Et altfornyeligt net vil betyde mere elektricitet og flere transmissionsledninger. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND
Den vigtigste løsning på klima forandring er velkendt - stop med at brænde fossile brændstoffer. Hvordan man gør dette er mere kompliceret, men som en lærd, der laver energimodellering, ser jeg og andre konturerne af en fremtid efter fossil brændstof: Vi fremstil elektricitet med vedvarende kilder og elektrificer næsten alt.
Det betyder at køre køretøjer og tog på elektricitet, opvarme bygninger med elektrisk varmepumper, elektrificerende industrielle applikationer såsom stålproduktion og brug af vedvarende elektricitet til at fremstille Hydrogenering (svarer til naturgas) til andre krav. Så fokus er på at tænde det elektriske net med vedvarende kilder.
Der er dog debat om, hvorvidt der er vedvarende elektricitetssystemer gennemførlig og hvor hurtigt overgangen kan foretages. Her hævder jeg, at gennemførligheden er klar, så kun overgangsspørgsmålet er relevant.
Kendte teknologier
En vindmøllepark i Texas. Texas fik omkring 15% af sin elektricitet fra vinden i 2017. Draxis / flickr, CC BY-ND
Min forskning fokuserer på økonomi i vedvarende energi. For at demonstrere gennemførlighed og estimere omkostningerne ved vedvarende elsystemer bruger forskere computermodeller, der beregner potentiel produktion fra forskellige teknologier på hvert tidspunkt, baseret på skiftende vejrforhold. En model afslører, hvilken kombination af elektricitetskilder og energilagringssystemer, der har de laveste omkostninger, mens de altid imødekommer efterspørgsel.
Mange undersøgelser demonstrere, at fuldt vedvarende elektriske gitter er gennemførlige i Forenede Stater, Europa, Australien og andre steder. Mine kolleger og jeg afsluttede for nylig en lille undersøgelse om ø-nationen i mauritius. Øer er attraktive pladser til indledende vedvarende overgange på grund af deres lille skala, relative enkelhed og afhængighed af importerede brændstoffer.
Der er en række af måder at fremstille vedvarende elektricitet: hydro, vind, solcelleanlæg, geotermisk og forbrænding af forskellige former for biomasse (plantestof), udover forbedring af effektiviteten at bruge mindre energi. Dette er modne teknologier med kendte omkostninger.
Andre muligheder inkluderer bølge, tidevand og koncentrerende solenergi, hvor reflektorer fokuserer solstråler for at producere strøm. Selvom disse kan bruges i fremtiden, er behovet for at tackle klimaændringer presserende, og efter min skøn er de modne teknologier tilstrækkelige.
Udtalelser om nuklear energi løb stærk, hvilket er en anden samtale. Men modeller viser, at De Forenede Stater ikke har brug for atomenergi for at trække fossile brændstoffer tilbage.
Fremtidens gitter
Systemer til vedvarende energi er lokaliseringsspecifikke: Det bedste system afhænger af en lokations ressourcer (er det blæsende?), Dets tidsmæssige mønster (hvor ofte er det ikke blæsende?) Og tilgængeligheden af komplementære kilder (er der vandkraft til sikkerhedskopiering?). På trods af denne lokalitetsfølsomhed finder undersøgelser på forskellige steder lignende resultater.
At have en mangfoldighed af vedvarende kilder kan reducere omkostningerne. Især er sol og vind komplementære hvis den solrige sæson ikke er den blæsende sæson; modeller finder ud af, at en kombination af begge typisk er billigere end hverken alene.
For de fleste teknologier, større skala reducerer omkostningerne. F.eks. I USA kan solcelleanlæg i stor skala være mere end 1,000 gange større end boligtagssystemer og omkring halvdelen af omkostningerne. For at minimere omkostningerne bygger vi store systemer.
