'N Net-hernieubare net beteken meer elektrisiteit en meer transmissielyne. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND
Die belangrikste oplossing vir klimaatverandering is welbekend - hou op met die verbranding van fossielbrandstowwe. Hoe dit te doen is ingewikkelder, maar as 'n geleerde wat energiemodellering doen, sien ek en ander die buitelyne van 'n toekoms na fossielbrandstof: Ons maak elektrisiteit met hernubare bronne en elektrifiseer byna alles.
Dit beteken om voertuie en treine op elektrisiteit te bestuur, geboue met elektries te verhit hitte pompe, elektrifiserend industriële toepassings soos staalproduksie en die gebruik van hernubare elektrisiteit om te maak waterstof (soortgelyk aan aardgas) vir ander vereistes. Die fokus is dus op die drywing van die elektrisiteitsnetwerk met hernubare bronne.
Daar is egter debatte oor die vraag of dit ten volle hernubare elektrisiteitstelsels is haalbaar en hoe vinnig die oorgang kan gemaak word. Hier argumenteer ek dat die uitvoerbaarheid duidelik is, dus is slegs die oorgangsvraag relevant.
'N Windplaas in Texas. Texas het ongeveer 15% van sy elektrisiteit vanaf wind in 2017 gekry. Draxis / flickr, CC BY-ND
My navorsing fokus op die ekonomie van hernubare energie. Om die haalbaarheid te demonstreer en die koste van hernubare elektrisiteitstelsels te skat, gebruik navorsers rekenaarmodelle wat potensiële produksie uit verskillende tegnologieë op elke tydstip bereken, gebaseer op veranderende weerstoestande. 'N Model onthul watter kombinasie van elektrisiteitbronne en energiestoorstelsels die laagste koste het terwyl dit altyd aan die vraag voldoen.
Baie studies demonstreer dat ten volle hernubare elektriese roosters uitvoerbaar is in die Verenigde State, Europa, Australië en elders. Ek en my kollegas het onlangs 'n kleinskaalse studie oor die eilandnasie van Mauritius. Eilande is aantreklik plekke vir aanvanklike hernubare oorgange vanweë hul klein skaal, relatiewe eenvoud en afhanklikheid van ingevoerde brandstof.
Daar is 'n aantal maniere om hernubare elektrisiteit te maak: hidro, wind, fotovoltaïese, geotermiese en verbrandende verskillende vorme van biomassa (plantmateriaal), behalwe verbeter doeltreffendheid om minder energie te gebruik. Dit is volwasse tegnologieë met bekende koste.
Ander moontlikhede sluit in golf, gety en konsentreer op sonkrag, waar weerkaatsers sonstrale fokus om krag te produseer. Alhoewel dit in die toekoms gebruik kan word, is die behoefte om klimaatsverandering aan te spreek, dringend, en volgens my skatting is die volwasse tegnologie voldoende.
Menings oor kern energie hardloop sterk, wat 'n ander gesprek is. Maar modelle wys dat die Verenigde State nie kernenergie nodig het om fossielbrandstowwe af te trek nie.
Die rooster van die toekoms
Hernubare energie-stelsels is liggingspesifiek: die beste stelsel is afhanklik van die bronne van 'n ligging (is dit winderig?), Die tydelike patroon daarvan (hoe gereeld is dit nie winderig nie) en die beskikbaarheid van aanvullende bronne (is daar 'n waterkrag vir rugsteun?). Ondanks hierdie sensitiwiteit vir die ligging, vind studies op verskillende plekke soortgelyke resultate.
As u 'n verskeidenheid hernubare bronne het, kan dit die koste verlaag. In die besonder is sonkrag en wind aanvullende as die sonnige seisoen nie die winderige seisoen is nie; modelle vind dat 'n kombinasie van albei gewoonlik goedkoper is as albei.
Vir die meeste tegnologieë, groter skaal verminder koste. Byvoorbeeld, in die Verenigde State kan grootskaalse sonplase meer as 1,000 keer groter wees as residensiële dakstelsels en ongeveer die helfte van die koste. Om koste te verminder, bou ons groot stelsels.
Die opbou van grootskaalse projekte vir hernubare energie, soos hierdie 550-megawatt-sonkragaanleg in die Mojave-woestyn in Kalifornië, lei tot laer koste vir geproduseerde energie. Amerikaanse departement van binnelandse sake, CC BY-SA
Omdat son- en windtoestande oor die landskap verskil, is die stelsel koste daal namate 'n produksie-area groei, daar moet dus 'n robuuste elektriese net om elektrisiteit te verskuif vanaf plekke waar daar voorsien word na plekke van vraag. Ons benodig ook meer elektrisiteit vir toepassings soos vervoer wat tans fossielbrandstowwe gebruik. Dit beteken dat die rooster moet groei.
