Yikes! 古い、汚い、不気味な米国の電気グリッドは交換する$ 5兆ドルを要するだろう

Yikes! 古い、汚い、不気味な米国の電気グリッドは交換する$ 5兆ドルを要するだろう

オールドスクール:私たちが頼りにしている発電所や送電網の多くは、数十年前からありました。 アンドリューファーツ/フリッカー, のCC BY-SA

電気グリッドは大陸全体にわたる驚くほど統合された機械システムです。 国立工学アカデミーは、それを 最高のエンジニアリング業績 20th世紀の 会話

しかし、それはまた高価です。 私の分析によれば、発電所、電線、変圧器、および極を含む米国の電力網の現在の(償却された)価値は、およそUS $ 1.5〜$ 2兆である。 それを置き換えるには、ほぼ$ 5兆の費用がかかります。

つまり、すでに数十億ドルの沈没資本が含まれている米国の電気インフラストラクチャーには、まもなく物事を維持するために、すぐに重要な継続的な投資が必要になります。 第二次世界大戦後数十年の間に電力部門の急速な拡大の間に建設された発電所は、40歳以上であり、長く償還されており、おそらくは交換する必要があります。 実際、米国土木技術者協会は、エネルギーインフラ全体を D +のグレードをやっと通過します。

現在の政権はインフラに多額の投資をすると宣言しており、これは電気システムに関するいくつかの疑問を提起している。 低炭素エネルギー供給はどのように達成するのですか? それは何の費用がかかりますか?

インフラストラクチャは、 通路の両側。 しかし、支出をうまく判断するためには、まず既存のグリッドの価値を理解する必要があります。

現在の移行の状態

電気グリッドは過去数十年に及ぶことを意図していますが、システム全体が秒単位の短時間で需要と供給のバランスを細かく調整しなければならないことはほとんどありません。 家庭の照明、ラップトップの操作、エアコンの稼働に必要な1ワットの電力は、発電機の磁石を回転させる燃料を燃やすことによって、異なる場所で同時に生成されます。 グリッドには基本的に電力の蓄積はありません。 代わりに石炭、天然ガス、核製品、ダムの後ろにある水には、大部分のエネルギーが燃料に蓄えられ、コマンドはリアルタイムで電力に変換されるのを待っている。

グリッド3 17すべての米国の発電所の場所と償却状況。 Joshua Rhodes、EIA Form 860データ。

近年、私たちの力を得る場所は劇的に変わりました。 最も古い発電機は大型の発電所であり、米国の東部に多くの発電所があります。最近の追加は、屋上のソーラーパネルや風力発電所を考えると、より小さく、より広がっています。 いくつかの専門家は、中央発電所ではなくネットワークの端に沿って電力が消費される場所に近い、より分散した発電のこのモデルが、 新しい規範.

今後は、以前と同じ方法でグリッドを構築するか、同じサービスを提供できる新しいテクノロジに投資することができます。 より低いコストで.

どうすればそれをよりきれいにすることができますか? グリッドができると思う人もいる 再生可能エネルギー源で完全に稼働する。 他の人たちは、エネルギーシステム全体が「脱炭素化する」、あるいは炭素排出を削減する最善の方法だと言う人もいます 広範囲の電化産業部門および運輸部門.

しかし、そのような移行がコストをかけるものに答えるためには、現在のグリッド・コストとは何かを知る必要があります。 私たちがすでに設置しているコンクリート、スチール、シリコンなどはどれくらいの価値がありますか? 政策立案者や計画立案者に未来のビジョンに取り組むために、私はその質問に答えようとしました。

何がグリッドを構成していますか?

