Солнечная энергия и энергия ветра конкурируют с угольными электростанциями, когда речь идет о системах хранения энергии. AP Photo / Мел Эванс

Безуглеродная энергия: ответ дует на ветер? Возможно, но ветер не всегда дует, и солнце не всегда светит. Энергия, генерируемая ветром и солнечной энергией, является прерывистой, что означает, что генерируемое электричество увеличивается и уменьшается в зависимости от погоды.

Но выработка электроэнергии должна быть управляемой, чтобы соответствовать изменяющимся потребностям потребителей по секундам. Таким образом, перемежаемость энергии ветра и солнца является оперативной проблемой для электрической системы.

Хранение энергии является широко признанным решением проблемы неустойчивых возобновляемых источников энергии. Идея состоит в том, что хранилище заряжается, когда дует ветер или светит солнце, а затем разряжается позже, когда требуется энергия. Хранение для сетки может быть химическая батарея как те, которые мы используем в электронных устройствах, но это также может принимать форму закачивание воды в гору в резервуар и вырабатывает электроэнергию, позволяя ему стечь обратно, или хранит и разряжает сжатый воздух в подземной пещере.

Наиболее широко используемой формой накопления энергии в электрической сети является откачка воды в гору, а затем сброс ее в часы пик для запуска энергетической турбины. Ваттенфалл, CC BY-NC-ND

Руководствуясь мнением о том, что хранение является «зеленой» технологией, правительства все активнее содействуют распределению и хранению энергии в масштабах предприятия. Например, в ноябре 2017, губернатор Нью-Йорка Эндрю Куомо подписал законопроект, обязывающий цели для принятия хранилища 2030, Другие государства с подобной политикой - Орегон, Массачусетс, Калифорния и Мэриленд. Такие компании, как Tesla, также рекламируют системы хранения как чистые технологии.

Но снижают ли выбросы в наших нынешних сетях большие системы хранения? В Недавнее исследованиемы обнаружили, что это не обязательно так - отражение того, насколько сложной может быть электрическая система.

Роль угля

Поскольку хранение может позволить возобновляемым источникам энергии удовлетворять изменяющийся спрос, мы часто предполагаем, что технология изначально экологична, то есть, добавляя хранение и возобновляемые источники энергии в сеть, мы сокращаем выбросы парниковых газов. Это все равно, что заметить, что компьютеры могут обеспечить образование и повысить производительность, а затем предположить, что все, что человек делает на компьютере, является образовательным или продуктивным. Как для хранения энергии, так и для компьютеров, это зависит от того, как вы ее используете.

В нашем анализе мы обнаружили, что добавление хранилища может для некоторых сетей увеличить выбросы углерода. На первый взгляд, это нелогично, но этот результат имеет смысл, если учесть, как работают электрические сети. Вообще говоря, вся сетка США работает как набор региональных подсетей которые покрывают США как лоскутное одеяло.

Генеральный директор Tesla Илон Маск представляет батарею компании для электросети в 2015. AP Photo / Ринго Х.В. Чиу

В хранилище энергии нет выбросов дымовых газов, таких как электростанции, работающие на угле или природном газе. Но новое хранилище влияет на работу других электростанций в сети, что приводит к увеличению или уменьшению выбросов углерода в зависимости от типа электростанций, поставляющих электроэнергию для этого региона.

В большинстве случаев системы хранения в США работают, чтобы максимизировать прибыль. Для этого хранилище «покупается дешево и продается дорого». Электричество, как правило, дешево ночью, когда спрос низок, и дороже днем, особенно когда люди возвращаются домой с работы и включают кучу приборов. Поэтому операторы систем хранения, как правило, покупают ночью, а продают днем. Таким образом, суммарное влияние хранения на выбросы зависит от того, какие генераторы используются для удовлетворения новых потребностей ночью по сравнению с днем.

