В их работе, опубликованной как рукопись на этой неделе в Возобновляемой энергии, исследователи предлагают три различных метода обеспечения последовательной власти среди всех энергетических секторов – транспортировка; нагревание и охлаждение; промышленность; и сельское хозяйство, лесоводство и ловящий рыбу – в 20 регионах мира, охватывающих 139 стран после всех секторов, были преобразованы в 100-процентную чистую, возобновляемую энергию. Джейкобсон и коллеги ранее разработали дорожные карты для того, чтобы перейти 139 стран к 100-процентной чистой, возобновляемой энергии к 2050 с 80 процентами того перехода, законченного к 2030.
Данное исследование исследует способы сохранить стабильность сетки с этими дорожными картами.«На основе этих результатов я могу более уверенно заявить, что нет никакого технического или экономического барьера для того, чтобы переходить весь мир к 100-процентной чистой, возобновляемой энергии с устойчивой электрической сеткой по низкой цене», сказал Джейкобсон, который является также старшим научным сотрудником в Стэнфордском Институте Перед судом энергии и Стэнфордском Деревянном Институте Окружающей среды. «Это решение имело бы большое значение для устранения глобального потепления и 4 миллионов к 7 миллионам связанных с загрязнением воздуха смертельных случаев, которые происходят во всем мире каждый год, также обеспечивая энергетическую безопасность».Бумага основывается в предыдущем 2015 на исследовании Джейкобсона и коллег, которые исследовали способность сетки остаться стабильными в 48 смежных Соединенных Штатах. То исследование только включало один сценарий для того, как достигнуть целей.
Некоторые подвергли критике ту бумагу за надежду слишком в большой степени на добавляющие турбины к существующим гидроэлектрическим дамбам – который предложила группа, чтобы увеличить пиковое производство электроэнергии, не изменяя число или размер дамб. Предыдущая бумага была также подвергнута критике за надежду слишком много на хранение избыточной энергии в воде, льду и подземных скалах. Решения в текущей газете обращаются к этим критическим замечаниям, предлагая несколько различных решений для стабилизации энергии, произведенной с 100-процентными чистыми, возобновляемыми источниками, включая решения без добавленных турбин гидроэлектроэнергии и никакого хранения в воде, льду или скалах.«Наш основной результат состоит в том, что есть многократные решения проблемы», сказал Джейкобсон. «Это важно, потому что самый большой барьер для крупномасштабного внедрения чистой возобновляемой энергии – восприятие людей, что слишком трудно держать огни на со случайным ветром и солнечной продукцией».
Спрос и предложениеВ основе этого исследования потребность соответствовать энергии, поставляемой ветром, гидроэнергией и солнечной энергией и хранением с тем, чем исследователи предсказывают требование быть в 2050.
Чтобы сделать это, они сгруппировали 139 стран – для которого они создали энергетические дорожные карты в предыдущем исследовании – в 20 регионов на основе географической близости и некоторые геополитические проблемы. В отличие от предыдущего 139 страноведения, которое согласовало энергоснабжение со среднегодовым требованием, спрос и предложение матчей данного исследования в 30-секундных приращениях в течение 5 лет (2050-2054), чтобы составлять изменчивость в энергии ветра и солнечной энергии, а также изменчивость, пользующуюся спросом за часы и сезоны.Для исследования исследователи полагались на две вычислительных программы моделирования.
Первая программа предсказала образцы погоды в мире с 2050 до 2054. От этого они далее предсказали сумму энергии, которая могла быть произведена из связанных с погодой источников энергии как турбины морского и берегового ветра, солнечная гелиотехника на крышах и в электростанциях, сконцентрированных заводах солнечной энергии и солнечных тепловых заводах со временем. Эти типы источников энергии переменные и не обязательно производят энергию, когда требование является самым высоким.
Группа тогда объединила данные из первой модели со второй моделью, которая включила энергию, произведенную более стабильными источниками электричества, как заводы геотермальной энергии, приливные и устройства волны и гидроэлектростанции, и тепла, как геотермические водохранилища. Вторая модель также включала способы сохранить энергию, когда был избыток, такой как в электричестве, тепле, холодном и водородном хранении. Далее, модель включала предсказания энергопотребления со временем.С этими двумя моделями группа смогла предсказать и сколько энергии могло быть произведено через большее количество переменных источников энергии, и как хорошо другие источники могли балансировать колеблющуюся энергию удовлетворить требованиям.
Предотвращение затемненийСценарии на основе данных о моделировании избежали затемнений по низкой цене во всех 20 регионах мира в течение всех пяти исследованных лет и согласно трем различным сценариям хранения.
Один сценарий включает тепловые насосы – которые используются вместо основанных на сгорании нагревателей и кулеров – но никакое горячее или холодное аккумулирование энергии; два не добавляют турбин гидроэлектроэнергии к существующим дамбам гидроэлектроэнергии; и у каждого нет хранения батареи. То, что никакие затемнения не произошли согласно трем различным сценариям, предполагает, что много возможных решений стабильности сетки с 100-процентным ветром, гидроэнергией и солнечной энергией возможны, заключение, которое противоречит предыдущим заявлениям, что сетка не может остаться устойчивой с таким высоким проникновением просто возобновляемых источников энергии.В целом, исследователи нашли, что стоимость за единицу энергии – включая стоимость с точки зрения здоровья, климата и энергии – в каждом сценарии составляла приблизительно одну четверть, чем это будет, если мир продвинется свой текущий энергетический путь.
Это происходит в основном из-за устранения здоровья и затрат климата на ископаемое топливо. Кроме того, уменьшая водяной пар, ветряные двигатели, включенные в дорожные карты, возместили бы приблизительно 3 процента глобального потепления до настоящего времени.Хотя стоимость производства единицы энергии подобна в сценариях дорожной карты и сценарии невмешательства, исследователи нашли, что дорожные карты примерно включают половину суммы энергии, необходимой в системе. Так, потребители на самом деле заплатили бы меньше.
Огромное количество этих энергосбережений прибывает из предотвращения энергии, должен был добыть, транспортировать и очистить ископаемое топливо, преобразовывающее от сгорания до прямого электричества и использующее тепловые насосы вместо обычных нагревателей и кондиционеров.«Одна из самых сложных задач, стоящих перед энергетическими системами, основанными полностью на чистом, ветру нулевой эмиссии, гидроэнергии и солнечной энергии, должна согласовать спрос и предложение с почти совершенной надежностью по разумной стоимости», сказал Марк Делуччи, соавтор бумаги и исследователь в Калифорнийском университете, Беркли. «Наша работа показывает, что это может быть достигнуто, в почти всех странах мира, с установленными технологиями».Сотрудничество
Джейкобсон и его коллеги сказали, что остающаяся проблема осуществления их дорожных карт состоит в том, что они требуют координации через политические границы.«Идеально, у Вас было бы сотрудничество в решении, куда Вы собираетесь поместить ветровые электростанции, куда Вы собираетесь поместить солнечные батареи, куда Вы собираетесь поместить хранение батареи», сказал Джейкобсон. «Целая система является самой эффективной, когда она запланирована заранее времени в противоположность сделанному одна часть за один раз».В свете этого геополитического осложнения они также работают над меньшими дорожными картами, чтобы помочь отдельным городам, многие из которых уже приняли на себя обязательство достигать 100-процентной возобновляемой энергии.
Дополнительные соавторы данной статьи – Мэри А. Кэмерон Стэнфорда и Брайана В. Мэтисена из Ольборгского Университета в Дании.