أرخص وسيلة لتوسيع نطاق الرياح والطاقة الشمسية؟

أرخص وسيلة لتوسيع نطاق الرياح والطاقة الشمسية؟

تعد طاقة الرياح والطاقة الشمسية وسيلة لتقليل انبعاثات الكربون ، لكن مصادر التوليد هذه تعتمد على تقلبات الطقس ، مما يعني أنه لا يمكن للرياح أو الطاقة الشمسية إنتاج الكهرباء عند الطلب في جميع ساعات اليوم. وقد أدى هذا التغير إلى أن يفترض الكثيرون أن الرياح والطاقة الشمسية المتزايدة بشكل كبير للحد من انبعاثات الكربون ستؤدي إلى ارتفاع تكاليف الكهرباء وتتطلب تخزينًا باهظًا للطاقة.

أنا وزملائي قد نشرنا للتو دراسة جديدة لإظهار أن هذا الافتراض غير صحيح. في الواقع ، إذا كانت الولايات المتحدة ستنتقل إلى نظام كهرباء وطني تابع لشركة 48 ، بدلاً من النظام الإقليمي المعمول به الآن ، فستكون الدولة قادرة على نقل المزيد من الطاقة المتجددة في جميع أنحاء البلاد. هذا التغيير يمكن أن يقلل CO2 بنسبة 78٪ بتكاليف أقل مما هو عليه اليوم دون استخدام أي تقنيات تخزين.

باستخدام نموذج الكمبيوتر ، وجدنا أن هذه الأنظمة الكهربائية الأكبر ستستخدم الطاقة بشكل أكثر كفاءة بغض النظر عن المولدات الموجودة بداخلها. تخفيض التكلفة بين نظام النمط الوطني الذي صممناه والنظام الحالي ، والذي ينقسم إلى مناطق 130 ، يبلغ مليار 47 سنويًا. وهذا يترجم إلى تكلفة الكهرباء بين 8.5 و 10.2 ¢ لكل كيلو واط / ساعة ، مقارنة بالمعدل الوطني الحالي 12.7 cents per kWh.

طريق سريع للإلكترون

استندت دراستنا إلى نموذج يدعى محاكي National Energy with Weather System (NEWS). محاكي NEWS هو نموذج لتحسين التكلفة يسعى بلا كلل إلى حل بأقل تكلفة.

ويشمل ميزات الشبكة الكهربائية ، مثل ناقل الحركة ، والمولدات ، والطلب الكهربائي ، وقيود استخدام الأراضي ، وسلوك المولد ، وبيانات الطقس ، وبيانات التكلفة للمولدات. لمعرفة كيفية تقليل التكاليف ، سيقوم نموذج NEWS بحساب كيفية توفير الطاقة كل ساعة واحدة لمدة عام كامل استنادًا إلى المولدات المتوفرة وخطوط النقل التي تنقل الطاقة لمسافات طويلة.

كان لدينا نموذج فريد من نوعه ، على الرغم من: تراكب نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC).

من حيث المفهوم ، هذا يشبه إلى حد بعيد نظام الطرق السريعة بين الولايات المغطى بشبكة الطرق. تتمتع تقنية HVDC بميزة كبيرة مقارنة بخطوط الطاقة التقليدية: تقل الطاقة المفقودة في نقل الطاقة من نقطة إلى أخرى. يقوم بذلك عن طريق استخدام التيار المباشر ، بدلاً من التيار المتناوب ، والعمل في الفولتية العالية.

يستخدم HVDC في الولايات المتحدة اليوم. ومع ذلك ، يتم نشره كنظام من نقطة إلى نقطة للمولدات الفردية (أو القليلة) إلى الأسواق البعيدة. واحد من أبرزها يسمى intertie Pacific DC ، الذي يشحن الطاقة من شمال غرب المحيط الهادئ مع الطاقة المائية الوفيرة وصولا إلى لوس أنجلوس ، وتوفير 48٪ من الطاقة خلال ساعات ذروة الطلب. يتمثل الاختلاف في نموذج NEWS في نشر HVDC في شبكة ، بدلاً من تكوين بسيط من نقطة إلى نقطة ، والذي يتيح استخدامًا أكبر بكثير للخطوط لتدفق الطاقة بين المناطق في اتجاهات متعددة.

