Nowe badania sugerują, że Stany Zjednoczone mogłyby obniżyć emisje węgla z produkcji energii elektrycznej nawet o 78 procent bez konieczności opracowywania nowych technologii lub stosowania kosztownych baterii. Jest jednak pewien haczyk. Kraj musiałby zbudować nową krajową sieć przesyłową, aby państwa mogły dzielić energię.
powiązana zawartość
- Francja toruje ponad 600 mil dróg dzięki panelom słonecznym
- Wykorzystanie Kirigami, japońskiej sztuki cięcia papieru, do budowy lepszych paneli słonecznych
- Recesja, a nie szczelinowanie, spowodowało spadek emisji dwutlenku węgla w USA
„Nasz pomysł polegał na tym, że gdybyśmy mieli krajową„ międzystanową autostradę dla elektronów ”, moglibyśmy przesuwać moc w miarę potrzeb i moglibyśmy umieścić elektrownie wiatrowe i słoneczne w najlepszych miejscach”, mówi współautor badań Alexander MacDonald, który niedawno przeszedł na emeryturę jako dyrektor Laboratorium Badań Systemu Ziemi NOAA w Boulder, Kolorado.
Kilka lat temu MacDonald był ciekawy twierdzeń, że nie ma dostępnej technologii, która mogłaby zmniejszyć emisje dwutlenku węgla bez podwojenia lub potrojenia kosztów energii elektrycznej. Kiedy zbadał ten problem, odkrył, że badania leżące u podstaw roszczeń nie uwzględniają bardzo zmiennych warunków pogodowych w tym kraju.
Jednym z dużych problemów związanych z energią wiatrową i słoneczną jest to, że ich dostępność zależy od pogody. Energia słoneczna jest dostępna tylko w słoneczne dni, a nie podczas burz i nocy. Turbiny wiatrowe nie działają, gdy wiatr nie wieje wystarczająco - lub gdy wieje zbyt mocno. Z tego powodu niektóre badania dowodzą, że technologie te są opłacalne tylko wtedy, gdy dostępne są akumulatory o dużej pojemności do magazynowania energii z tych źródeł do wykorzystania, gdy nie działają. Podniosłoby to koszt energii elektrycznej znacznie powyżej obecnych cen.
Ale „zawsze gdzieś jest dostępna energia wiatrowa i słoneczna”, zauważa MacDonald. Więc on i jego koledzy postanowili zaprojektować niskoemisyjny system wytwarzania energii elektrycznej, który lepiej uwzględni - a nawet wykorzysta - pogodę narodu. Ich badanie pojawia się dzisiaj w Nature Climate Change .
Ich model komputerowy pokazał, że przestawiając się głównie na źródła energii wiatrowej i słonecznej - przy niewielkiej pomocy z gazu ziemnego, hydroelektrowni i energii jądrowej, gdy pogoda nie współpracuje - Stany Zjednoczone mogłyby zmniejszyć emisję węgla o 33 do 78 procent w stosunku do poziomów z 1990 roku, w zależności od dokładnego kosztu energii odnawialnej i gazu ziemnego. (Im niższy koszt energii odnawialnej i wyższy koszt gazu ziemnego, tym więcej oszczędności węgla.) Dodanie węgla do mieszanki nie spowodowało, że energia elektryczna była tańsza, ale spowodowała 37-procentowy wzrost emisji dwutlenku węgla.
Kluczem do tej przyszłości byłoby opracowanie systemu do przesyłania energii elektrycznej w całym kraju, tak aby wietrzny dzień w Północnej Dakocie mógł zasilić pochmurny, spokojny dzień w Nowym Jorku. Wymagałoby to nie tylko nowych umów między stanami - na przykład Teksas ma własną oddzielną sieć energetyczną - ale także modernizacji linii przesyłowych, które przenoszą elektrony z jednego miejsca do drugiego.
W większości obszarów energia przesuwa się po liniach prądu przemiennego o wysokim napięciu, ale istnieją ograniczenia dotyczące odległości, na jaką linie te mogą przenosić energię. Przejście na prąd stały wysokiego napięcia pozwoliłoby producentom energii przesyłać więcej energii elektrycznej na większą odległość. Oznacza to, że nowe turbiny wiatrowe i elektrownie słoneczne mogłyby być budowane w miejscach o największym potencjale energii wiatrowej i słonecznej, ponieważ odległość od miejsca, w którym energia jest potrzebna, nie miałaby znaczenia.
Budowa nowej sieci do przesyłu energii elektrycznej byłaby dużym zadaniem. Ale model komputerowy pokazał, że może być opłacalny, ponieważ w dłuższej perspektywie pozwoliłby na dostęp do taniej energii, zauważa współautor badania Christopher Clack, matematyk z Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences na Colorado University-Boulder .
„Budując te urządzenia przesyłowe, zmniejszamy koszty usuwania węgla zamiast go zwiększać”, mówi.
Niektóre stany, takie jak Kalifornia i Nowy Jork, są już na drodze do tej niskoemisyjnej przyszłości, a Vermont właśnie zatwierdził plany linii prądu stałego o wysokim napięciu z Kanady, zauważa Mark Jacobson, naukowiec zajmujący się atmosferą na Uniwersytecie Stanforda. W ubiegłym roku kierował badaniem opublikowanym w Proceedings of National Academy of Sciences, które pokazało, w jaki sposób Stany Zjednoczone mogą osiągnąć sieć elektryczną z całkowicie odnawialnymi źródłami energii, z pewną pomocą technologii magazynowania.
„Możemy wykorzystać istniejące ścieżki transmisji”, mówi Jacobson, i po prostu poprawić linie, które przez nie przebiegają. „Nie potrzebujesz tylu nowych ścieżek, ile myślisz.”
Zwiększenie energii odnawialnej przyniosłoby korzyści oprócz niższej emisji dwutlenku węgla, takie jak ograniczenie zanieczyszczenia powietrza i niższe koszty. „Przejście ma niewiele wad”, mówi.
Ponadto, zauważa MacDonald, przejście na niskoemisyjne wytwarzanie energii elektrycznej może służyć jako katalizator obniżenia emisji dwutlenku węgla w sektorach takich jak ogrzewanie domu i transport. „Bez względu na wszystko, najpierw musisz zrobić prąd” - mówi, a reszta nastąpi.
