Old school: Meget af det kraftværk og transmissionsnetværk, vi er afhængige af, har eksisteret i årtier. andrewfhart/flickr, CC BY-SA

Det elektriske net er et fantastisk integreret system af maskiner, der spænder over et helt kontinent. National Academy of Engineering har kaldt det en af ​​de største ingeniørpræstationer fra det 20. århundrede.

Men det er også dyrt. Ifølge min analyse er den nuværende (afskrevne) værdi af det amerikanske elnet, bestående af kraftværker, ledninger, transformere og poler, omkring 1.5 til 2 billioner USD. At erstatte det ville koste næsten 5 billioner dollars.

Det betyder, at den amerikanske elektriske infrastruktur, som allerede indeholder billioner af dollars af sunket kapital, snart vil have brug for betydelige løbende investeringer bare for at holde tingene, som de er. Et kraftværk bygget under den hurtige ekspansion af elsektoren i årtierne efter Anden Verdenskrig er nu 40 år gammelt eller ældre, længe betalt og skal sandsynligvis udskiftes. Faktisk gav American Society of Civil Engineers netop hele energiinfrastrukturen en næppe bestået karakteren D+.

Den nuværende administration har lovet at investere massivt i infrastruktur, hvilket rejser en række spørgsmål i forhold til det elektriske system: Hvordan skal fremtidens energinet se ud? Hvordan opnår vi en kulstoffattig energiforsyning? Hvad vil det koste?

Infrastruktur ser ud til at være et problem, der kan hente støtte fra begge sider af midtergangen. Men for at træffe gode beslutninger om udgifter, skal vi først forstå værdien af ​​det eksisterende net.

Nuværende overgangstilstand

Det er meningen, at elnettet skal vare årtier, men de færreste indser, at hele systemet skal finde en fin balance mellem udbud og efterspørgsel på tværs af tidsskalaer så korte som et sekund. Hver watt elektrisk strøm til belysning af hjem, betjening af bærbare computere eller kørende klimaanlæg genereres på samme tid forskellige steder, for det meste ved at brænde brændstoffer, der spinder magneter i generatorer. Der er stort set ingen lagring af elektricitet på nettet; i stedet lagres det meste energi i brændstoffer – kul, naturgas, nukleare produkter og vand bag dæmninger og venter på, at kommandoen bliver konverteret til elektricitet i realtid.

Placering og afskrevet status for alle amerikanske kraftværker. Joshua Rhodes, EIA Form 860 data.

I de seneste år, hvor vi får vores magt, har ændret sig dramatisk. De ældste generatorer er store kraftværker, hvoraf mange er placeret i den østlige del af USA. De seneste tilføjelser har været mindre og mere spredte – tænk solpaneler på taget eller vindmølleparker. Nogle eksperter har endda sagt, at denne model med mere distribueret produktion tættere på hvor strøm forbruges – langs kanten af ​​netværket, snarere end centrale kraftværker – er ny norm.

Fremadrettet kan vi enten bygge nettet tilbage på samme måde, som vi har gjort før, eller vi kan investere i nye teknologier, der kan bringe den samme service, men på en lavere omkostninger.

Og hvordan kunne vi gøre det renere? Nogle mennesker tror, ​​at nettet kan køre helt på vedvarende energikilder. Andre siger, at den bedste måde at "dekarbonisere" eller reducere kulstofemissioner på for energisystemet som helhed er udbredt elektrificering af industri- og transportsektorer.

Men for at svare på, hvad sådanne overgange ville koste, er vi nødt til at vide: Hvad koster det nuværende net? Hvor meget er al den beton, stål, silicium osv., som vi allerede har installeret i jorden i øjeblikket værd? For at hjælpe med at informere politiske beslutningstagere og planlæggere, der kæmper med deres vision om fremtiden, gik jeg i gang med at besvare det spørgsmål.

Hvad udgør gitteret?

Til denne øvelse har jeg begrænset "gitteret" til følgende dele:

1. Kraftværker
2. Høj- og lavspændingsledninger, som transporterer strøm over lange afstande
3. Fordelingsledninger, som bringer strøm direkte til bygninger eller andre endepunkter
4. Understationer til at dirigere strøm på transmissionsnettet
5. Understationer på distributionsnettet
6. Transformatorer, der ændrer spændinger på distributionsnettet

Denne beregning udelader yderligere og nødvendige komponenter i nettet, såsom den elektriske ledning inde i dit hjem, målere ved de elektriske paneler i boliger og bygninger og slutbrugsenheder, der forbruger elektriciteten.

