Los Angeles Department of Water and Power's Pine Tree Wind Farm og Solar Power Plant i Tehachapi, Californien, 115 miles fra LA. Irfan Khan / Los Angeles Times via Getty Images
Mange slags ekstreme begivenheder kan forstyrre elservicen, herunder orkaner, jordskælv, oversvømmelser, skovbrande, ekstrem varme, ekstrem kulde og langvarig tørke. Store katastrofer kan efterlade tusinder af mennesker i mørket. Texas dybfrysning i februar slog ud 40% af statens elektriske produktionskapacitet.
Under sådanne begivenheder kan ikke-berørte regioner have magt til overs. For eksempel genererede forsyningsvirksomheder i løbet af februar-blackouts i Texas elektricitet fra vandkraft i Stillehavet Nordvest, naturgas i det nordøstlige, vind på de nordlige sletter og solenergi i det sydvestlige.
I dag er det ikke muligt at flytte elektricitet problemfrit fra den ene ende af USA til den anden. Men i løbet af det sidste årti har forskere ved nationale laboratorier og universiteter arbejdet tæt sammen med industriens ingeniører for at designe et mellemstatligt elsystem, der kan. Og Præsident Bidens infrastrukturplan ville bevæge sig i denne retning ved at afsætte milliarder af dollars til at bygge højspændingsledninger, der kan "flytte billigere, renere elektricitet til det sted, hvor det er mest nødvendigt."
My ingeniørforskning fokuserer på elektriske elsystemer. På Iowa State University har vi arbejdet med at kvantificere de fordele, som makronet kan medføre for USA. Disse transmissionssystemer med høj kapacitet forbinder energiressourcer og områder med stort elbehov, kendt som belastningscentre, over store geografiske regioner.
Elnettet flytter strøm fra generatorer, som ofte er placeret langt fra befolkningscentre, til energikunder.
Et nationalt motorvejssystem for elektricitet
Dwight Eisenhower havde tænkt på et nationalt motorvejssystem i årtier før han blev indviet som præsident i 1953. Eisenhower hævdede, at et sådant system var ”lige så nødvendigt for forsvaret som det er for vores national økonomi og personlig sikkerhed".
Kongressen accepterede og vedtog Federal-Aid Highway Act fra 1956, som bemyndigede den føderale regering til at betale 90% af omkostningerne ved dette system på 114 milliarder dollars, hvor stater dækkede resten.
Eisenhower var bekymret for evakuering af byer i tilfælde af atomkrig. Sikkerhedsargumentet for et makronet fokuserer på ekstreme begivenheder, der forstyrrer elnettet. Og det økonomiske argument drejer sig om at flytte vind-, sol- og vandkraft fra områder, hvor de er rigelige til områder med stort energibehov.
I dag er det nordamerikanske elnet faktisk fem gitre, også kendt som samtrafik. To store, de østlige og vestlige forbindelser, dækker de fleste af de nederste 48 stater og store skår i Canada, mens tre mindre gitre tjener Texas, Alaska og det nordlige Quebec. Hver af disse gitre bruger vekselstrøm eller AC, at flytte elektricitet fra generatorer til kunder.
De østlige, vestlige og Texas forbindelser er forbundet med højspændings lige strøm, eller HVDC, linjer, der gør det muligt at overføre effekt mellem dem. Disse faciliteter bliver ældre og kan kun overføre små mængder elektricitet mellem gitre. En måde at tænke på et makronet er som et overlay, der trækker de eksisterende amerikanske net sammen og gør det lettere at flytte strøm mellem dem.
Et potentielt amerikansk makronet, der forbinder det østlige, vestlige og Texas-net og forbinder til havmølleparker. James McCalley, CC BY-ND
Deling af magt på tværs af regioner
Præsident Biden har foreslået en vidtrækkende handling for at opnå en overgang til ren energi i USA, herunder gør elektrisk kraft kulstoffrit inden 2035. Dette vil kræve tilføjelse af en masse ny vedvarende produktionskapacitet i løbet af de næste 15 år.
Vind- og solomkostninger er faldet dramatisk i de senere år. I dag er strøm fra nye, store vind- eller solcelleanlæg billigere end elektricitet fra eksisterende kulanlæg. Alligevel giver vedvarende energi kun ca. 21% af amerikansk elektricitet.
