Atsinaujinančios energijos pertrūkiai nėra akivaizdus dalykas


2022 m. balandžio 20 d• Fizika 15, 54

Atsinaujinančių šaltinių energijos pertrūkiai sukėlė susirūpinimą dėl galimo tiekimo trūkumo, tačiau yra technologinių sprendimų, kad elektros tinklas būtų stabilus.

Nepaisant nerimo dėl elektros energijos tiekimo nutraukimo, tyrimai rodo, kad vėjo ir saulės technologijomis pagrįstas energijos tinklas gali išlikti stabilus.

Šis straipsnis yra dalis aplinkosaugos temų serijos Fizika leidžia švęsti Žemės dieną (balandžio 22 d.). Taip pat žiūrėkite: Mokslinių tyrimų naujienos: polimerų perdirbimo kliūčių įveikimas; Menas ir kultūra: Serenada neramiam vandenynui; Naujienų funkcija: atsakymas pučia turbinoje; Klausimai ir atsakymai: Cemento viliojimas.

Didžiausias klausimas, su kuriuo susiduria pasaulis, pereinant nuo tradicinio kuro prie 100 % švarios, atsinaujinančios energijos, yra tai, ar galime išlaikyti elektros tinklo stabilumą kiekvieną dieną, atsižvelgiant į vėjo ir saulės spindulių kintamumą. Mano atsakymas yra taip! Galime išvengti elektros energijos tiekimo sutrikimų pasinaudoję keliais jau prieinamais įrankiais.

Švari, atsinaujinanti energija yra natūraliai pasipildoma energija, kuri neišskiria sveikatai ar klimatui įtakos turinčių oro teršalų ir nekelia kitų didelių grėsmių aplinkai. Pagrindinės švarios, atsinaujinančios elektros energijos gamybos technologijos yra sausumoje ir jūroje esančios vėjo turbinos, saulės fotovoltinė energija, koncentruotos saulės elektrinės, geoterminės elektrinės ir hidroelektrinės. Bendrai tai vadinama vėjo, vandens ir saulės (WWS) technologijomis.

Elektros energijos gamybos technologijos, kurios nėra švarios ir atsinaujinančios, apima iškastinį kurą, biomasę ir branduolinę energiją. Iškastinio kuro ir biomasės jėgainės sukelia oro taršą – problema neišspręsta pridedant anglies surinkimo technologiją šiems augalams. Pagrindiniai rūpesčiai dėl branduolinės energijos yra radioaktyviosios atliekos, urano kasybos ir perdirbimo tarša, reaktorių lydymosi rizika (1,5 % visų kada nors pastatytų energiją tiekiančių reaktorių buvo atsitiktinis branduolio išsilydymas) ir branduolinių ginklų galimybė. platinimas.

Tačiau ši teršianti energija dažnai laikoma būtina norint išlaikyti patikimą energijos gamybą. Vis dėlto galimybė išvengti elektros energijos tiekimo nutraukimo naudojant 100 % WWS jau yra realybė keliose šalyse. 2021 m. 10 šalių – Islandija, Norvegija, Kosta Rika, Albanija, Paragvajus, Butanas, Namibija, Nepalas, Etiopija ir Kongo Demokratinė Respublika – pagamino 97,5–100 % visos elektros energijos iš WWS išteklių. Kai kurios iš šių šalių net pagamino perteklinę elektros energiją, kurią galėjo parduoti savo kaimynams: Paragvajus eksportavo elektrą į Argentiną ir Braziliją, o Butanas ir Nepalas – į Indiją.

Visose aukščiau išvardytose 100 % WWS šalyse dominuojanti atsinaujinanti energija yra hidroenergija. Žinoma, ne visos šalys turi didelius hidroenergijos pajėgumus, todėl norint pasiekti 100% WWS elektros energijos daugeliui šalių reikės 90% ar daugiau elektros pagamintos iš vėjo ir saulės energijos. Dažnas nerimas yra tas, kad vartotojai susidurs su elektros energijos tiekimu, kai nepučia vėjas arba nešviečia saulė. Tačiau WWS tiekiamą tinklelį galime padaryti stabilų, derindami kelis metodus. Pirma, vėjo ir saulės energija papildo viena kitą, nes Saulė dažnai šviečia, kai nepučia vėjas, ir atvirkščiai. Taigi, derinant vėjo ir saulės energiją, energijos tiekimas išlyginamas, palyginti su vien vėjo ar saulės energija. Panašiai galima derinti vėjo ar saulės energiją iš tolimų objektų vidutinis produktyvumas užliūliuoja konkrečiose vietose.

Vėjo jėgainių vieta taip pat gali turėti įtakos tinklo stabilumui. Vėjo turbinų statyba pakrančių vandenyse padeda patenkinti elektros paklausos šuolius, nes jūros vėjas paprastai yra mažiau kintantis nei sausumos vėjas ir dažnai piko, kai elektros poreikis yra didžiausias. Statant daugiau vėjo turbinų šaltame klimate, taip pat padidėja patikimumas, nes vidutiniškai nukritus temperatūrai ir didėjant šildymo poreikiui, vėjai sustiprėja.

