完全に再生可能な電気グリッドを使用する方法

完全に再生可能な電気グリッドを使用する方法
完全に再生可能なグリッドは、より多くの電力とより多くの送電線を意味します。 ラス・アリソン・ロア/フリッカー, CC BY-NC-ND

の主な解決策 気候変動 よく知られています-化石燃料の燃焼を停止します。 これを行う方法はより複雑ですが、エネルギーモデリングを行う学者として、私と他の人々は、化石燃料後の未来の概要を見ています。 再生可能な資源で電気を作り、ほとんどすべてを電化する.

それは、電気で車両や電車を走らせ、電気で建物を暖房することを意味します ヒートポンプ、電化 産業用アプリケーション 鉄鋼生産などの再生可能な電力を使用して 水素化 (天然ガスと同様)その他の要件。 そのため、再生可能エネルギーで電力網に電力を供給することに焦点を当てています。

しかし、完全に再生可能な電力システムが 実行可能などのくらい速く 移行することができます。 ここでは、実現可能性は明確であるため、移行の質問のみが関連すると主張します。

既知の技術

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テキサスの風力発電所。 テキサス州 15の風力から電力の約2017%を取得しました。
Draxis / flickr, BY-ND CC

私の研究は 再生可能エネルギーの経済学。 実現可能性を実証し、再生可能電力システムのコストを見積もるために、研究者は気象条件の変化に基づいて、各時点で異なる技術からの潜在的な生産を計算するコンピューターモデルを使用します。 モデルは、電力源とエネルギー貯蔵システムのどの組み合わせが最も需要が低く、常に需要を満たしているかを明らかにします。

多くの研究 完全に再生可能な電気グリッドが 米国, ヨーロッパ, オーストラリア その他の場所。 同僚と私は最近、島国に関する小規模な研究を完了しました。 モーリシャス. 島は魅力的です 小規模で、比較的単純で、輸入燃料に依存しているため、最初の再生可能な移行の場所。

がいくつかあります 再生可能な電気を作る方法:水力、風力、太陽光発電、地熱、およびさまざまな形態のバイオマス(植物)の燃焼 効率を改善する より少ないエネルギーを使用します。 これらは、既知のコストを持つ成熟したテクノロジーです。

他の可能性が含まれます 波、潮太陽光発電の集中、リフレクターは太陽光を集めて電力を生成します。 これらは将来的に使用される可能性がありますが、気候変動に対処する必要性は急務であり、私の推定では、成熟した技術で十分です。

意見 核エネルギー 別の会話である強い実行。 しかし、モデルは、米国が化石燃料を廃棄するために原子力を必要としないことを示しています。

未来のグリッド

再生可能エネルギーシステムは場所固有です:最適なシステムは、場所のリソース(風が強いですか?)、時間的パターン(風が強い頻度はどれくらいですか?)、および補完的なソースの利用可能性(バックアップ用の水力はありますか?)に依存します。 この場所の感度にもかかわらず、異なる場所での研究は同様の結果を見つけています。

多様な再生可能エネルギー源を持つことにより、コストを削減できます。 特に、太陽と風は 補完的 日当たりの良い季節が風の強い季節でない場合; モデルでは、通常、両方の組み合わせがどちらか一方よりも安価であることがわかります。

ほとんどのテクノロジーでは、 大規模でコストを削減。 たとえば、米国では、大規模なソーラーファームは、住宅の屋上システムよりも1,000倍以上大きく、コストは約半分です。 コストを最小限に抑えるために、大規模なシステムを構築しています。

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カリフォルニア州のモハーベ砂漠にあるこの550メガワットの太陽光発電所など、大規模な再生可能エネルギープロジェクトを構築すると、生産されるエネルギーのコストが削減されます。
米国内務省, のCC BY-SA

太陽と風の条件は景観全体で異なるため、システム 生産エリアが拡大するにつれてコストが低下する、そうする必要があります 堅牢な電気グリッド 需要のある場所に供給がある場所から電気を移動する。 また、現在化石燃料を使用している交通機関などのアプリケーションには、より多くの電力が必要です。 これは、グリッドが成長する必要があることを意味します。

