اجتناب از خاموشی با انرژی پاک و تجدیدپذیر —

مارک Z. Jacobson، نویسنده ارشد این مطالعه، استاد دانشگاه گفت: “این اولین مطالعه ای است که ثبات شبکه را در تمام مناطق شبکه ایالات متحده و بسیاری از ایالت های منفرد پس از برق رسانی کردن تمام انرژی و تامین برق تنها با انرژی پاک و تجدیدپذیر بررسی می کند.” مهندسی عمران و محیط زیست در استنفورد این بدان معناست که سوخت‌های فسیلی، جذب کربن، جذب مستقیم هوا، بیوانرژی، هیدروژن آبی یا انرژی هسته‌ای وجود ندارد.

تصور کنید همه ماشین‌ها و کامیون‌ها با موتورهای الکتریکی یا سلول‌های سوختی هیدروژنی کار می‌کردند، پمپ‌های حرارتی الکتریکی جایگزین کوره‌های گاز و آبگرمکن‌ها و توربین‌های بادی و پنل‌های خورشیدی جایگزین نیروگاه‌های زغال سنگ و گاز طبیعی شدند. این مطالعه آن‌ها و بسیاری دیگر از انتقال‌ها را در بخش‌های برق، حمل‌ونقل، ساختمان‌ها و صنعتی در سال‌های 2050 و 2051 پیش‌بینی می‌کند. به گفته جاکوبسون و همکارانش، این سناریو آنقدرها هم که به نظر می‌رسد دور از ذهن نیست. باد، آب و خورشید در حال حاضر تقریباً 20 درصد از برق ایالات متحده را تشکیل می دهند، و 15 ایالت و منطقه و بیش از 180 شهر ایالات متحده سیاست هایی را وضع کرده اند که به بخش برق تقریباً تمام انرژی تجدیدپذیر نیاز دارند، از جمله نشانه های دیگر تغییر بزرگتر به سمت انرژی های پاک و تجدید پذیر. .

منتقدان چنین تغییری به خاموشی شبکه در بحبوحه رویدادهای آب و هوایی شدید در کالیفرنیا در ماه اوت 2020 و تگزاس در فوریه 2021 اشاره کرده اند و این دلیلی است که نشان می دهد نمی توان به برق تجدیدپذیر برای برق ثابت اعتماد کرد. به گفته محققان، اگرچه در هر دو مورد انرژی تجدیدپذیر نسبت به سایر منابع آسیب‌پذیرتر نبود، اما به گفته محققان، ترس از افزایش خاموشی همچنان قابل توجه است.

محققان با توسعه نقشه راه قبلی انرژی های تجدیدپذیر در سال 2015 برای 50 ایالت ایالات متحده، به بررسی چگونگی برآوردن تقاضای مداوم انرژی هر 30 ثانیه به مدت دو سال پرداختند. آنها شبیه سازی هایی را برای شش ایالت منفرد – آلاسکا و هاوایی، که منزوی هستند، و کالیفرنیا، تگزاس، نیویورک و فلوریدا، ایالت های بزرگ دور از یکدیگر و تحت شرایط آب و هوایی مختلف- و همچنین تمام مناطق شبکه برق متصل به هم اجرا کردند. در ایالات متحده و ایالات متحده به طور کلی.

سناریوهای آن‌ها افزایش گسترده توربین‌های بادی و پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام – که هیچ‌کدام زمین جدیدی را اشغال نمی‌کنند – و همچنین توربین‌های بادی خشکی، پانل‌های خورشیدی کاربردی و نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز را پیش‌بینی می‌کردند. این سناریوها همچنین شامل برخی از زیرساخت‌های زمین گرمایی جدید اما بدون زیرساخت‌های جدید برق آبی است. به طور کلی، آنها دریافتند که ژنراتورهای برق جدید حدود 0.84 درصد از زمین های ایالات متحده را در مقابل حدود 1.3 درصد از زمین هایی که در حال حاضر توسط صنعت سوخت های فسیلی اشغال شده است، اشغال می کنند.

بر اساس این سناریوها، محققان همچنین دریافتند که سرانه هزینه های انرژی سالانه خانوار تقریباً 63 درصد کمتر از سناریوهای معمول یک تجارت است. در برخی ایالت ها، هزینه ها تا 79 درصد کاهش یافت. هزینه سرمایه گذاری برای انتقال همه چیز در ایالات متحده از نزدیک به 9 تا 11 تریلیون دلار متغیر است، بسته به میزان اتصال بین مناطق. با این حال، این امر از طریق فروش انرژی و از صرفه جویی در هزینه هر سال در مقایسه با عدم انتقال هزینه می شود. در واقع، تنها بر اساس صرفه جویی در هزینه انرژی، زمان بازپرداخت ممکن است تا پنج سال کوتاه باشد.

