và cầu trong khoảng thời gian ngắn như một giây. Mỗi watt năng lượng điện để thắp sáng nhà cửa, vận hành máy tính xách tay hoặc chạy điều hòa không khí được tạo ra cùng một lúc ở các vị trí khác nhau, chủ yếu bằng cách đốt nhiên liệu quay nam châm trong máy phát điện. Về cơ bản không có lưu trữ điện trên lưới điện; thay vào đó, hầu hết năng lượng được lưu trữ trong nhiên liệu - than, khí đốt tự nhiên, các sản phẩm hạt nhân và nước phía sau đập, chờ lệnh được chuyển đổi thành điện trong thời gian thực.
Vị trí và tình trạng mất giá của tất cả các nhà máy điện của Hoa Kỳ. Joshua Rhodes, EIA Mẫu dữ liệu 860.
Trong những năm gần đây, nơi chúng tôi có được sức mạnh của chúng tôi đã thay đổi đáng kể. Các máy phát điện lâu đời nhất là các nhà máy điện lớn, với nhiều nhà máy nằm ở phía đông của Hoa Kỳ Hầu hết các bổ sung gần đây đã nhỏ hơn và lan rộng hơn - nghĩ các tấm pin mặt trời trên mái nhà hoặc các trang trại gió. Một số chuyên gia thậm chí còn nói rằng mô hình của thế hệ phân tán này gần hơn với nơi tiêu thụ năng lượng - dọc theo rìa của mạng, chứ không phải là các nhà máy điện trung tâm - là định mức mới.
Trong tương lai, chúng ta có thể xây dựng lưới trở lại giống như cách chúng ta đã làm trước đây hoặc chúng ta có thể đầu tư vào các công nghệ mới có thể mang lại dịch vụ tương tự nhưng tại một chi phí thấp hơn.
Và làm thế nào chúng ta có thể làm cho nó sạch hơn? Một số người nghĩ rằng lưới điện có thể chạy hoàn toàn trên các nguồn năng lượng tái tạo. Những người khác nói rằng cách tốt nhất để khử decarbonize, hung hoặc giảm lượng khí thải carbon, cho toàn bộ hệ thống năng lượng là điện khí hóa rộng rãi của lĩnh vực công nghiệp và giao thông.
Nhưng để trả lời những chuyển đổi như vậy sẽ có giá bao nhiêu, chúng ta cần biết: lưới điện hiện tại có giá bao nhiêu? Bao nhiêu là tất cả bê tông, thép, silicon, vv mà chúng ta đã cài đặt trong mặt đất hiện có giá trị? Để giúp thông báo cho các nhà hoạch định chính sách và các nhà hoạch định vật lộn với tầm nhìn của họ về tương lai, tôi bắt đầu trả lời câu hỏi đó.
Điều gì tạo nên lưới điện?
Đối với bài tập này, tôi đã giới hạn mạng lưới lưới của chúng tôi ở các phần sau:
- Nhà máy điện
- Đường dây cao thế và hạ thế, vận chuyển năng lượng qua khoảng cách xa
- Các đường phân phối, mang lại năng lượng trực tiếp cho các tòa nhà hoặc các điểm cuối khác
- Trạm thay thế cho nguồn điện định tuyến trên lưới truyền tải
- Trạm thay thế trên lưới phân phối
- Máy biến áp thay đổi điện áp trên lưới phân phối
Tính toán này loại bỏ các thành phần bổ sung và cần thiết của lưới điện, chẳng hạn như dây điện trong nhà bạn, mét tại các bảng điện trên nhà và các tòa nhà và các thiết bị sử dụng cuối tiêu thụ điện.
Kết hợp thông qua nhiều báo cáo công khai và sử dụng các ước tính cập nhật cho các phương pháp xây dựng mới và tiêu chuẩn để ước tính khấu hao, chúng tôi đã định lượng giá trị tài sản của quốc gia để phát điện, truyền tải và phân phối.
Tổng công suất của các nhà máy điện này là khoảng 1.15 terawts. Đó là công suất phát điện của các lò phản ứng điện hạt nhân 1,000 (Hoa Kỳ hiện có khoảng 100). Như bạn có thể tưởng tượng, điều đó sẽ tốn kém để thay thế. Đối với riêng các nhà máy điện, giá trị thay thế là gần $ 2.7 nghìn tỷ và giá trị khấu hao, hoặc giá trị hiện tại thô, là gần $ 1 nghìn tỷ. Nhìn chung, sự cố của giá trị là về nhà máy điện phần trăm 56, hệ thống truyền tải phần trăm 9 và hệ thống phân phối 35 phần trăm.
