מחלקת הרוח של אורן עץ האורן של לוס אנג'לס ותחנת הכוח הסולארית בטהצ'אפי, קליפורניה, שנמצאת 115 קילומטרים מלוס אנג'לס. אירפן חאן / לוס אנג'לס טיימס דרך Getty Images
סוגים רבים של אירועי קיצון עלולים לשבש את שירות החשמל, כולל הוריקנים, רעידות אדמה, שיטפונות, שריפות, חום קיצוני, קור עז ובצורת ממושכת. אסונות גדולים יכולים להשאיר אלפי אנשים בחושך. הקפאה עמוקה של טקסס בפברואר דפקה 40% מכושר הייצור החשמלי של המדינה.
במהלך אירועים מסוג זה, אזורים שאינם מושפעים עשויים להיות בעלי כוח פנוי. לדוגמא, במהלך האפלה של פברואר בטקסס, שירותי החשמל ייצרו חשמל מהיידר מים בצפון מערב האוקיאנוס השקט, גז טבעי בצפון מזרח, רוח במישורים הצפוניים וכוח סולארי בדרום מערב.
כיום לא ניתן להעביר חשמל בצורה חלקה מקצה אחד של ארה"ב לקצה השני. אבל בעשור האחרון חוקרים במעבדות ובאוניברסיטאות לאומיות עובדים בשיתוף פעולה הדוק עם מהנדסי התעשייה כדי לתכנן מערכת חשמל בין מדינתית שיכולה לעשות זאת. וגם תוכנית התשתית של הנשיא ביידן יעבור לכיוון זה על ידי הקצאת מיליארדי דולרים לבניית קווי העברה במתח גבוה שיכולים "להעביר חשמל זול ונקי יותר למקום הנחוץ לו ביותר."
My מחקר הנדסי מתמקד במערכות חשמל. באוניברסיטת איווה סטייט עבדנו על מנת לכמת את התועלות שיכולות להביא למקרו רשתות לארצות הברית. מערכות העברה בעלות קיבולת גבוהה אלה מקשרות בין מקורות אנרגיה ואזורים בעלי ביקוש גבוה לחשמל, המכונים מרכזי עומס, באזורים גאוגרפיים גדולים.
הרשת החשמלית מעבירה כוח מגנרטורים, הנמצאים לעתים קרובות רחוק ממרכזי אוכלוסייה, ללקוחות אנרגיה.
מערכת דרכים לאומית לחשמל
דווייט אייזנהאואר חשב על מערכת כבישים לאומית בין מדינתית למשך עשרות שנים לפני שנחנך כנשיא בשנת 1953. אייזנהאואר טען שמערכת כזו הייתה "הכרחית להגנה כמו שהיא שלנו כלכלה לאומית וביטחון אישי".
הקונגרס הסכים והעביר את חוק הכבישים הפדרליים לסיוע משנת 1956אשר אישרה לממשלה הפדרלית לשלם 90% מעלות מערכת זו בסך 114 מיליארד דולר, כאשר המדינות מכסות את השאר.
אייזנהאואר היה מודאג פינוי ערים במקרה של מלחמה גרעינית. טיעון האבטחה של רשת מקרו מתמקד באירועים קיצוניים המשבשים את רשת החשמל. והוויכוח הכלכלי מתמקד בהעברת אנרגיית רוח, סולארית והידרו מאזורים בהם הם נמצאים בשפע לאזורים עם ביקוש כוח גבוה.
כיום רשת החשמל בצפון אמריקה היא למעשה חמש רשתות, המכונה גם חיבורי גומלין. שתי מדינות גדולות, החיבורים המזרחיים והמערביים, מכסות את מרבית 48 המדינות הנמוכות והקטעים הגדולים של קנדה, בעוד שלוש רשתות קטנות יותר משרתות את טקסס, אלסקה וצפון קוויבק. כל אחד מהרשתות הללו משתמש זרם חילופין, או AC, להעביר חשמל מגנרטורים ללקוחות.
החיבורים המזרחיים, המערביים וטקסס מקושרים על ידי זרם ישר במתח גבוה, או HVDC, קווים המאפשרים להעביר כוח ביניהם. מתקנים אלה מזדקנים ו יכול רק להעביר כמויות קטנות של חשמל בין רשתות. אחת הדרכים לחשוב על רשת מקרו היא כשכבת-על המרכיבה את רשתות ארה"ב הקיימות ומקלה על העברת הכוח ביניהן.
רשת מקרו פוטנציאלית בארה"ב המחברת בין רשתות המזרח, המערב וטקסס ומקשרת לחוות רוח בחוף הים. ג'יימס מק'קלי, CC BY-ND
חלוקת כוח בין אזורים
הנשיא ביידן הציע פעולה גורפת להשגת מעבר אנרגיה נקייה בארה"ב, כולל מה שהופך את החשמל ללא פחמן עד 2035. זה ידרוש הוספת הרבה יכולות ייצור מתחדשות חדשות במהלך 15 השנים הבאות.