Studies toon dat die bestuur van 'n elektriese net met veranderlike hernubare energie dit sal doen sluit in om nie energie te gebruik of te stort nie soms, 'n strategie wat koste verlaag in vergelyking met die opberg van surplus.
Tog, een of ander vorm van stoor van elektrisiteit word benodig. Batterye werk goed om fluktuasies op kort termyn te verhaal, maar om energie vir baie ure of dae op te slaan, gepompte hidro-elektriese stoor is minder duur. Gepompte hidrok gebruik enige ekstra energie in die rooster om water opdraande te pomp, en as energie benodig word, loop die water weer af om krag in 'n turbine op te wek. Die Verenigde State het 'n paar bestaande voorbeelde en baie uitvoerbare liggings. Met die uitbreiding van die netwerk, kan die berging op 'n afstand van gebruikers geleë wees.
Hidro-elektrisiteit en biomassa-krag is op aanvraag beskikbaar, en as u dit in 'n hernieubare elektriese netwerk bevat, krimp die energiebehoefte en verminder dit die koste. Albei het omgewingseffekte wat bestuur moet word.
Waterkrag kan plaaslike ekosisteme verander. brandende biomassa gee koolstofdioksied vry, maar 'n studie waaraan ek gewerk het, toon dat biomassa-uitstoot is omkeerbaar en is duidelik koolstof verkiesliker as fossielbrandstofvrystellings. Volhoubaarheid hang ook krities af van die bestuur van biomassa-velde en woude; die menslike rekord hiervan was nog nie sterker nie.
Hernubare energie stelsels benodig grond. A Amerikaanse studie toon dat die verskaffing van alle elektrisiteit van wind, water en sonkrag 0.42% van die landoppervlakte benodig, plus 1.6% van die landoppervlakte vir ruimte tussen windturbines. Biomassa-energie benodig baie meer land as wind of sonkrag, dus biomassa moet 'n klein deel van die oplossing vir hernubare energie uitmaak.
Ware hindernisse is polities en kultureel
'N Toekomstige hernubare elektrisiteitsnet met gepaardgaande elektrifisering mag al dan nie verminder energiekoste. Maar om die ergste gevolge van klimaatsverandering te vermy, beteken om fossielbrandstowwe te stop, hetsy dit geld spaar al dan nie. Die hernubare oorgang sal steeds vinniger en polities makliker wees as dit goedkoper is.
In Mauritius, volgens ons studie, is die koste van hernubare elektrisiteit soortgelyk aan die huidige koste daar, gebaseer op huidige kapitale koste vir hernubare energie. Sommige studies vind ook dat die koste vir toekomstige hernubare elektrisiteit laer is as die huidige koste van fossielbrandstof, in die waarskynlike geval dat die koste sal daal namate ons meer hernieubare energiestelsels bou en beter daarmee werk.
En dit is dit vanuit 'n tegniese perspektief. 'N Kombinasie van hernubare bronne en energieberging - die spesifieke kombinasie afhangende van plaaslike omstandighede en voorkeure - kan al die elektrisiteit benodig teen 'n bekostigbare prys, en dit sal lugbesoedeling verminder.
Maar regeringsbeleid is nodig om 'n oorgang na hernubare energie te maak. Klimaatsverandering is 'n eksterne koste wat deur die samelewing eerder as deur energieprodusente gedra word, dus markkragte alleen sal nie die oorgang maak nie. Behalwe om 'n prys op koolstof te plaas (miskien met dividende aan die publiek terugbesorg) kan die regering dit makliker maak om die nodige infrastruktuur te bou. En openbare ondersteuning is nodig: Byvoorbeeld, die openbare aanvaarding van transmissielyne om elektrisiteit vanaf die winderige Groot Vlaktes na sentrums te verskuif, is nog 'n uitdaging vir 'n alomvattende netwerk.
'N Projek op die skaal van transformasie van die energiestelsel sal werk te skep - baie werkgeleenthede - wat miskien die ekonomiese maatstaf van die grootste belang vir die burger is.
Navorsing van my en ander het getoon dat ten volle hernubare elektriese netwerke met huidige tegnologie teen huidige pryse haalbaar is; hindernisse vir die gebruik van hernubare elektrisiteit is meer politieke en kulturele as tegnologiese of ekonomiese.
David Timmons, Medeprofessor in ekonomie, Universiteit van Massachusetts Boston