At bygge store vedvarende energiprojekter som dette 550-megawatt solanlæg i Mojave-ørkenen i Californien fører til lavere omkostninger til produceret energi. Det amerikanske indenrigsministerium, CC BY-SA
Fordi sol- og vindforhold varierer i landskabet, systemet omkostningerne falder, når et produktionsområde vokser, så der skal være en robust elektrisk gitter at flytte elektricitet fra steder, hvor der er levering til efterspørgselssteder. Vi har også brug for mere elektricitet til applikationer som transport, der i øjeblikket bruger fossile brændstoffer. Dette betyder, at gitteret skal vokse.
Undersøgelser viser, at det vil køre et elektrisk net med variabel vedvarende energi inkluderer ikke at bruge eller dumpe noget energi til tider en strategi, der reducerer omkostningerne i forhold til altid at lagre overskydende energi.
Stadig en eller anden form for elopbevaring er nødvendigt. Batterier fungerer godt til at udjævne svingninger på kort sigt, men til opbevaring af energi i mange timer eller dage, pumpet vandkraftlager er billigere. Pumpet hydro bruger enhver ekstra energi i nettet til at pumpe vand op ad bakke, og når der er behov for energi, løber vandet ned igen for at generere energi i en turbin. De Forenede Stater har nogle eksisterende eksempler og mange mulige placeringer. Med netudvidelse kan lagring placeres i en afstand fra brugerne.
Vandkraft og biomassekraft er tilgængelige efter behov, så det at have disse i et vedvarende elektrisk net reducerer energilagringsbehovet og reducerer omkostningerne. Begge har miljøvirkninger, der skal styres.
US Energy Information Administration, CC BY
Vandkraft kan ændre lokale økosystemer. Brændende biomasse udsender kuldioxid, men en undersøgelse, jeg arbejdede på, viser, at biomasseemissioner er reversible og er klart kulstof-foretrukket frem for fossile brændstofemissioner. Bæredygtighed afhænger også kritisk af forvaltningen af biomassefelter og skove; den menneskelige track record på dette har ikke været fremragende.
Systemer til vedvarende energi kræver jord. EN USA-undersøgelse viser, at levering af al elektricitet fra vind, vand og sol har brug for 0.42% af landarealet plus 1.6% af landarealet til plads mellem vindmøller. Biomasseenergi kræver meget mere jord end vind eller sol, så biomasse skal være en lille del af den vedvarende energiløsning.
Reelle barrierer er politiske og kulturelle
Et fremtidig vedvarende elektricitetsnet med tilhørende elektrificering muligvis eller måske ikke reducere energiomkostningerne. Men at undgå de værste effekter af klimaforandringer betyder, at man slutter med fossile brændstoffer, uanset om det sparer penge. Den vedvarende overgang vil stadig være hurtigere og politisk lettere, hvis den er billigere.
In mauritius, finder vores undersøgelse, at omkostninger til vedvarende elektricitet svarer til de nuværende omkostninger der, baseret på de aktuelle kapitalomkostninger til vedvarende energi. Nogle undersøgelser finder også omkostningerne til fremtidig vedvarende elektricitet at være lavere end de nuværende omkostninger til fossilt brændsel, i sandsynligvis tilfælde af, at omkostningerne falder, når vi bygger flere vedvarende energisystemer og bliver bedre til at gøre det.
Og det er det fra et teknisk perspektiv. En kombination af vedvarende energikilder og energilagring - den specifikke kombination afhængigt af lokale forhold og præferencer - kan levere al den nødvendige elektricitet til en overkommelig pris og vil reducere luftforurening at starte.
Men regeringspolitikker er nødvendige for at gøre en overgang til vedvarende energi. Klimaændringer er en ekstern omkostning, der bæres af samfundet snarere end af energiproducenter - så markedskræfter alene ikke vil skabe overgangen. Udover at sætte en pris på kulstof (måske med udbytte returneret til offentligheden), kunne regeringen gøre det lettere at bygge den nødvendige infrastruktur. Og offentlig støtte er nødvendig: F.eks. Er offentlig accept af transmissionslinjer til at flytte elektricitet fra de blæsende Great Plains til bycentre en anden udfordring for et altfornyeligt net.