עלויות הרוח והשמש ירדו באופן דרמטי בשנים האחרונות. כיום חשמל ממפעלי רוח חדשים או רחבים בקנה מידה גדול זול יותר מחשמל מפעלי פחם קיימים. עם זאת, מתחדשים מספקים בלבד כ- 21% מהחשמל בארה"ב.
רשת מאקרו תפחית את עלות החשמל ממפעלי רוח ומשמש חדשים בשתי דרכים. ראשית, זה יאפשר לאנרגיה מתחדשת איכותית - בעיקר רוח המערב התיכון וסולארית דרומית, ואולי גם מימי מים קנדיים - לספק מרכזי עומס חופיים. זול יותר לבנות מערכות שידור שיכולות להעביר כוח זה למרחקים גדולים יותר מאשר לייצר אותו ממשאבי שמש ורוח איכותיים וחלשים יותר קרוב יותר לערים.
שנית, רשת מקרו תאפשר לחלוק ייצור אנרגיה ושירותי רשת בין אזורים. אסטרטגיה זו מנצלת הפרשי זמן עקב אזורי זמן והעובדה שביקוש החשמל נוטה לכך בשיא בשעות מסוימות ביום, כמו כשאנשים מגיעים הביתה בערב. ומחירי החשמל עולים ויורדים במהלך היום עם הביקוש.
לדוגמא, בשעה 3:3 שעון האוקיינוס השקט הביקוש לאנרגיה נמוך יחסית בחוף המערבי, מה שאומר שגם עלות החשמל הזו נמוכה. ניתן היה להשתמש בעודף חשמל מערבי בכדי לספק ביקוש בחוף המזרחי, אשר מגיע לשיאו מדי יום במקביל לשעה 6:7 בחוף המערבי "נמוך" המתרחש בשעה 10:XNUMX שעון מזרח. כעבור ארבע שעות, כאשר החוף המערבי יגיע לשעה השעה XNUMX:XNUMX באוקיינוס השקט, יגיע השעה XNUMX:XNUMX בחוף המזרחי, שיהיה לו דור נוסף לחלוק מערבה.
חלוקת קיבולת עובדת גם מכיוון שביקוש שנתי לשיא כוח מתרחש בתקופות שונות בשנה באזורים שונים. כל אזור נדרש לקבל יכולת ייצור מספקת בכדי לעמוד בעומס השיא השנתי שלו, עם מרווח מסוים לכיסוי כשלים בייצור. רשת מקרו תאפשר לאזורים לחלוק עודף יכולת ייצור כאשר אין צורך מקומי.
אסטרטגיה זו מספקת יתרונות גם כאשר הפסגות השנתיות בשני אזורים נבדלות בכמה ימים בלבד. כאשר הם נבדלים לפי שבועות או חודשים, התמורה יכולה להיות גדולה. לדוגמא, ביקוש כוח בצפון מערב האוקיאנוס השקט בדרך כלל מגיע לשיאו בחורף, כך שהאזור יכול ללוות קיבולת מדרום מערב ומערב התיכון, שם הביקוש מגיע לשיאו בקיץ, ולהיפך.
העברת בניינים חוסכת כסף
במחקר שפרסמתי בשנת 2020 עם עמיתים לאקדמיה ותעשייה, הראינו שללא רשת מקרו זה יעלה יותר מ $ 2.2 טריליון משנת 2024 עד 2038 לפיתוח ולהפעלת מערכת החשמל במדינה ולהשגת ייצור חשמל מתחדש של 50% בשנת 2038. זה כולל את העלויות של הוספת 600 גיגה וואט של כושר ייצור חדש שיהיה כמעט כולו רוח ושמש; עלויות תפעול לתחנות כוח מאובנות וגרעין שנותרו; ובניית קווי העברת AC חדשים לחיבור תחנות כוח חדשות ללקוחות.
עם זאת, חישבנו שאם ארה"ב תוציא 50 מיליארד דולר לפיתוח רשת מאקרו, העלות הכוללת לטווח הארוך של פיתוח והפעלת מערכת החשמל במדינה והשגת 50% חשמל מתחדש בשנת 2038 תפחת ביותר מ- 50 מיליארד דולר. במילים אחרות, על ידי כך שאפשר לחלוק כוח בין אזורים ולספק כוח מתחדש באיכות גבוהה מאזורים מרוחקים למרכזי עומס, הרשת המאקרו תשלם יותר מעצמה.
חלק מהמשקיפים עשויים לדאוג שרשת מקושרת ארצית תהיה פגיעה יותר להתקלות מדורגות מאשר המערכת הקיימת שלנו. למעשה, רשת מקרו תהיה אמינה יותר מכיוון ש- HVDC מספק יכולת בקרת רשת מוגברת באמצעות תחנות הממיר הגמישות שלה.
מנהיגי התעשייה ו תומכים באנרגיה נקייה קוראים לארה"ב להמשיך בפיתוח מקרו-גריד. אבל צפון אמריקה כן משתרך מאחור רוב העולם בפיתוח קווי חשמל בין אזורים למיזום משאבי אנרגיה נקיים בעלות נמוכה. ואם 50 מיליארד דולר נראים כהשקעה גדולה, שקול זאת: זה גם ה עלות מינימלית משוערת של הפסקות ומחירי אנרגיה במהלך ההקפאה העמוקה בטקסס.
על המחבר
ג'יימס ד'מקללי, פרופסור להנדסת חשמל, אוניברסיטת איווה
ספרים קשורים
הוספה: התוכנית המקיפה ביותר שהציעה אי פעם להפוך את ההתחממות הגלובלית
מאת פול הוקן וטום שטייר
מול פחד ואדישות נרחבים, קואליציה בינלאומית של חוקרים, אנשי מקצוע ומדענים התאגדה כדי להציע מערך של פתרונות מציאותיים ונועזים לשינויי אקלים. מאה טכניקות ושיטות מתוארות כאן-כמה ידוע; כמה שמעולם לא שמעת עליהם. הם נעים מאנרגיה נקייה לחינוך בנות במדינות בעלות הכנסה נמוכה וכלה בפרקטיקות בשימוש בקרקע ששולפות פחמן מהאוויר. הפתרונות קיימים, הם קיימא מבחינה כלכלית, וקהילות ברחבי העולם מיישמות אותם כיום במיומנות ובנחישות. זמין באמזון
עיצוב פתרונות אקלים: מדריך מדיניות אנרגיה מעוטת פחמן
מאת האל הארווי, רובי אורוויס, ג'פרי רסמן
עם ההשפעות של שינויי האקלים כבר עלינו, הצורך לקצץ בפליטת גזי חממה עולמיים הוא לא פחות דחוף. זה אתגר מרתיע, אך הטכנולוגיות והאסטרטגיות לעמידה בו קיימות כיום. קבוצה קטנה של מדיניות אנרגיה, שתוכננה ומיושמת היטב, יכולה להכניס אותנו לנתיב לעתיד נמוך בפחמן. מערכות אנרגיה הן גדולות ומורכבות, ולכן מדיניות האנרגיה חייבת להיות ממוקדת וחסכונית. גישות המתאימות לכל אחד פשוט לא יעשו את העבודה. קובעי המדיניות זקוקים למשאב ברור ומקיף המתאר את מדיניות האנרגיה שתשפיע בצורה הגדולה ביותר על עתידנו באקלים, ומתאר כיצד לתכנן היטב מדיניות זו. זמין באמזון
זה משנה את הכל: קפיטליזם מול האקלים
מאת נעמי קליין
In זה משנה הכל נעמי קליין טוענת כי שינויי אקלים אינם סתם נושא נוסף שמוגש בצורה מסודרת בין מיסים לטיפול בבריאות. זו אזעקה שקוראת לנו לתקן מערכת כלכלית שכבר כושלת אותנו במובנים רבים. קליין בונה בקפדנות את המקרה לכך שהפחתה מאסיבית של פליטת החממה שלנו היא הסיכוי הטוב ביותר שלנו בו זמנית לצמצם את אי השוויון הפעור, לדמיין מחדש את הדמוקרטיות השבורות שלנו ולבנות מחדש את הכלכלות המקומיות המרוויחות שלנו. היא חושפת את הייאוש האידיאולוגי של מכחישי שינויי האקלים, את האשליות המשיחיות של אנשי ההנדסה הגיאולוגית, ואת התבוסתנות הטראגית של יותר מדי יוזמות ירוקות-מיינסטרימיות. והיא מדגימה בדיוק מדוע השוק לא - ולא יכול - לתקן את משבר האקלים, אלא במקום זאת יחמיר את המצב, עם שיטות מיצוי קיצוניות ופוגעות יותר ויותר מבחינה אקולוגית, המלוות בקפיטליזם אסון. זמין באמזון
מאת המו"ל:
רכישות באמזון ללכת לפרוע את העלות של הבאת לך InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ו ClimateImpactNews.com ללא עלות וללא מפרסם לעקוב אחר הרגלי הגלישה שלך. גם אם תלחץ על קישור אך אינך קונה את המוצרים הנבחרים האלה, כל דבר אחר שאתה קונה באותו ביקור באמזון משלם לנו עמלה קטנה. אין עלות נוספת עבורך, אז אנא תרום למאמץ. אתה יכול גם להשתמש בקישור זה להשתמש באמזון בכל עת כדי שתוכלו לתמוך במאמצים שלנו.
מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.
