Полностью возобновляемая сеть будет означать больше электроэнергии и больше линий электропередачи. Расс Эллисон Лоар / flickr, CC BY-NC-ND

Основное решение изменение климата Общеизвестно - хватит сжигать ископаемое топливо. Как это сделать сложнее, но, как ученый, который занимается энергетическим моделированием, я и другие люди видим контуры будущего после ископаемого топлива: мы производить электричество из возобновляемых источников и электрифицировать практически все.

Это означает использование транспортных средств и поездов на электричестве, отопление зданий электрическими Тепловые насосы, электрифицируя промышленного применения таких как производство стали и использование возобновляемой электроэнергии, чтобы сделать Гидрирование (аналог природного газа) для других требований. Поэтому основное внимание уделяется обеспечению электросети возобновляемыми источниками.

Однако ведутся споры о том, являются ли полностью возобновляемые энергосистемы выполнимый и как быстро переход может быть сделан. Здесь я утверждаю, что выполнимость ясна, поэтому актуален только вопрос перехода.

Известные технологии

Ветровая электростанция в Техасе. Техас получил около 15% своей электроэнергии от ветра в 2017. Draxis / Flickr, CC BY-ND

Мое исследование сосредоточено на экономика возобновляемых источников энергии, Чтобы продемонстрировать выполнимость и оценить стоимость возобновляемых электрических систем, исследователи используют компьютерные модели, которые рассчитывают потенциальное производство из различных технологий в каждый момент времени, основываясь на изменяющихся погодных условиях. Модель показывает, какая комбинация источников электроэнергии и систем хранения энергии имеет наименьшую стоимость при постоянном удовлетворении спроса.

Многие исследования продемонстрировать, что полностью возобновляемые электрические сети осуществимы в США, Европе, Австралия и в других местах. Мы с коллегами недавно завершили небольшое исследование острова-нации Маврикий. Острова привлекательны места для первоначальных возобновляемых переходов из-за их небольшого масштаба, относительной простоты и зависимости от импортного топлива.

Есть некоторое количество способы производства возобновляемой электроэнергии: гидро, ветровая, солнечная фотоэлектрическая, геотермальная и сжигание различных форм биомассы (растительных веществ), кроме повышение эффективности использовать меньше энергии. Это зрелые технологии с известными затратами.

Другие возможности включают волна, прилив и концентрация солнечной энергиигде отражатели фокусируют солнечные лучи для производства энергии. Хотя они могут быть использованы в будущем, необходимость решения проблемы изменения климата является насущной, и, по моей оценке, достаточно зрелых технологий.

Мнения о ядерная энергия бежать сильным, что является еще одним разговором. Но модели показывают, что Соединенным Штатам не нужна ядерная энергия для утилизации ископаемого топлива.

Сетка будущего

Системы возобновляемой энергии зависят от местоположения: лучшая система зависит от ресурсов местоположения (ветрено ли это?), Его временной структуры (как часто это не ветрено?) И наличия дополнительных источников (есть ли гидроэнергия для резервного копирования?). Несмотря на эту чувствительность местоположения, исследования в разнородных местах находят аналогичные результаты.

Наличие разнообразных возобновляемых источников может снизить затраты. В частности, солнечные и ветровые дополнительный если солнечный сезон не ветреный сезон; Модели обнаруживают, что комбинация обоих типов обычно дешевле, чем любая из них.

Для большинства технологий больший масштаб снижает стоимость, Например, в Соединенных Штатах, крупные солнечные фермы могут быть более чем в 1,000 раз больше, чем жилые системы на крыше, и примерно вдвое дешевле. Чтобы минимизировать стоимость, мы строим большие системы.

Строительство крупномасштабных проектов в области возобновляемых источников энергии, таких как солнечная электростанция 550-мегаватт в пустыне Мохаве в Калифорнии, приводит к снижению затрат на производимую энергию. Министерство внутренних дел США, CC BY-SA

Поскольку солнечные и ветровые условия меняются в зависимости от ландшафта, система затраты падают по мере роста производственной площадитак что должно быть надежная электрическая сеть перемещать электроэнергию из мест, где есть спрос, в места спроса. Нам также нужно больше электроэнергии для таких применений, как транспорт, который в настоящее время использует ископаемое топливо. Это означает, что сетка должна расти.

Исследования показывают, что работа электрической сети с переменной возобновляемой энергией не использовать или сбрасывать энергию иногда стратегия, которая снижает затраты по сравнению с постоянным хранением избыточной энергии.

Тем не менее, некоторая форма хранение электроэнергии нужно. Аккумуляторы хорошо работают для сглаживания кратковременных колебаний, но для накопления энергии в течение многих часов или дней, гидроаккумулирующее хранилище дешевле Насосная гидроэлектростанция использует любую дополнительную энергию в энергосистеме для накачки воды в гору, и когда энергия требуется, вода стекает обратно вниз для генерации энергии в турбине. В Соединенных Штатах есть несколько существующих примеров и много возможных мест, При расширении сетки хранилище может располагаться на расстоянии от пользователей.

Гидроэлектроэнергия и электроэнергия на биомассе предоставляются по запросу, поэтому наличие их в возобновляемой электрической сети сокращает потребность в аккумулировании энергии и снижает затраты. Оба имеют экологические последствия, которые необходимо контролировать.

Управление энергетической информации США, CC BY

Гидроэнергетика может изменить местные экосистемы. Жжение биомасса выделяет углекислый газ, но исследование, над которым я работал, показывает, что выбросы биомассы обратимы и явно предпочтительны для выбросов углерода по сравнению с выбросами ископаемого топлива. Устойчивость также критически зависит от управления полями биомассы и лесами; человеческий послужной список на этом не был звездным.