Et makronet ville reducere elektricitetsomkostningerne fra nye vind- og solcelleanlæg på to måder. For det første ville det muliggøre vedvarende energi af høj kvalitet - hovedsageligt Midwestern-vind og sydlig sol og potentielt canadisk vandkraft - til at levere kystnære lastcentre. Det er billigere at bygge transmissionssystemer, der kan flytte denne kraft over lange afstande end at generere den fra svagere sol- og vindressourcer af lavere kvalitet tættere på byerne.
For det andet ville et makronet gøre det muligt at dele energiproduktion og netservices mellem regioner. Denne strategi udnytter tidsforskelle på grund af tidszoner og det faktum, at efterspørgsel efter elektricitet har tendens til at peak på bestemte tidspunkter af dagen, som når folk kommer hjem om aftenen. Og elpriserne stiger og falder i løbet af dagen med efterspørgsel.
F.eks. Kl. 3 Pacific Time er efterspørgslen efter energi relativt lav på vestkysten, hvilket betyder, at omkostningerne ved denne elektricitet også er lave. Overskydende vestlig elektricitet kunne bruges til at levere efterspørgsel på østkysten, som topper dagligt samtidig med dette 3:6 vestkyst “lavt”, som finder sted kl. 7 østlig tid. Fire timer senere, når vestkysten når sit daglige højdepunkt kl. 10 på Pacific Time, ville det være kl. XNUMX på østkysten, som ville have en ekstra generation at dele vestpå.
Kapacitetsdeling fungerer også, fordi den årlige maksimale effektbehov optræder på forskellige tidspunkter af året for forskellige regioner. Hver region skal have adgang til tilstrækkelig produktionskapacitet til at imødekomme sin årlige spidsbelastning med en vis margin til at dække produktionsfejl. Et makronet ville gøre det muligt for regioner at dele overskydende produktionskapacitet, når det ikke er nødvendigt lokalt.
Denne strategi giver fordele, selv når årlige toppe i to regioner kun adskiller sig med få dage. Når de adskiller sig med uger eller måneder, kan udbetalingen være stor. For eksempel når efterspørgsel efter energi i Stillehavet Nordvest typisk op om vinteren, så regionen kan låne kapacitet fra Sydvest og Midtvesten, hvor efterspørgslen topper om sommeren og omvendt.
Bygningstransmission sparer penge
I en undersøgelse, som jeg offentliggjorde i 2020 med akademiske kolleger og brancher, viste vi, at det uden et makronet ville koste mere end $ 2.2 billioner fra 2024 til 2038 for at udvikle og drive landets elektriske elsystem og opnå 50% vedvarende energiproduktion i 2038. Dette inkluderer omkostningerne ved at tilføje 600 gigawatt ny produktionskapacitet, der næsten udelukkende vil være vind og sol; driftsomkostninger for resterende fossile og atomkraftværker og opbygning af nye vekselstrømstransmissionslinjer for at forbinde nye kraftværker til kunderne.
Vi beregnede dog, at hvis USA brugte 50 milliarder dollars på at udvikle et makronet, ville de samlede langsigtede omkostninger ved udvikling og drift af landets elektriske elsystem og opnåelse af 50% vedvarende elektricitet i 2038 falde med mere end $ 50 milliarder dollar. Med andre ord, ved at gøre det muligt at dele strøm på tværs af regioner og levere vedvarende strøm af høj kvalitet fra fjerntliggende områder til belastningscentre, ville makronet mere end betale for sig selv.
Nogle observatører kan bekymre sig om, at et nationalt tilsluttet net ville være mere sårbart over for strømafbrydelser end vores eksisterende system. Faktisk ville et makronet faktisk være mere pålideligt, fordi HVDC giver øget netstyringsfunktion gennem sine fleksible konverterstationer.
Branche ledere fortalere for ren energi opfordrer USA til at fortsætte udviklingen af makronet. Men Nordamerika er det halter bagud det meste af verden med at udvikle interregionale kraftledninger til at udnytte billige energiressourcer. Og hvis $ 50 mia. Virker som en stor investering, skal du overveje dette: Det er også det anslåede minimumsomkostninger af afbrydelser og energiprisstigninger under frysningen i Texas.
Om forfatteren
James D. McCalley, Professor i elektroteknik, Iowa State University
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, 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.
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