Et projekt i skalaen med at transformere energisystemet vil skabe job - mange job - hvilket måske er det økonomiske mål, der er mest vigtigt for borgerne.
Undersøgelser fra mig og andre viser, at fuldt vedvarende elektriske net er muligt med den aktuelle teknologi til de nuværende priser; barrierer mod brug af vedvarende elektricitet er mere politiske og kulturelle end teknologiske eller økonomiske.
Om forfatteren
David Timmons, Lektor i økonomi, University of Massachusetts Boston
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
Relaterede bøger
Nedtrapning: Den mest omfattende plan, der nogensinde er blevet foreslået til at vende global opvarmning
af Paul Hawken og Tom Steyer
I lyset af udbredt frygt og apati er en international koalition af forskere, fagfolk og forskere mødtes for at tilbyde et sæt realistiske og dristige løsninger på klimaforandringer. Hundrede teknikker og fremgangsmåder er beskrevet her - nogle er velkendte; nogle du måske aldrig har hørt om. De spænder fra ren energi til at uddanne piger i lande med lavere indkomst til praksis i landbruget, der trækker kulstof ud af luften. Løsningerne findes, er økonomisk levedygtige, og samfund overalt i verden vedtager i øjeblikket dem med dygtighed og beslutsomhed. Fås på Amazon
Design af klimaløsninger: En politikvejledning til lav-kulstofenergi
af Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Da virkningerne af klimaændringerne allerede er over os, er behovet for at reducere de globale drivhusgasemissioner intet mindre end presserende. Det er en skræmmende udfordring, men teknologierne og strategierne til at imødekomme den findes i dag. Et lille sæt energipolitikker, der er designet og implementeret godt, kan sætte os på vejen mod en fremtid med lav kulstofemission. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken skal være fokuseret og omkostningseffektiv. One-size-fits-all-tilgange får simpelthen ikke jobbet gjort. Politiske beslutningstagere har brug for en klar, omfattende ressource, der skitserer de energipolitikker, der har størst indflydelse på vores klimafremtid, og beskriver, hvordan disse politikker skal designes godt. Fås på Amazon
Dette ændrer alt: kapitalisme vs. klima
af Naomi Klein
In Dette ændrer alt Naomi Klein hævder, at klimaforandringer ikke kun er et andet spørgsmål, der skal indbringes pænt mellem skatter og sundhedsvæsen. Det er en alarm, der opfordrer os til at løse et økonomisk system, der allerede svigter os på mange måder. Klein bygger omhyggeligt sagen for, hvor massivt at reducere vores drivhusemissioner er vores bedste chance for samtidig at mindske gabende uligheder, forestille os vores ødelagte demokratier og genopbygge vores slanke lokale økonomier. Hun udsætter den ideologiske desperation af klimaændringsnægterne, de messianske vrangforestillinger fra de ville være geoengineers og den tragiske nederlag fra for mange mainstream grønne initiativer. Og hun demonstrerer netop, hvorfor markedet ikke har - og ikke kan - løse klimakrisen, men i stedet forværre tingene med stadig mere ekstreme og økologisk ødelæggende udvindingsmetoder ledsaget af voldsom katastrofekapitalisme. Fås på Amazon
Fra udgiveren:
Køb på Amazon går til at bekæmpe omkostningerne ved at bringe dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uden omkostninger og uden annoncører, der sporer dine browservaner. Selv hvis du klikker på et link, men ikke køber disse valgte produkter, betaler alt andet, du køber i det samme besøg på Amazon, en lille provision. Der er ingen ekstra omkostninger for dig, så vær venlig at bidrage til indsatsen. Du kan også bruge dette link at bruge til Amazon når som helst, så du kan hjælpe med at støtte vores indsats.