この演習では、グリッドを以下の部分に限定しました。

  1. 発電所
  2. 長距離で電力を伝送する高電圧および低電圧伝送ライン
  3. 建物や他のエンドポイントに直接電力を供給する配電線
  4. トランスミッショングリッドの電源配線用変電所
  5. 配電網上の変電所
  6. 配電網の電圧を変える変圧器

この計算では、家の中の電線、家屋や建物の電気パネルのメーター、電力を消費する最終使用機器など、グリッドの追加の必要なコンポーネントは除外されています。

様々な公的報告書を活用し、償却を見積もるための新しい建設と標準的なアプローチについての更新された見積もりを使用して、発電、送電および配電に関する国の資産の価値を定量化した。

これらの発電所の総容量は約1.15テラワットです。 これは、1,000原子炉の発電容量です(米国は現在、100について考えています)。 あなたが想像しているように、それは費用がかかります。 発電所だけでは、代替価値はほぼ$ 2.7兆であり、償却された価値または現在の大まかな価値はほぼ$ 1兆ドルです。 全体として、この値の内訳は、発電所の56パーセント、送電システムの9パーセント、および配電システムの35パーセントです。

grid2 3 17米国電気インフラの代替品および減価償却額の内訳。 EIAを含む基礎となるデータソースの多くは、UT-Austin Energy InstituteのFull Cost of Electricスタディで最近使用されたものと同じです。 当社は、見積耐用年数の終わりに初期コストの15パーセントのスクラップ値で終了する簡略化された直線償却計画を使用した。 ジョシュアロード

どのような進路?

よりクリーンなエネルギーの未来を望むなら、そこに到達するための複数の道があります。 しかし、私は、最も安価で可能性の高い経路は、既に持っているインフラストラクチャを重複するのではなく、最適に活用するものであると仮定しています。 最も「プラグ・アンド・プレイ」の道のり(そして今日私たちが目にしていること)は、既存の電線、電柱、水インフラを利用できる発電所の石炭からガス焚き発電への転換です。

一方、水素経済は、新しい種類の技術への新たな投資を必要とするため、現在のものを活用することは少ないでしょう。 たとえば、水素を生成し貯蔵する場所を建設する必要があります。 一方、それはより弾力性と持続可能性がある可能性があります。

grid3 3 17彼らの年齢を示す:送電線をアップグレードすることで、国の遠隔地から人々がいる場所に太陽光や風力発電がもたらされ、グリッドを清潔にし、潜在的に価格を下げることができます。 インディゴ/フリッカー, CC BY-NC-ND

インフラへの投資が期待される分野の1つは、バルク送電網をアップグレードすることです。 これらのアップグレードによって、米国の地域間で電力が流れる可能性があり、州間高速道路システムが全米のビジネスコストを 広大な国で商品やサービスを輸送するのにかかる時間を大幅に短縮.

電力がより安価に生産される米国の地域があります 他の地域よりも環境への影響が少ない。 良好な風力と太陽光資源を持つ国の地域への送電線の拡張は、非常に低コストの電力をユーザーにもたらすことができます。 問題は、これらの分野が人々がどこにいるのか常に分かっているわけではないので、人々にこの力をもたらすためには、強力な伝達ネットワークが必要であるということです。

配電網は、建物に直接電力を供給するグリッドの一部であり、グリッドの運用コストをあまり増加させることなく、より多くの太陽光を統合することもできます。 しかし、一度太陽電池容量がローカルネットワーク上の電力需要の特定のパーセンテージに達すると、それは場所によって異なります。 より多くの費用が発生する.

結局のところ、消費者、または納税者は、これらのアップグレードプロジェクトのためにいつも払うことになりますが、その利益はコストを上回る可能性があります。 テキサス州の電力網の拡張は より多くの風力が負荷センターに到達する これは、天然ガス価格の下落に伴い、卸電力市場のコストを引き下げた。 それらのより低いコストは、 納税者に渡された.

投資を必要としない道はありません。私たちが持っているものを維持するだけでも、何十億ドルもの投資は数十億ドルにものぼり、今後10年間でドルを払うことになります。 より大きな疑問は、この驚くべきグリッドを置き換えて再構築し続けるうちに、どの技術に焦点を当てるべきか?

著者について

ジョシュアD.ロードス、ポスドク研究員、エネルギー、 テキサス大学オースティン校

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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