さまざまな再生可能エネルギーを使用して送電網を運用すると、 エネルギーを使用しない、または投棄することを含む 時には、余剰エネルギーを常に貯蔵するのに比べてコストを削減する戦略。

それでも、何らかの形 蓄電 が必要です。 バッテリーは短期的な変動を滑らかにするのに適していますが、何時間または何日間もエネルギーを蓄えるには、 揚水発電 安価です。 揚水発電では、グリッド内の余分なエネルギーを使用して水を上り坂に送ります。エネルギーが必要になった場合、水は逆流してタービンで発電します。 米国にはいくつかの既存の例があり、 多くの実行可能な場所。 グリッド拡張では、ストレージはユーザーから離れた場所に配置される場合があります。

水力発電とバイオマス電力はオンデマンドで利用できるため、これらを再生可能な送電網に配置すると、エネルギー貯蔵の必要性が減り、コストが削減されます。 どちらも管理する必要のある環境への影響があります。

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米エネルギー情報局, CC BY

水力発電は地元の生態系を変える可能性があります。 燃焼 バイオマスは二酸化炭素を排出します、しかし、私が取り組んだ研究は、バイオマス排出量 リバーシブルです 化石燃料の排出よりも明らかに炭素優先です。 持続可能性は、バイオマス畑と森林の管理にも大きく依存しています。 これに関する人間の実績 恒星ではなかった.

再生可能エネルギーシステムには土地が必要です。 A 米国の研究 風力、水、太陽光からすべての電力を供給するには、土地面積の0.42%に加えて、風力タービン間のスペースに土地面積の1.6%が必要であることを示しています。 バイオマスエネルギーは風力や太陽光よりもはるかに多くの土地を必要とするため、バイオマスは再生可能エネルギーソリューションのごく一部でなければなりません。

本当の障壁は政治的および文化的です

関連する電化を伴う将来の再生可能電力グリッドは、そうでない場合があります エネルギーコストを削減。 しかし、気候変動の最悪の影響を回避することは、これがお金を節約するかどうかにかかわらず、化石燃料をやめることを意味します。 それでも、より安価であれば、再生可能な移行はより速く、政治的に簡単になります。

In モーリシャス、私たちの研究では、再生可能エネルギーの現在の資本コストに基づいて、再生可能電力のコストが現在のコストと同程度であることがわかりました。 いくつかの研究 また、将来の再生可能電力のコストが現在の化石燃料のコストよりも低いことを確認します。これは、再生可能エネルギーシステムをより多く構築し、それを改善するにつれてコストが下がる可能性が高い場合です。

そして、それは技術的な観点からです。 再生可能エネルギー源とエネルギー貯蔵の組み合わせ-地域の条件や好みに応じた特定の組み合わせ-は、手頃な価格で必要なすべての電力を供給でき、起動する大気汚染を削減します。

しかし、再生可能エネルギーへの移行には政府の政策が必要です。 気候変動は、エネルギー生産者ではなく社会が負担する外部コストであるため、市場の力だけでは移行できません。 炭素に価格をつけることに加えて(おそらく 配当金)、政府は必要なインフラストラクチャの構築を容易にすることができます。 また、公共のサポートが必要です。たとえば、風の強いグレートプレーンズから市内中心部に電力を移動するための送電線の一般的な受け入れは、完全に再生可能なグリッドのもう1つの課題です。

エネルギーシステムを変換する規模のプロジェクトは、 雇用を創出します –多くの仕事–これはおそらく市民にとって最も重要な経済的尺度です。

私や他の研究者によると、現在の技術を現在の価格で使用すれば、完全に再生可能な電気グリッドが実現可能であることが示されています。 再生可能電力の使用に対する障壁は、技術的または経済的よりも政治的および文化的です。

著者について

デビッド・ティモンズ、経済学准教授、 マサチューセッツ州ボストン大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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