تشير تقديرات إمكانات طاقة الرياح بالنسبة إلى اللون الأحمر الأمريكي إلى وجود إمكانات عالية ، والأزرق منخفض. كريس كلاك / CIRES ، المؤلف المقدمة تشير تقديرات إمكانات طاقة الرياح بالنسبة إلى اللون الأحمر الأمريكي إلى وجود إمكانات عالية ، والأزرق منخفض. كريس كلاك / CIRES ، المؤلف المقدمة بشكل حاسم ، لا يفترض نموذج NEWS ضرورة إضافة المزيد من خطوط النقل إلى الشبكة الحالية. لكنه يقدم سعة نقل جديدة إذا رأى النموذج أنها اقتصادية. ومن المثير للاهتمام ، أن نموذج NEWS يختار دائمًا انتقال HVDC عندما يستطيع. لماذا ا؟ إن توفر خطوط HVDC يسمح بتكوين أسواق أكبر ، والتي تستفيد بعد ذلك من وفورات الحجم.

في الممارسة العملية ، قد يعني هذا أن مولدات الرياح في ولايات بلينز ، على سبيل المثال ، يمكنها تصدير المزيد من الطاقة إلى أماكن في البلاد التي يوجد فيها طلب قوي ، مثل المدن الكبيرة. كما هو الحال الآن ، فإن مولدات الرياح تدعم الطاقة فقط على المستوى الإقليمي وأحيانًا توفر طاقة أكثر مما هو مطلوب في بعض ساعات اليوم.

في نظام إقليمي ، نظام بحجم كنساس مثلاً ، تميل الرياح والطاقة الشمسية إلى فترات تتجاوز فترات الإنتاج وتحت الإنتاج. ينتج عن هذا زيادة في التكاليف لأن مولدات الرياح والطاقة الشمسية تحتاج إلى تقليص أو إيقاف تشغيلها أثناء الإنتاج الزائد. لمواجهة أوجه القصور في الإنتاج ، يحتاج مشغلو الشبكات إلى الاعتماد على توليد الطاقة الاحتياطية من محطات الوقود الأحفوري.

مع وجود نظام وطني ، يمكن وضع المولدات بشكل استراتيجي على الولايات المتحدة المتجاورة لتقليل هذا التأثير وخفض التكاليف الإجمالية. إن HVDC تسهل حركة هذه الكهرباء من المناطق البعيدة إلى المدن مع خسائر أقل من AC التقليدية.

سيناريو الطاقة المتجددة

لإجراء الدراسة ، تم تجميع بيانات الطقس عالية الدقة لكل ساعة من ثلاث سنوات من 2006 إلى 2008. ثم تم استخدام بيانات الطقس كمدخلات في خوارزميات الطاقة المتطورة لتقدير الطاقة التي يمكن أن تولدها توربينات الرياح والألواح الكهروضوئية الشمسية في جميع أنحاء الولايات المتحدة

بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بتجميع بيانات حول الطلب على الكهرباء خلال تلك الأوقات في جميع أنحاء الولايات المتحدة. كانت البيانات ضرورية لأن الطقس محرك أساسي للطلب على الكهرباء. ثم قمنا بتوقع بيانات الطلب على 2030.

نظرًا لأن نشر الرياح والطاقة الشمسية يخضع لقيود كثيرة ، فقد وضعنا اعتبارات استخدام الأراضي في النموذج. تم تجميع مجموعة بيانات استخدام الأراضي لتحديد المواقع التي يمكن فيها نشر الرياح والطاقة الشمسية دون التدخل في الأراضي المحمية.