В сетях с большим количеством угольной энергии - средние, западные и южные штаты сильно полагаться на уголь - угольные заводы обычно используются для удовлетворения небольших изменений спроса в ночное время. Заводы природного газа, как правило, работают в течение дня, чтобы удовлетворить пиковый спрос. В этих электрических сетях хранилища обычно заряжаются угольной энергией ночью, вытесняя энергию природного газа в течение дня.

Энергия угля является более грязным источником электричества, чем природный газ, с удвоенными выбросами углерода на каждую единицу произведенной электроэнергии. Следовательно, в местах, где новое хранилище означает больше угля и меньше природного газа, хранение увеличит общий объем выбросов углерода из энергосистемы.

На Среднем Западе мы обнаружили, что добавление емкости хранения в 3 в гигаваттах, достаточной мощности для обеспечения примерно домов 500,000 в США, увеличивает выбросы углерода, что эквивалентно добавлению автомобилей 6,700 в год в дорогу. И чем больше хранилища добавлено, тем больше выбросов углерода.

С другой стороны, мы обнаружили, что в штате Нью-Йорк, где очень мало угольной энергии, добавление хранилища снижает выбросы углерода. Средний Запад в настоящее время является самой грязной энергосистемой в США, а Нью-Йорк - одним из самых чистых, поэтому другие регионы могут оказаться где-то посередине.

Не всегда легко быть зеленым

Итак, как планировщики сетки могут добиться обещания счастливого брака между хранилищем и возобновляемыми источниками энергии, если предположить, что они должны жить в одном доме с хрустящим старым дядей Углем?

Одна возможность состоит в том, что даже при хранении, работающем для максимизации прибыли, добавление достаточного количества ветра и солнечной энергии в сеть может противодействовать воздействию угля. При достаточном избытке возобновляемой энергии для хранения в любой форме, например, в батареях или резервуарах для воды, предпочтительнее использовать солнечную и ветровую энергию, поскольку они являются самыми дешевыми источниками, когда предложение электроэнергии превышает спрос. Хранение будет по-прежнему переносить энергию угля с ночи на день, но для возобновления производства будет достаточно дополнительных ресурсов, чтобы компенсировать дополнительные выбросы.

Правила могут быть разработаны таким образом, чтобы системы накопления энергии заряжались от избыточного электричества от ветра и солнца, что является шагом к тому, чтобы сделать хранилище более чистым. petrmalinak / Shutterstock.com

Мы изучили это и обнаружили, что для энергосистемы Среднего Запада есть поворотный момент, когда ветер и солнечная энергия достигают примерно 18 процента от общей генерирующей мощности: в этот момент добавление хранилища начинает уменьшаться, а не увеличивать выбросы. Текущий уровень принятия составляет 10 процентов, поэтому потребуется некоторое время, прежде чем хранение на Среднем Западе сократит выбросы.

Другой вариант - изменить способ хранения. Например, при скромной цене на углерод стоимость различных генераторов будет смещаться, так что плата за хранение будет реже взиматься с угольных электростанций, что приведет к сокращению выбросов даже в тяжелой угольной сети Среднего Запада.

Хотя национальный налог на выбросы углерода в ближайшем будущем маловероятен, существуют и другие пути обеспечения экологически чистых результатов от хранения. Например, государства могут проводить политику, которая поощряет более широкое использование ресурсов с нулевым выбросом углерода вместо угля.

В любом случае, хранение всегда поможет нам использовать больше наших дешевых источников электроэнергии. Вопрос в том, является ли это углем, ядерным или возобновляемым.

Об авторе

Нага Сружана Готети, аспирант по энергетике и устойчивому развитию, Рочестерского технологического института; Эрик Хиттингер, доцент кафедры государственной политики, Рочестерского технологического институтаи Эрик Уильямс, доцент устойчивого развития, Рочестерского технологического института

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, 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 пройдите по этой ссылке использовать в Amazon в любое время, чтобы вы могли помочь поддержать наши усилия.