Phá vỡ giá trị thay thế và khấu hao của cơ sở hạ tầng điện Hoa Kỳ. Nhiều nguồn dữ liệu cơ bản, bao gồm từ EIA, giống như những nguồn được sử dụng gần đây trong nghiên cứu Toàn bộ chi phí điện của Viện năng lượng UT-Austin. Chúng tôi đã sử dụng lịch khấu hao theo đường thẳng đơn giản hóa kết thúc bằng giá trị phế liệu là 15 phần trăm của chi phí ban đầu vào cuối thời gian dự kiến. Joshua Rhodes
Con đường nào phía trước?
Nếu chúng ta muốn có một tương lai năng lượng sạch hơn, có nhiều con đường để đến đó. Tuy nhiên, tôi đưa ra giả thuyết rằng con đường rẻ nhất và dễ thương nhất sẽ là con đường tận dụng tốt nhất, không trùng lặp, cơ sở hạ tầng mà chúng ta đã có. Một trong những con đường cắm và chơi nhiều nhất trên mạng (và những gì chúng ta đang thấy ngày nay) là sự chuyển đổi từ sản xuất than thành khí đốt tại các nhà máy điện có thể sử dụng dây, cột và cơ sở hạ tầng nước hiện có.
Ở đầu kia của nền kinh tế, một nền kinh tế hydro sẽ đòi hỏi các khoản đầu tư lớn mới vào các loại công nghệ mới, vì vậy nó sẽ tận dụng ít hơn những gì chúng ta hiện có. Chẳng hạn, chúng ta cần xây dựng những nơi để tạo và lưu trữ hydro. Mặt khác, nó có khả năng phục hồi và bền vững hơn.
Hiển thị tuổi của họ: Nâng cấp các đường truyền có thể mang năng lượng mặt trời và gió từ các vùng xa của đất nước đến nơi có người dân, điều này sẽ giúp làm cho lưới điện sạch hơn và có khả năng giảm giá. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND
Một lĩnh vực có vẻ hứa hẹn cho đầu tư cơ sở hạ tầng là nâng cấp mạng truyền tải điện số lượng lớn. Những nâng cấp này có thể cho phép năng lượng chảy giữa các khu vực của Hoa Kỳ và sẽ tương tự như cách hệ thống đường cao tốc liên bang giảm chi phí kinh doanh trên toàn quốc bằng cách giảm đáng kể thời gian vận chuyển hàng hóa và dịch vụ trên khắp đất nước rộng lớn của chúng ta.
Có những khu vực của Hoa Kỳ nơi điện được sản xuất rẻ hơn và với tác động môi trường ít hơn so với các khu vực khác. Mở rộng đường truyền đến các khu vực của đất nước có nguồn năng lượng mặt trời và gió tốt có thể mang lại năng lượng chi phí rất thấp cho người dùng. Vấn đề là những khu vực này không phải lúc nào cũng là nơi con người ở, vì vậy để mang sức mạnh này đến với mọi người, chúng ta cần một mạng lưới truyền tải mạnh mẽ.
Mạng phân phối - một phần của lưới cung cấp điện trực tiếp cho các tòa nhà - cũng có thể tích hợp nhiều năng lượng mặt trời hơn mà không phải trả thêm chi phí cho hoạt động của lưới điện. Nhưng một khi công suất năng lượng mặt trời đạt đến một tỷ lệ phần trăm nhu cầu năng lượng nhất định trên mạng cục bộ, thay đổi theo vị trí, thì nhiều chi phí phát sinh.
Cuối cùng, người tiêu dùng hoặc người nộp thuế, cuối cùng luôn trả tiền cho các dự án nâng cấp này, nhưng lợi ích có thể lớn hơn chi phí. Việc mở rộng lưới điện của Texas đã cho phép năng lượng gió nhiều hơn để đạt được các trung tâm tải trong đó, cùng với việc giảm giá khí đốt, đã làm giảm chi phí thị trường điện bán buôn. Những chi phí thấp hơn là sau đó chuyển cho người trả tiền.
Không có con đường nào không cần đầu tư - thậm chí chỉ cần duy trì những gì chúng ta có sẽ tốn hàng trăm tỷ, nếu không nói là hàng nghìn tỷ đô la trong thập kỷ tới. Câu hỏi lớn hơn là: Khi chúng ta tiếp tục thay thế và xây dựng lại lưới điện tuyệt vời này, chúng ta nên tập trung vào những công nghệ nào?
Giới thiệu về Tác giả
Joshua D. Rhodes, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về năng lượng, Đại học Texas ở Austin
Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.
Sách liên quan
at Thị trường InnerSelf và Amazon