Ved at gennemgå en række offentlige rapporter og bruge opdaterede estimater for nybyggeri og standardmetoder til at estimere afskrivninger, kvantificerede vi værdien af ​​landets aktiver til elproduktion, transmission og distribution.

Den samlede kapacitet af disse kraftværker er omkring 1.15 terawatt. Det er produktionskapaciteten for omkring 1,000 atomkraftreaktorer (USA har i øjeblikket omkring 100). Som du kan forestille dig, ville det være dyrt at erstatte. For kraftværker alene er udskiftningsværdien næsten 2.7 billioner dollars, og den afskrevne værdi, eller den grove nuværende værdi, er næsten 1 billion dollars. Samlet set er opdelingen af ​​værdien omkring 56 procent kraftværk, 9 procent transmissionssystem og 35 procent distributionssystem.

Opdeling af udskiftning og afskrevne værdi af amerikansk elektrisk infrastruktur. Mange af de underliggende datakilder, herunder fra EIA, er de samme som dem, der for nylig blev brugt i UT-Austin Energy Institute's Full Cost of Electricity-undersøgelse. Vi brugte en forenklet lineær afskrivningsplan, der ender i en scrapværdi på 15 procent af de oprindelige omkostninger ved slutningen af ​​dens forventede levetid. Joshua Rhodes.

Hvilken vej frem?

Hvis vi ønsker at have en renere energifremtid, er der flere veje til at nå dertil. Jeg antager dog, at den billigste og mest sandsynlige vej vil være den, der bedst udnytter, ikke dubletter, den infrastruktur, vi allerede har. En af de mest "plug and play" veje (og hvad vi ser i dag) er en konvertering fra kul til gasfyret produktion på kraftværker, der kan bruge eksisterende ledninger, pæle og vandinfrastruktur.

I den anden ende af spektret ville en brintøkonomi kræve massive nye investeringer i nye former for teknologi, så den ville udnytte mindre af det, vi har i øjeblikket. For eksempel ville vi være nødt til at bygge steder til at generere og opbevare brint. På den anden side har den potentialet til at være mere robust og bæredygtig.

Viser deres alder: Opgradering af transmissionsledninger kunne bringe sol- og vindenergi fra fjerntliggende dele af landet, hvor folk er, hvilket ville hjælpe med at gøre nettet renere og potentielt sænke priserne. indigoskies/flickr, CC BY-NC-ND

Et område, der ser lovende ud for infrastrukturinvesteringer, er opgradering af bulkkrafttransmissionsnetværket. Disse opgraderinger kunne tillade strøm til at flyde mellem regioner i USA og ville ligne, hvordan det mellemstatslige motorvejssystem reducerede forretningsomkostningerne over hele landet ved at kraftigt reducere den tid, det tog at transportere varer og tjenester på tværs af vores store land.

Der er områder i USA, hvor strøm produceres billigere og med færre miljøpåvirkninger end på andre områder. Udvidelse af transmissionsledninger til områder af landet, der har gode vind- og solressourcer, kan give meget billig strøm til brugerne. Problemet er, at disse områder ikke altid er, hvor folk er, så for at bringe denne magt til folket, har vi brug for et stærkt transmissionsnet.

Distributionsnetværk – den del af nettet, der leverer strøm direkte til bygninger – kan også integrere mere solenergi uden større omkostninger for nettets drift. Men når solenergikapaciteten når en vis procentdel af strømbehovet på det lokale netværk, som varierer efter lokation, så der afholdes flere omkostninger.

I sidste ende ender forbrugerne eller skatteyderne altid med at betale for disse opgraderingsprojekter, men fordelene kan opveje omkostningerne. Texas' udvidelse af sit elnet har givet mulighed for meget mere vindkraft for at nå lastcentre hvilket sammen med et fald i naturgaspriserne har drevet omkostningerne på engrosmarkedet for el. De lavere omkostninger er derefter videregivet til skatteyderne.

Der er ingen vej, der ikke kræver investeringer – selv blot at opretholde det, vi har, vil koste hundredvis af milliarder, hvis ikke billioner, dollars i løbet af det næste årti. Det større spørgsmål er: Når vi fortsætter med at erstatte og genopbygge dette fantastiske net, hvilke teknologier skal vi så fokusere på?

Om forfatteren

Joshua D. Rhodes, postdoktor i energi, University of Texas i Austin

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon