Stroomuitval in Texas voorkomen met hernieuwbare energie

Twaalf maanden later verbeterde het elektriciteitsnet van de staat, Nog steeds kwetsbaar Stroomstoringen door weersomstandigheden.

“Als we dit jaar door een nieuwe storm worden getroffen, zoals Urey in 2021, zal het net weer naar beneden gaan”, zegt Andrew Dessler, hoogleraar atmosferische wetenschappen aan de Texas A&M University. “Dit is nog te riskant voor ons.”

Nutsvoorzieningen, recent onderzoek Het laat zien dat landelijke black-outs – mogelijk zelfs tijdens extreme weersomstandigheden – kunnen worden voorkomen door over te schakelen op 100 procent schone, hernieuwbare energie, zoals zon, wind en water.

“Technisch en economisch hebben we 95 procent van de technologieën die we vandaag nodig hebben om alles te transformeren”, zegt Marc Jacobson, hoofdauteur van het artikel en professor civiele en milieutechniek aan de Stanford University. Wind, water en zonne-energie zijn nu al goed voor ongeveer een vijfde van de elektriciteit van het land, hoewel de volledige transformatie in veel gebieden traag verloopt.

De studie toonde aan dat het overschakelen op hernieuwbare energiebronnen ook de energiebehoefte zou verminderen, de consumentenkosten zou verlagen, miljoenen nieuwe banen zou creëren en de gezondheid van mensen zou verbeteren.

Sommigen hebben jarenlang hun twijfels geuit over de haalbaarheid van het op grote schaal toepassen van hernieuwbare energiebronnen, vanwege de kosten ervan. Maar Dessler zei dat, hoewel zonne-energie 10 jaar geleden een dure energiebron was, het dat wel is Een van de goedkoopste prijzen vandaag.

“Het begrip van veel mensen over hernieuwbare energie is erg achterhaald”, zegt Dessler, die niet betrokken was bij het onderzoek.

Windenergie kan ook zeer efficiënt zijn en op sommige dagen de helft van de energie van Texas besparen – een feit dat Dessler-podcaster verraste Joe Rogan Toen hij als gast verscheen in de aflevering van donderdag van ‘The Joe Rogan Experience’.

“Zonne en wind zijn de goedkoopste beschikbare energiebronnen”, zei Dessler. “Mensen lijken dat niet te begrijpen, en ze begrijpen ook niet dat we weten hoe we een betrouwbaar netwerk kunnen maken dat voornamelijk afhankelijk is van hernieuwbare energiebronnen.”

In de laatste studie laten Jacobson en collega’s zien hoe in 2050 en 2051 in een groener, meer bevolkt land in de Verenigde Staten elke 30 seconden aan de energievraag kan worden voldaan zonder stroomuitval.

Stel je in de simulaties voor dat alle voertuigen elektrisch waren of werden aangedreven door waterstofbrandstofcellen. Elektrische warmtepompen, boilers, windturbines en zonnepanelen hebben fossiele brandstoffen vervangen. Het team omvatte ook nieuwe thermische energiebronnen, maar geen nieuwe waterkrachtcentrales.

Ze modelleerden de netwerkstabiliteit in de aangrenzende Verenigde Staten, inclusief gegevens van het Air Pollution, Climate and Weather Model, dat klimaatfactoren en statistisch typische weerpatronen omvat die zich in een bepaald gebied voordoen. Met behulp van energieverbruikgegevens van de Energy Information Administration heeft het team de energiebehoefte voor 2050-2051 gesimuleerd. De voeding moest elke 30 seconden de stroomvraag evenaren, anders zou het model gesloten zijn.

Het team ontdekte dat de werkelijke vraag naar energie aanzienlijk werd verminderd door simpelweg over te schakelen op hernieuwbare bronnen, die efficiënter zijn. Voor de hele Verenigde Staten daalde de totale vraag naar energie voor eindgebruik met ongeveer 57 procent. De jaarlijkse energiekosten per hoofd van de bevolking voor huishoudens waren ongeveer 63 procent lager dan het “business as usual”-scenario.

“Alles wat we momenteel met fossiele brandstoffen doen, zal worden gedaan met technologie die wordt aangedreven door elektriciteit”, zegt Anna Katharina von Kreland, co-auteur en een promovendus in het laboratorium van Jacobson. “De hoeveelheid energie die nodig is om activiteiten uit te voeren, voornamelijk om licht van stroom te voorzien of om industriële processen van brandstof te voorzien, die eigenlijk zou worden verminderd als je een efficiëntere stroombron zou gebruiken.”

Tijdens extreme weersomstandigheden is een lagere energievraag belangrijk om het net online te houden. In Texas zou een volledige groene transitie de gemiddelde jaarlijkse vraag naar energie bij het eindgebruik met 56 procent verminderen. Het vermindert ook piekbelastingen, oftewel de grootste hoeveelheid stroom die men tegelijk van het net haalt. Jacobson zei dat veel huizen ook hun eigen opslag zullen hebben en niet zo veel op het netwerk hoeven te vertrouwen.

Het team ontdekte ook dat het aansluiten van elektriciteitsnetten uit verschillende regio’s het stroomsysteem betrouwbaarder kan maken en de kosten kan verlagen. Winden zullen eerder in grotere gebieden waaien, of de zon laten schijnen of hydro-elektrische energie elders laten lopen, wat mogelijk kan helpen om eventuele hiaten in de toevoer op te vullen.

“De verstoring van hernieuwbare energie neemt af als je naar steeds grotere gebieden kijkt”, zei Dessler. “Als het niet winderig is in Texas, kan het winderig zijn in Iowa. In dat geval zouden ze te veel energie kunnen produceren en een deel van hun extra vermogen aan ons kunnen opladen.”

De studie meldde dat de kosten per eenheid energie in Texas 27 procent lager zijn wanneer ze zijn aangesloten op het Midwest-net dan wanneer ze geïsoleerd zijn, zoals momenteel het geval is.

“Over de hele linie ontdekten we dat het minder duur en betrouwbaarder zou zijn en een beter energieverbruik zou hebben als we de interconnectie zouden uitbreiden”, zei von Kruland. voeg echter toe “Zelfs als elke staat eilanden op zichzelf zou zijn, zou het nog steeds mogelijk zijn om 100 procent wind- en zonnewater in elke individuele staat te implementeren.

Tijdens de winter in Texas zei Jacobson dat goed onderhouden windturbines ook zullen helpen de stroomvoorziening in stand te houden. Tijdens de koudegolf van februari 2021 werden enkele bevroren windturbines stilgelegd vanwege een gebrek aan ontdooiapparatuur. (Kolen, gas en nucleaire hulpbronnen) ook dichtbij door direct bevriezen van apparatuur en droegen bij tot een nog grotere afname van het vermogen.)

“Op die dagen dat het koud is, heb je harde wind, wat echt goed nieuws is, want als het koud is, heb je warmtevraag,” zei Jacobson. “Op koude dagen krijg je juist meer energie.”

In de winter kan te weinig zonlicht zonnepanelen onbruikbaar maken. In dit geval zijn windturbines en zonnepanelen complementaire energiebronnen. Als beide op een gegeven moment uitvallen, kan een andere energiebron starten, zoals aardwarmte of waterkracht.

Batterijen worden ook gebruikt om stroom te leveren wanneer zonne- of windenergie laag is, maar het team toonde aan dat batterijen met een lange levensduur niet nodig of gunstig zijn voor de stabiliteit van het net. Veel van de 4 uur-accu’s die momenteel op de markt zijn, kunnen worden aangesloten voor langdurige opslag, zoals tijdens een stroomstoring. Deze bevinding is vooral nuttig omdat batterijtechnologie met een lange levensduur nog relatief ver verwijderd is van de markt.

“Het is een vergissing om hernieuwbare energiebronnen als onbetrouwbaar te beschouwen, omdat je niet per se aan hernieuwbare energiebronnen denkt”, zei Dessler. “Je ziet ze als onderdeel van een systeem. Een stabiel netwerk met veel hernieuwbare energiebronnen zal ook een inzetbare constante capaciteit hebben die zal herstellen wanneer de hernieuwbare energiebronnen opraken.”

De simulatie van het team suggereerde ook een stroomstoring in Californië, zoals: Die in augustus 2020, tegen lage kosten. Door in de zomer meer offshore windturbines te installeren, kan energie worden bespaard, waaronder het koelen van gebouwen. Overstappen op alle soorten schone, hernieuwbare energie zou de energievraag van Californië met 60 procent kunnen verminderen.

Naast het verbeteren van de netwerkstabiliteit, bleek uit de studie dat het exploiteren van een schoon, hernieuwbaar netwerk bijna 5 miljoen fulltime banen op lange termijn zou kunnen creëren, van constructie tot productie tot indirecte werkgelegenheid in bedrijven. De systemen zouden ook schonere lucht produceren, wat het aantal vervuilingsgerelateerde sterfgevallen met 53.000 mensen per jaar zou kunnen verminderen en het aantal vervuilingsgerelateerde ziekten voor miljoenen mensen in 2050 zou verminderen.

“Dit is een zeer belangrijke studie”, zegt Robert Howarth, een professor aan de Cornell University die niet bij het onderzoek betrokken was. “De fossiele-brandstofindustrie blijft beweren dat hernieuwbare energiebronnen een gevaarlijk experiment zijn en dat de stabiliteit en betrouwbaarheid van het net gedeeltelijk afhankelijk zullen blijven van fossiele brandstoffen. Hier laten Jacobson en collega’s duidelijk zien dat dit helemaal niet het geval is.”

Jacobson’s eerdere onderzoek in 2015 naar de massale transformatie van hernieuwbare energie bekritiseren Van sommigen in de wetenschappelijke gemeenschap. Meer dan 20 onderzoekers gepubliceerd studie Onder verwijzing naar bezorgdheid over onvoldoende modelleringstechnieken en aannames. Een problematische veronderstelling was dat bestaande hydro-elektrische dammen hun energieproductie zouden kunnen stimuleren. Jacobson klaagde hoofdauteur Christopher Clack aan wegens laster, maar het pak intrekken.

Deze nieuwe studie houdt rekening met eerdere kritieken, wijziging van aannames, testen van het model onder veel verschillende omstandigheden, en het opnemen van gegevens die beschikbaar zijn sinds de studie van 2015. “Dit zijn zeer bijgewerkte, meer realistische plannen en veel minder kritiek op hen tot op heden”, zei hij.

Dessler zei: Hij gelooft niet dat de resultaten van dit onderzoek “totaal controversieel” zijn, Daarin staat dat een 100 procent schoon, hernieuwbaar netwerk theoretisch mogelijk is.

“Het is duidelijk dat het alleen zal werken omdat er veel hernieuwbare energie beschikbaar is op de planeet. Alleen al vanuit een natuurkundig oogpunt zijn er hier geen fundamentele beperkingen”, zei hij. “De beperking is politiek. Je moet mensen bij elkaar krijgen en besluiten om dat te doen, en dat is echt moeilijk.”

Tijdens de koudegolf in februari 2021 zei de voormalige gouverneur van Texas, Rick Perry, dat Texanen meer tijd in de kou en zonder elektriciteit zouden doorbrengen om “de federale overheid buiten hun zaken te houden” en democraten gedwarsboomd die nieuwe regelgeving willen voorstellen.

Ongeveer 15 staten, territoria en meer dan 180 steden hebben beleid ingevoerd dat de hoeveelheid hernieuwbare elektriciteit verhoogt, maar Jacobson hoopt dat de bevindingen als deze beleidsmakers vertrouwen zullen geven om wetten en beleid aan te nemen voor een snellere overgang. Jacobson’s eerdere studies en werk via zijn non-profitorganisatie projectoplossingen Help weloverwogen plannen te maken zoals: Groene nieuwe deal en de staatswetgever.

“We hebben een echt snelle 80 procent overgang nodig [of clean energy] tegen 2030 en 100 procent zo snel mogelijk daarna, zei Jacobson. “Er is echt een grootschalige inspanning van veel mensen nodig om dit probleem op te lossen. Het is geen enkele wetenschappelijke studie die het probleem zal oplossen.”