Kita tinklo stabilizavimo strategija yra elektros kaupimas, kuris dažnai gali užpildyti vėjo ir saulės energijos tiekimo spragas. Prie esamų elektros kaupimo technologijų priskiriami akumuliatoriai, hidroakumuliacinės hidroakumuliacinės sistemos, smagračiai, suslėgto oro saugyklos ir vadinamieji. gravitacijos saugykla. Daugumoje vietų saulės baterijos ir baterijos jau yra pigesnės nei anglies ar branduolinės energijos ir yra pakeičiant abu. Tiesą sakant, baterijos kainos turi sumažėjo 97% nuo 1991 m. Kuo labiau mažės saugojimo išlaidos, tuo daugiau saugyklos bus susieta su WWS generavimu, kad tinklas būtų stabilus.

Kiti būdai išvengti elektros energijos tiekimo nutraukimo sutelkti dėmesį į paklausą. Veiksmingumo patobulinimai, pvz., perėjimas prie šviesos diodų ir pastatų izoliavimas, gali sumažinti elektros suvartojimą. Komunalinės paslaugos taip pat gali suteikti finansinių paskatų, kad paskatintų vartotojus perkelti energijos naudojimo laiką į saulės arba vėjo šviesą.

Aš studijavau šių metodų naudojimą 143 šalys ir 50 valstybių ir nustatė, kad tinklelis gali išlikti stabilus visame pasaulyje su 100 % WWS. Yra daug paskatų pereiti. Viena vertus, visiškai WWS pagrįstas energijos tiekimas sumažintų energijos poreikį, visų pirma todėl, kad tai reikštų perėjimą nuo dujomis varomų transporto priemonių prie efektyvesnių elektrinių transporto priemonių. Kiti motyvai apima mažiau su tarša susijusių ligų ir mažesnį poveikį aplinkai.

Imti pavyzdį iš JAV, mano sąmatos rodo, kad visiškai perėjus prie WWS 2050 m. energijos poreikiai sumažėtų 57 %, energijos sąnaudos – 63 %, o energijos ir sveikatos bei klimato išlaidos – 86 %, palyginti su įprasto verslo scenarijumi. Sveikatos sutaupymas pagrįstas maždaug 53 000 mažiau mirčių dėl oro taršos per metus (padauginus iš „gyvybės vertės“ koeficiento, kuris yra maždaug 11 mln. USD už kiekvieną mirtį); klimato kaitos sutaupymas gaunamas darant prielaidą, kad visuomenei kainuos 550 USD už metrinę CO toną2 skleidžiama. Be to, 100 % WWS scenarijus JAV sukurtų 4,7 mln. darbo vietų.

Apibendrinant galima pasakyti, kad yra daug įrankių, kad tinklelis būtų stabilus ir 100% WWS. Tai sumažins išlaidas, padidins užimtumą, sumažins su tarša susijusių mirčių skaičių, sumažins žalą klimatui ir užtikrins energetinį saugumą. Kad išvengtume didžiausios žalos klimatui, turime nedelsiant sustabdyti išmetamųjų teršalų išmetimą, bet, išskyrus tai, iki 2030 m. turime pereiti bent 80 proc., o idealiu atveju – iki 2035–2040 m., bet ne vėliau kaip iki 2050 m. – 100 proc. Šiandien turime bent 95 % technologijų, kurių mums reikia perėjimui. Todėl neturime jokio pasiteisinimo, kad nevykdytume kuo greičiau.

Pataisa (2022 m. balandžio 25 d.): Ankstesnėje versijoje neteisingai buvo nurodyta, kad oro taršos visuomeninė kaina yra 550 mln. USD už metrinę CO toną.2 skleidžiama.

apie autorių

Marko Z. Jacobsono vaizdas

Markas Z. Jacobsonas yra Stanfordo universiteto civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorius. Jo darbai sudaro mokslinį „Žaliojo naujojo kurso“ ir pasaulinių įstatymų, kuriais siekiama 100 % švarios, atsinaujinančios energijos, pagrindą. Jis yra 175 recenzuotų mokslinių straipsnių ir šešių knygų, įskaitant 100 % švari, atsinaujinanti energija ir saugykla viskam.


Naujausi straipsniai

Simetrinis įrišimas topologinėms būsenoms
Realizuotas Laughlin įkrovimo siurblys
Kvantinė fizika

Realizuotas Laughlin įkrovimo siurblys

2022 m. balandžio 25 d

Naudodami atominį sukimąsi sintetinei dimensijai reprezentuoti, mokslininkai eksperimentiškai patikrino ilgai nerealizuoto minties eksperimento prognozes. Skaityti daugiau “

Plaukiojančių dalelių gumulėlis imituoja asteroidus ir branduolius

Daugiau straipsnių