باستخدام مجموعات البيانات المختلفة هذه بالإضافة إلى التكلفة المتوقعة لتوليد الطاقة في 2030 ، أجرينا عمليات محاكاة مختلفة لبحث كيفية تأثير هذه العوامل على مزيج مولدات الطاقة على المستوى الإقليمي مع تقليل التكلفة الإجمالية.

إن السيناريو الذي يخفض الانبعاثات أكثر انتشارًا للرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية ؛ 523 غيغاوات (GW) من الرياح و 371 غيغاواط من الطاقة الشمسية الكهروضوئية مقارنة مع 60 GW و 2.5 GW بشكل متكرر في 2012. في هذا السيناريو ، كان هناك 461 GW فقط من الغاز الطبيعي (أقل من اليوم).

هذا يترجم إلى 38٪ من الكهرباء القادمة من الرياح ، 17٪ من الرياح ، 21٪ من الغاز الطبيعي والباقي من الطاقة النووية والكهرومائية. في 2012 الرياح تمثل 3.5 ٪ ، والطاقة الشمسية لمدة تقل عن 1 ٪ والغاز الطبيعي ل 30 ٪.

مرة أخرى ، هذا الحل هو أرخص حل ممكن.

للوصول إلى هذا المستوى من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح - قفزة كبيرة عن مستويات اليوم - يتطلب خطوط نقل جديدة في النموذج.

يبلغ مقدار ناقل الحركة HVDC الجديد الذي تم تصميمه بواسطة الطراز 139 مليون ميجاوات - ميل ، وهي بنية تحتية كبيرة. هذا يبدو كمياً هائلاً ، لكنه سيمثل فقط 4٪ من التكلفة الإجمالية للنظام سنويًا.

ماذا عن تخزين الطاقة؟

يعد نموذج NEWS فريدًا من نوعه في دراسة دمج مستويات أعلى من الرياح والطاقة الشمسية نظرًا لأنه يتعامل مع كميات هائلة من بيانات الطقس ، مع حساب الجوانب المهمة للشبكة الكهربائية مثل القيود المتصاعدة على المولدات الكهربائية وأوقات التوقف للمولدات وتدفق الطاقة في خطوط النقل ، وفقدان الطاقة الكهربائية خلط حول النظام ، وتلبية الطلب في كل ساعة في كل سوق وغيرها من قيود التشغيل. علاوة على ذلك ، يشمل جميع خيارات التكنولوجيا ؛ انها تسعى فقط بأقل خيارات التكلفة.

يمكن تخزين الكهرباء بعدة طرق ، مثل ضخ المياه وإعادة توصيلها من الخزانات أو تركيب بنوك بطارية كبيرة. في عمليات التشغيل النموذجية الأولية ، لم يكن التخزين الكهربائي منافسًا باستخدام تقديرات تكلفة 2030 مقارنةً بإضافة ناقل الحركة أو مولدات الغاز الطبيعي (بناءً على التكلفة).

نموذج NEWS هو أداة للمساعدة في فهم كيفية تحويل الشبكة الكهربائية مع إبقاء التكاليف منخفضة. التكلفة المنخفضة ضرورية للغاية لأن زيادة تكاليف الطاقة للحد من تخفيضات الكربون يمكن أن تسبب صعوبات اقتصادية.

هناك العديد من الرياح المعاكسة لتطوير الاقتصاد والمجتمع الكربوني. ولكن ، أظهر نموذج NEWS أن طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية ، إلى جانب نقل التيار المباشر عالي الجهد يمكن أن تقطع شوطًا كبيرًا في تقليل الانبعاثات في قطاع الكهرباء.

هذا صحيح حتى بدون وجود بطارية معجزة جديدة أو ابتكار في صناعة التخزين الكهربائي على الرغم من أن التخزين الكهربائي الرخيص والفعال سيكون مفيدًا في دمج مصادر الطاقة المتجددة.

لإزالة الكربون من الاقتصاد بأكمله ، يجب إزالة الكهرباء عن الكهرباء أولاً. إذا كان يمكن القيام بذلك بتكلفة منخفضة ، فإن القطاعات الأخرى ستكون قادرة على أن تحذو حذوها. الجمع بين الرياح والطاقة الشمسية والغاز الطبيعي ونقل هو جسر ممكن لمستقبل الصفر الانبعاثات.

نبذة عن الكاتبالمحادثة

كريستوفر كلاك ، عالم أبحاث ، الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي. وهو رائد فني في فريق يدرس تحسين موقع طاقة الرياح والطاقة الشمسية. الهدف من ذلك هو تحديد المستوى الذي يمكن للولايات المتحدة أن تدعمه على مصادر الطاقة المتجددة ، وأين تضع هذه المصادر ، لتزويد نظام التوليد الأقل كلفة والأكثر كفاءة بأقل تأثير بيئي ممكن.

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.

كتاب ذات الصلة:

InnerSelf سوق

أمازون

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةرمز youtubeرمز الانستغرامرمز pintrestأيقونة آر إس إس

 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

أحدث الفيديوهات

بدأت الهجرة المناخية الكبرى
بدأت الهجرة المناخية الكبرى
by معلن
تجبر أزمة المناخ الآلاف حول العالم على الفرار حيث أصبحت منازلهم غير صالحة للسكن بشكل متزايد.
آخر عصر جليدي يخبرنا لماذا نحتاج إلى الاهتمام بتغير 2 في درجة الحرارة
آخر عصر جليدي يخبرنا لماذا نحتاج إلى الاهتمام بتغير 2 في درجة الحرارة
by آلان وليامز ، وآخرون
يذكر أحدث تقرير صادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) أنه بدون انخفاض كبير ...
ظلت الأرض صالحة للسكنى لمليارات السنين - بالضبط ما مدى حظنا؟
ظلت الأرض صالحة للسكنى لمليارات السنين - بالضبط ما مدى حظنا؟
by توبي تيريل
استغرق التطور 3 أو 4 بلايين سنة لإنتاج الإنسان العاقل Homo sapiens. إذا كان المناخ قد فشل مرة واحدة فقط في ذلك ...
كيف يمكن لرسم خرائط الطقس قبل 12,000 عام أن يساعد في التنبؤ بتغير المناخ في المستقبل
كيف يمكن لرسم خرائط الطقس قبل 12,000 عام أن يساعد في التنبؤ بتغير المناخ في المستقبل
by برايس ريا
تميزت نهاية العصر الجليدي الأخير ، منذ حوالي 12,000 عام ، بمرحلة باردة نهائية تسمى أصغر درياس. ...
من المقرر أن ينخفض ​​بحر قزوين بمقدار 9 أمتار أو أكثر هذا القرن
من المقرر أن ينخفض ​​بحر قزوين بمقدار 9 أمتار أو أكثر هذا القرن
by فرانك ويسلينج وماتيو لاتوادا
تخيل أنك على الساحل وتطل على البحر. أمامك 100 متر من الرمال القاحلة التي تبدو وكأنها ...
كانت كوكب الزهرة شبيهة بالأرض مرة أخرى ، لكن تغير المناخ جعلها غير صالحة للسكن
كانت كوكب الزهرة شبيهة بالأرض مرة أخرى ، لكن تغير المناخ جعلها غير صالحة للسكن
by ريتشارد ارنست
يمكننا تعلم الكثير عن تغير المناخ من كوكب الزهرة ، كوكبنا الشقيق. تبلغ درجة حرارة سطح الزهرة حاليًا ...
خمسة معتقدات مناخية: دورة مكثفة في التضليل المناخي
المعتقدات المناخية الخمسة: دورة مكثفة في التضليل المناخي
by جون كوك
هذا الفيديو عبارة عن دورة تدريبية مكثفة في المعلومات الخاطئة عن المناخ ، ويلخص الحجج الرئيسية المستخدمة للتشكيك في الواقع ...
لم يكن القطب الشمالي دافئًا على هذا النحو لمدة 3 ملايين عام وهذا يعني تغييرات كبيرة للكوكب
لم يكن القطب الشمالي دافئًا على هذا النحو لمدة 3 ملايين عام وهذا يعني تغييرات كبيرة للكوكب
by جولي بريغهام جريت وستيف بيتش
في كل عام ، يتقلص الغطاء الجليدي البحري في المحيط المتجمد الشمالي إلى نقطة منخفضة في منتصف سبتمبر. هذا العام يقيس 1.44 فقط ...