Системы возобновляемой энергии требуют земли. Исследование США показывает, что для подачи всей электроэнергии от ветра, воды и солнечной энергии потребуется 0.42% площади суши, плюс 1.6% площади суши для пространства между ветряными турбинами. Энергия биомассы требует гораздо больше земли, чем ветра или солнца, поэтому биомасса должна быть небольшой частью решения по возобновляемой энергии.

Настоящие барьеры - это политические и культурные

Будущая возобновляемая электрическая сеть с соответствующей электрификацией может или не может снизить затраты на электроэнергию, Но избежать наихудших последствий изменения климата означает отказ от ископаемого топлива, независимо от того, экономит ли это деньги или нет. Тем не менее, возобновляемый переход будет быстрее и политически проще, если он будет менее дорогим.

In МаврикийНаше исследование показывает, что затраты на возобновляемую электроэнергию аналогичны нынешним затратам на основе текущих капитальных затрат на возобновляемую энергию. Некоторые исследования также посчитайте, что затраты на будущую возобновляемую электроэнергию будут ниже, чем нынешние затраты на ископаемое топливо, в вероятном случае, когда затраты сократятся, когда мы создаем больше систем возобновляемой энергии и становимся лучше в этом.

И это все, с технической точки зрения. Комбинация возобновляемых источников и хранения энергии - специфическая комбинация в зависимости от местных условий и предпочтений - может обеспечить все необходимое электричество по доступной цене и снизить загрязнение воздуха для загрузки.

Но государственная политика необходима для перехода на возобновляемые источники энергии. Изменение климата - это внешние издержки, которые несут общество, а не производители энергии, поэтому рыночные силы сами по себе не смогут осуществить переход. Помимо установления цены на углерод (возможно, с дивиденды возвращены общественности), правительство могло бы облегчить создание необходимой инфраструктуры. И общественная поддержка необходима: например, общественное признание линий электропередачи для передачи электричества от ветреной Великой равнины к городским центрам является еще одной проблемой для полностью возобновляемой сети.

Проект в масштабе трансформации энергосистемы создание рабочих мест - много рабочих мест - что является, пожалуй, экономической мерой, наиболее важной для граждан.

Исследования, проведенные мной и другими, показывают, что полностью возобновляемые электрические сети осуществимы с использованием современных технологий по текущим ценам; барьеры на пути использования возобновляемой электроэнергии являются скорее политическими и культурными, чем технологическими или экономическими.

Об авторе

Дэвид ТиммонсДоцент кафедры экономики, Университет Массачусетса Бостон

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

Просадка: самый всеобъемлющий план, когда-либо предлагаемый для обратного глобального потепления

Пол Хокен и Том Стейер
Перед лицом широко распространенного страха и апатии международная коалиция исследователей, специалистов и ученых объединилась, чтобы предложить ряд реалистичных и смелых решений проблемы изменения климата. Здесь описаны сто методов и практик, некоторые из них хорошо известны; некоторые, о которых вы, возможно, никогда не слышали. Они варьируются от чистой энергии до обучения девочек в странах с низким уровнем дохода и практики землепользования, которая выбрасывает углерод из воздуха. Решения существуют, являются экономически жизнеспособными, и сообщества во всем мире в настоящее время принимают их с умением и решительностью. Доступно на Amazon

Проектирование климатических решений: руководство по политике для низкоуглеродной энергетики

Хэл Харви, Робби Орвис, Джеффри Риссман
Поскольку последствия изменения климата уже сказываются на нас, необходимость сокращения глобальных выбросов парниковых газов является не менее чем насущной. Это непростая задача, но технологии и стратегии для ее решения существуют сегодня. Небольшой набор энергетических политик, хорошо продуманных и реализованных, может направить нас на путь к низкоуглеродному будущему. Энергетические системы большие и сложные, поэтому энергетическая политика должна быть целенаправленной и рентабельной. Универсальные подходы просто не помогут. Директивным органам нужен четкий и всеобъемлющий ресурс, в котором излагается энергетическая политика, которая окажет наибольшее влияние на наше климатическое будущее, и описывается, как ее правильно разрабатывать. Доступно на Amazon

Это меняет все: Капитализм против Климатологической

Наоми Кляйн
In Это изменяет все Наоми Кляйн утверждает, что изменение климата - это не просто еще одна проблема, которую нужно аккуратно поставить между налогами и здравоохранением. Это тревога, которая призывает нас к налаживанию экономической системы, которая уже во многих отношениях подводит нас. Кляйн тщательно выверяет аргументы в пользу того, что массовое сокращение выбросов парниковых газов - это наш лучший шанс одновременно сократить неравенство, изменить наши разрушенные демократии и восстановить разрушенную местную экономику. Она разоблачает идеологическое отчаяние отрицателей изменения климата, мессианские заблуждения потенциальных геоинженеров и трагический пораженчество слишком многих основных зеленых инициатив. И она наглядно демонстрирует, почему рынок не смог - и не может - исправить климатический кризис, а вместо этого усугубит ситуацию, применяя все более экстремальные и экологически разрушительные методы добычи, сопровождаемые безудержным капитализмом бедствий. Доступно на Amazon

От издателя:
Покупки на Amazon идут, чтобы покрыть стоимость привлечения вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, и ClimateImpactNews.com бесплатно и без рекламодателей, которые отслеживают ваши привычки просмотра. Даже если вы нажмете на ссылку, но не купите эти выбранные продукты, все остальное, что вы купите в этом же посещении Amazon, платит нам небольшую комиссию. Никаких дополнительных затрат для вас нет, поэтому, пожалуйста, внесите свой вклад. Вы также можете воспользоваться этой ссылкой использовать в Amazon в любое время, чтобы вы могли помочь поддержать наши усилия.