به هم پیوستن مناطق جغرافیایی بزرگتر و بزرگتر منبع تغذیه را روانتر و هزینه ها را کاهش می دهد زیرا شانس در دسترس بودن انرژی باد، خورشید و برق آبی را افزایش می دهد و نیاز به توربین های بادی اضافی، پنل های خورشیدی و باتری ها را کاهش می دهد.

یک یافته مهم این مطالعه این بود که باتری های طولانی مدت برای پایدار نگه داشتن شبکه نه مورد نیاز هستند و نه مفید هستند. در عوض، پایداری شبکه را می‌توان با اتصال باتری‌های موجود در حال حاضر با مدت زمان ذخیره‌سازی چهار ساعت یا کمتر به‌دست آورد. اتصال باتری های کوتاه مدت می تواند ذخیره سازی طولانی مدت را در صورت استفاده متوالی فراهم کند. آنها همچنین می توانند به طور همزمان تخلیه شوند تا به پیک های سنگین تقاضا برای دوره های کوتاه پاسخ دهند. به عبارت دیگر، باتری‌های کوتاه مدت را می‌توان هم برای پیک‌های بزرگ تقاضا برای دوره‌های کوتاه و هم برای پیک‌های پایین‌تر برای مدت طولانی یا هر چیزی بین‌المللی استفاده کرد.

این مطالعه همچنین نشان می دهد که ساخت و راه اندازی یک شبکه کاملاً تمیز و تجدیدپذیر ممکن است حدود 4.7 میلیون شغل تمام وقت و بلند مدت در بخش های مختلف انرژی مانند ساخت و ساز و تولید قطعات و همچنین اشتغال غیرمستقیم در فروشگاه ها، رستوران ها و سایر موارد ایجاد کند. کسب و کار. محققان دریافتند که هوای پاک سالانه حدود 53200 نفر را از مرگ و میر ناشی از آلودگی و میلیون ها نفر دیگر را از بیماری های مرتبط با آلودگی در سال 2050 در امان می دارد و حدود 700 میلیارد دلار در سال در هزینه های بهداشتی صرفه جویی می کند.

شبیه‌سازی‌های محققان نشان داد که می‌توان از خاموشی در کالیفرنیا و تگزاس با هزینه کم به دلیل یک شبکه تمیز و تجدیدپذیر جلوگیری کرد. بخشی از دلیل آن این است که نیازهای انرژی در کالیفرنیا 60 درصد و در تگزاس 57 درصد با برق رسانی به تمام بخش های انرژی و تامین برق با انرژی پاک و تجدیدپذیر کاهش می یابد. دلیل دوم این است که وقتی باد نمی وزد، خورشید اغلب در طول روز می تابد و بالعکس، بنابراین استفاده از هر دو به تامین تقاضا با عرضه کمک می کند. سوم، دادن مشوق های مالی به مردم برای استفاده نکردن از برق در ساعات خاصی از روز به تغییر زمان اوج تقاضای برق کمک می کند. چهارم، استفاده از ذخیره سازی به پر کردن شکاف های عرضه در زمانی که باد و خورشید در دسترس نیستند کمک می کند. پنجم، در طول دوره های سرد، باد به طور متوسط ​​قوی تر است، بنابراین افزایش انرژی باد به برآوردن پیک های زمستانی در تقاضای گرمای ساختمان کمک می کند. ششم، ذخیره گرمای فصلی زیرزمینی به تامین نیاز گرمای زمستانی کمک می کند. این دو مورد آخر مخصوصاً برای تگزاس مفید هستند.

برای جلوگیری از خاموشی تابستان در کالیفرنیا، این مطالعه توربین‌های بادی فراساحلی بیشتری را پیشنهاد می‌کند، زیرا سرعت باد در طول تابستان فراساحل کالیفرنیا، به‌ویژه در اواخر بعدازظهر و اوایل عصر که خاموشی‌ها به احتمال زیاد به دلیل کاهش توان خورشیدی است، سریع‌ترین است.

آنا کاترینا فون کرولند، یکی از نویسندگان این مطالعه، دانشجوی دکترای مهندسی عمران و محیط زیست در دانشگاه می گوید: «اگر بتوانیم اراده لازم برای انجام این انتقال را با سرعتی متناسب با فوریت رسیدن به یک سیستم کربن صفر جمع آوری کنیم، چیزهای زیادی می توان به دست آورد. استانفورد من گمان می کنم که این ایده ها، که ممکن است اکنون رادیکال به نظر برسند، به زودی در آینده آشکار خواهند شد.