أحدث المقالات

الطاقة الخضراء 2 3
أربع فرص للهيدروجين الأخضر للغرب الأوسط
by كريستيان تاي
لتجنب أزمة المناخ ، سيحتاج الغرب الأوسط ، مثل بقية البلاد ، إلى إزالة الكربون من اقتصادها بالكامل عن طريق ...
ug83qrfw
حاجز رئيسي أمام طلب الاستجابة يحتاج إلى إنهاء
by جون مور على الأرض
إذا فعل المنظمون الفيدراليون الشيء الصحيح ، فقد يتمكن عملاء الكهرباء في الغرب الأوسط قريبًا من كسب المال بينما ...
الأشجار للزراعة من أجل المناخ 2
ازرع هذه الأشجار لتحسين حياة المدينة
by مايك وليامز رايس
توصلت دراسة جديدة إلى أن أشجار البلوط الحية والجميز الأمريكي أبطال من بين 17 "شجرة خارقة" من شأنها أن تساعد في جعل المدن ...
قاع البحر الشمالي
لماذا يجب أن نفهم جيولوجيا قاع البحار لتسخير الرياح
by ناتاشا بارلو ، أستاذ مشارك في التغيير البيئي الرباعي ، جامعة ليدز
بالنسبة إلى أي بلد ينعم بسهولة الوصول إلى بحر الشمال الضحل والرياح ، ستكون الرياح البحرية مفتاحًا للالتقاء بشبكة ...
3 دروس حرائق الغابات لمدن الغابات بينما دمر ديكسي فاير مدينة جرينفيل التاريخية ، كاليفورنيا
3 دروس حرائق الغابات لمدن الغابات بينما دمر ديكسي فاير مدينة جرينفيل التاريخية ، كاليفورنيا
by بارت جونسون ، أستاذ هندسة المناظر الطبيعية ، جامعة أوريغون
اجتاح حريق هائل في غابة جبلية حارة وجافة مدينة جولد راش في جرينفيل ، كاليفورنيا ، في 4 أغسطس ، ...
يمكن للصين تحقيق أهداف الطاقة والمناخ التي تحد من طاقة الفحم
يمكن للصين تحقيق أهداف الطاقة والمناخ التي تحد من طاقة الفحم
by ألفين لين
في قمة المناخ للزعيم في أبريل ، تعهد شي جين بينغ بأن الصين "ستسيطر بصرامة على الطاقة التي تعمل بالفحم ...
المياه الزرقاء محاطة بالعشب الأبيض الميت
خريطة تتتبع 30 عامًا من الذوبان الشديد للثلوج في جميع أنحاء الولايات المتحدة
by ميكايلا ميس أريزونا
توضح خريطة جديدة لأحداث ذوبان الجليد الشديد على مدى الثلاثين عامًا الماضية العمليات التي تؤدي إلى الذوبان السريع.
طائرة تسقط مثبطات حريق حمراء على حريق غابة بينما ينظر رجال الإطفاء المتوقفون على طول الطريق إلى السماء البرتقالية
يتوقع النموذج اندلاع حرائق الغابات لمدة 10 سنوات ، ثم انخفاض تدريجي
by هانا هيكي يو. واشنطن
تتنبأ نظرة على مستقبل حرائق الغابات على المدى الطويل بحدوث انفجار أولي لنشاط حرائق الغابات لمدة عقد تقريبًا ، ...

 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

مواقف جديدة - إمكانيات جديدة

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf سوق
حقوق التأليف والنشر © 1985 - 2021 إينيرسيلف المنشورات. كل الحقوق محفوظة.